从贴壁生长到功能调控：间充质干细胞培养中的细胞因子核心作用解析
什么是干细胞？
干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞，能够通过分裂维持自身细胞群的稳定，同时可以分化成多种不同功能的细胞，从而参与组织修复、生长发育等生命活动。
图1.干细胞的分类
什么是间充质干细胞？
间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）是一类具有多向分化潜能和免疫调节功能的成体干细胞，因最初在骨髓中被发现，故早期也被称为骨髓间充质干细胞。后来研究发现，它还存在于脂肪、脐带、胎盘、牙髓、骨骼肌等多种组织中。
MSCs的核心特征
间充质干细胞拥有三个最核心的特性，也是国际细胞治疗学会（ISCT）定义的鉴定标准：
①贴壁生长：在塑料培养皿中标准培养条件下贴壁生长。
②特定的表面标志物表达：
阳性表达（≥ 95%）：CD105，CD73，CD90。
阴性表达（≤ 2%）：CD45，CD34，CD14或CD11b，CD79α或CD19，HLA-DR。
③多向分化潜能：在体外诱导条件下，能够分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。
MSCs的来源
MSCs的来源非常广泛，不同来源的MSCs在增殖能力、分化倾向和临床应用上各有特点。
MSCs的分化
间充质干细胞的分化能力是其核心生物学特性之一，指在特定诱导条件下（如细胞因子、化学物质或微环境信号调控），可分化为多种不同类型细胞的潜能。间充质干细胞的分化能力使其成为“通用型”修复细胞，通过定向诱导分化为受损组织对应的细胞类型，直接补充功能细胞、促进组织再生，避免了传统治疗中“替代治疗”的局限性（如器官移植供体不足、免疫排斥）。目前，相关研究已在骨修复、软骨再生、心肌修复等领域进入临床阶段，展现出显著的治疗潜力。
图2.具有多向分化潜能的间充质干细胞在多种组织修复中的应用[1]
MSCs的功能与应用
间充质干细胞的体外培养
间充质干细胞的体外培养是获取足量、优质细胞以满足研究与临床需求的核心手段，也是探索其生物学特性、实现标准化应用的基础。
图3.小鼠脂肪组织来源的间充质干细胞的典型提取流程[1]
MSCs的体外培养需经历分离获取，原代培养，传代扩增，功能诱导四个核心阶段。
分离获取阶段
通常从骨髓、脂肪、脐带等组织中分离MSCs，采用密度梯度离心法或酶消化法获得单细胞悬液。此阶段需在基础培养基（如α-MEM、DMEM）中添加青霉素/链霉素抑制污染，同时避免过早添加细胞因子干扰细胞初始状态。
原代培养阶段
传代扩增阶段
功能诱导阶段
间充质干细胞培养常用细胞因子及其作用机制
间充质干细胞（MSCs）的体外培养是其基础研究与临床应用的关键环节，而细胞因子作为调控MSCs生物学行为的核心分子，贯穿于培养的全过程。
贴壁与存活相关因子
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成纤维细胞生长因子（FGF）：FGF-2作为MSCs培养的“基础因子”，通过激活FGFR1受体，启动MAPK/ERK和PI3K/Akt信号通路，增强细胞与胞外基质的黏附能力，可使原代细胞贴壁率提升30%-50%，同时抑制早期细胞凋亡。
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转化生长因子-β（TGF-β）：通过Smad2/3通路诱导细胞分泌纤连蛋白、胶原蛋白等基质成分，构建利于细胞存活的微环境。与FGF-2联合使用，可显著降低原代培养的细胞死亡率。
增殖与干性维持因子
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血小板衍生生长因子（PDGF）：PDGF-BB亚型通过PI3K/Akt通路缩短细胞周期G1期，在5-20ng/mL浓度范围内呈剂量依赖性促进MSCs增殖，且能维持细胞表面标志物（CD29、CD44、CD90）的高表达，抑制自发分化。
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成纤维细胞生长因子（FGF）：FGF-2为强效促增殖因子，促进MSCs的自我更新，抑制过早分化，常用于原代培养和传代中提升细胞活力。
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胰岛素样生长因子-1（IGF-1）：通过激活MAPK/ERK通路协同PDGF发挥增殖作用，10-50ng/mL的IGF-1可使MSCs群体倍增时间缩短至20-24小时，且传代过程中核型异常率低于1%。
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表皮生长因子（EGF）：协同FGF、PDGF促进MSCs增殖，尤其对脂肪来源MSCs的增殖效果显著。
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干细胞因子（SCF）：维持MSCs的干性和增殖能力，尤其在骨髓MSCs培养中常见。
定向分化诱导因子
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成骨分化：
骨形态发生蛋白（BMPs）：BMP-2是核心诱导因子，通过Smad1/5/8通路激活成骨关键转录因子Runx2，联合β-甘油磷酸钠与维生素C可在14天左右诱导骨钙素、碱性磷酸酶高表达。
转化生长因子-β（TGF-β）：协同BMPs增强成骨分化，同时可促进软骨分化。
胰岛素样生长因子-1（IGF-1）：促进成骨细胞成熟和矿化。
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成脂分化：
胰岛素与地塞米松是基础组合，辅以白细胞介素-6（IL-6）可激活PPARγ通路，促进脂滴形成，21天左右油红O染色呈强阳性。
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成软骨分化：
转化生长因子-β（TGF-β1、TGF-β3）：TGF-β3通过调控Sox9转录因子诱导软骨特异性Ⅱ型胶原蛋白合成，需在pellet培养体系中配合抗坏血酸使用，4周可形成软骨样组织。
骨形态发生蛋白（BMPs）：协同TGF-β增强软骨分化，尤其促进软骨基质合成。
其他功能相关因子
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肿瘤坏死因子-α（TNF-α）：低浓度TNF-α可诱导MSCs分泌IL-6、IL-10等抗炎因子，增强其免疫抑制功能，常用于制备具有免疫调节活性的MSCs培养基。
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干扰素-γ（IFN-γ）：通过激活JAK-STAT通路促进MSCs表达吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO），显著提升其对T细胞增殖的抑制能力，是优化MSCs免疫调节功能的关键因子。
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血管内皮生长因子（VEGF）：促进MSCs的血管生成能力，常用于联合诱导血管化组织工程构建。
掌握细胞因子的作用规律与使用技巧，是实现MSCs高效培养与功能调控的核心前提，也为其在细胞治疗、组织工程等领域的应用奠定基础。随着培养技术的发展，结合生物材料负载、基因编辑等手段优化细胞因子的递送与效应，将进一步拓展MSCs的应用边界。
翌圣细胞因子
翌圣生物开发了一系列专为细胞培养而设计的HiActi®细胞因子，经过严格的质量控制及细胞功能的验证，确保产品具有高活性、高纯度、高稳定性、低内毒素水平。产品种类丰富，其中FGF-2，BMP-2，IGF-1，IL-6，SCF，PDGF，VEGF等细胞因子适用于间充质干细胞的培养及功能研究。
产品数据
Bioactivity of human bFGF/FGF-2/FGF-basic
图4. The ED50 as determined by a cell proliferation assay using murine balb/c 3T3 cells is less than 1 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 1.0 × 106 IU/mg.
Bioactivity of Human/Mouse/Rat TGF-beta 1
图5. Measured by the (CAGA)12-luciferase reporter assay. The EC50 for this effect is 1.092 ng/mL.
Bioactivity of human BMP-2
图6.The ED50 as determined by inducing alkaline phosphatase production of murine ATDC5 cells is 200 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 5.0 × 103 IU/mg.
相关产品信息
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产品名称 |
货号 |
规格 |
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Recombinant Human bFGF/FGF-2 Protein 重组人碱性成纤维细胞生长因子 |
91330ES |
10μg/100μg/500μg/1mg |
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Recombinant Mouse bFGF/FGF-2 Protein 重组小鼠碱性成纤维细胞生长因子 |
91315ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human EGF Protein 重组人表皮生长因子 |
92708ES |
100μg/500μg/1mg |
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Recombinant Mouse EGF Protein 重组小鼠表皮生长因子 |
92703ES |
100μg/500μg/1mg |
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Recombinant Human FGF-4 Protein 重组人成纤维细胞生长因子-4 |
91303ES |
5μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Mouse FGF-4 Protein 重组小鼠成纤维细胞生长因子-4 |
91331ES |
5μg/25μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human IGF-1 Protein 重组人胰岛素样生长因子-1 |
92211ES |
10μg/100μg/500μg/1mg |
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Recombinant Mouse IGF-1 重组小鼠胰岛素样生长因子-1 |
92208ES |
10μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human PDGF-BB Protein 重组人血小板衍生生长因子-BB |
91605ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Mouse PDGF-BB 重组小鼠血小板衍生生长因子-BB |
91602ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human/Mouse/Rat TGF-beta 1/TGF-β1 Protein 重组人/小鼠/大鼠 转化生长因子-β1 |
91701ES |
2μg/10μg/100μg |
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Recombinant Human TGF-β2 Protein (CHO) 重组人转化生长因子-β2 |
91709ES |
10μg/50μg/1mg |
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Recombinant Human TGF-beta 3 Protein 重组人转化生长因子-β3 |
91705ES |
10μg/50μg/100μg |
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Recombinant Rat VEGF164 重组大鼠血管内皮生长因子164 |
91512ES |
10μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human VEGF165 Protein 重组人血管内皮生长因子-165（HEK293） |
91517ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/1mg |
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Recombinant Human IL-6 Protein 重组人白介素-6 |
90107ES |
5μg/20μg/50μg/100μg/1mg |
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Recombinant Mouse IL-6 Protein 重组小鼠白介素-6 |
90146ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human SCF Protein 重组人干细胞因子 |
92251ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/500μg/1mg |
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Recombinant Mouse SCF Protein 重组小鼠干细胞因子 |
92260ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human BMP-2 Protein, His Tag 重组人骨形态发生蛋白-2 |
92060ES |
10μg/50μg/250μg/500μg |
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Recombinant Human/Rhesus macaque/Mouse/Rat/CanineBMP2 Protein 重组人/恒河猴/小鼠/大鼠/犬骨形态发生蛋白-2 |
95644ES |
25μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human BMP-4 Protein, His Tag (液体）重组人骨形态发生蛋白-4 |
92070ES |
2μg/10μg/50μg/250μg/500μg |
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Recombinant Mouse BMP-4 Protein, His Tag 重组小鼠骨形态发生蛋白-4 |
92056ES |
5μg/20μg/100μg/500μg/1mg |
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Recombinant Human TNF-alpha Protein, His tag 重组人肿瘤坏死因子-α |
90601ES |
10μg/100μg/500μg |
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Recombinant Mouse TNF-α/TNFSF2 重组小鼠肿瘤坏死因子-α |
90621ES |
5μg/20μg/50μg/100μg/1mg |
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Recombinant Human IFN-γ Protein 重组人干扰素-γ |
91207ES |
20μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Mouse IFN-gamma Protein 重组小鼠干扰素-γ |
91212ES |
5μg/50μg/100μg/500μg |
参考文献：
1. Han Y, Li X, Zhang Y, Han Y, Chang F, Ding J. Mesenchymal Stem Cells for Regenerative Medicine. Cells 2019; 8(8).
