脂肪干細(xì)胞的研究進(jìn)展

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(1.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001；2.湖南省腫瘤醫(yī)院耳鼻喉頭頸外科)

·文獻(xiàn)綜述·

脂肪干細(xì)胞的研究進(jìn)展

祁美武1，周曉2*

(1.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001；2.湖南省腫瘤醫(yī)院耳鼻喉頭頸外科)

脂肪干細(xì)胞是成體間充質(zhì)干細(xì)胞的一種，具有多向分化的潛能、取材容易、來源廣泛適宜自體移植等優(yōu)點(diǎn)，是繼骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞之后的又一再生醫(yī)學(xué)種子細(xì)胞的來源，成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文綜述了脂肪干細(xì)胞的生物學(xué)特性與臨床應(yīng)用前景。

脂肪干細(xì)胞； 生物學(xué)特性

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的不斷進(jìn)步，再生醫(yī)學(xué)迅速崛起。激發(fā)了人們對各種干細(xì)胞、組織工程支架和細(xì)胞生長因子的研究熱潮，選用合適的干細(xì)胞作為種子細(xì)胞的來源已經(jīng)成為研究的焦點(diǎn)。目前應(yīng)用的主要有：骨髓間質(zhì)干細(xì)胞、臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞、外周血干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)等。事實(shí)上，由于骨髓作為干細(xì)胞來源的限制性，使得間充質(zhì)干細(xì)胞成為再生醫(yī)學(xué)種子細(xì)胞的主要來源[1]。

脂肪干細(xì)胞與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成軟骨分化能力進(jìn)行比較，細(xì)胞的成骨及成軟骨能力基本一致。余方圓等[2]則認(rèn)為未誘導(dǎo)的脂肪干細(xì)胞能弱表達(dá)Ⅱ型膠原和蛋白聚糖聚合物，而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞卻無表達(dá)，因此成軟骨分化時(shí)脂肪干細(xì)胞較骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞更為敏感。而安榮澤等[3]對脂肪干細(xì)胞與骨髓間質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行了比較，指出兩者在體外增殖均很迅速且穩(wěn)定，但是脂肪干細(xì)胞的生長增殖速度更快并且指出單層培養(yǎng)時(shí)，特定條件下，脂肪干細(xì)胞與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞均能向軟骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化，但在成軟骨誘導(dǎo)方面，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞比脂肪干細(xì)胞更具有優(yōu)勢。而且ADSCs具有取材容易、對機(jī)體損傷小、來源廣泛、體內(nèi)儲備量大、適宜自體移植、沒有倫理學(xué)爭議等優(yōu)點(diǎn)，成為再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

脂肪干細(xì)胞是從脂肪組織中分離得到具有自我更新和多向分化潛能的一種成體干細(xì)胞。它在體外誘導(dǎo)下可分化為各種不同類型的細(xì)胞。它是繼骨髓間質(zhì)干細(xì)胞、臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞、外周血干細(xì)胞之后的又一種干細(xì)胞的來源，對用干細(xì)胞作為種子細(xì)胞進(jìn)行組織工程構(gòu)建以及疾病的治療等起到了巨大的推動作用。

1 ADSCs的命名及生物學(xué)特性

1.1命名上世紀(jì)50年代Trowell發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞中類似成纖維細(xì)胞，并指出在合適條件下它們可分化為脂肪細(xì)胞。2001年Zuk等[4]首次通過吸脂術(shù)抽取脂肪組織懸液培養(yǎng)出多能干細(xì)胞并命名為脂肪組織提取細(xì)胞(processed lipoaspirate cells,PLC),這為脂肪干細(xì)胞的研究奠定了深厚的基礎(chǔ)。這種提取細(xì)胞的名稱眾多，可謂五花八門——脂肪來源的基質(zhì)細(xì)胞、脂肪組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞、前脂肪細(xì)胞以及脂肪組織的基質(zhì)血管組分(stromal vascular fraction,SVF)等等[6-8]。2004年，在第二屆國際社會脂肪應(yīng)用技術(shù)年度會議上，這種細(xì)胞被統(tǒng)一命名為脂肪干細(xì)胞(ADSCs)[5]。

1.2生物學(xué)特性研究指出，ADSCs不表達(dá)CD11c、CD19、CD31、CD33、CD45、HLADR，但可表達(dá)CD11a、CD13、CD14、CD29、CD44、CD45、CD58、CD86、CD90、CD105、CD166以及Nanog、Oct-4、Sox-2等因子[9-11]，Strem等[12]也指出脂肪干細(xì)胞中CD49d陽性表達(dá)，CD106陰性表達(dá)，低水平表達(dá)CD34。Zhao等[13]的研究指出，通過膠原酶消化、貼壁培養(yǎng)可以從小鼠脂肪中分離出高純度的脂肪干細(xì)胞,并指出ADSCs不表達(dá)CD40、CD80、CD86、MHCⅠ、MHCⅡ，ADSCs移植后未見成瘤，且可在肝臟實(shí)質(zhì)內(nèi)多處定居。

由此可知，ADSCs可與骨髓間質(zhì)干細(xì)胞相似，可以表達(dá)干細(xì)胞的特性的干性因子以及干細(xì)胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，而且具有低免疫原性，移植排斥反應(yīng)少，可以進(jìn)行自體移植，將會成為再生醫(yī)學(xué)中干細(xì)胞來源的主力軍。

2 ADSCs可被誘導(dǎo)多向分化的潛能

脂肪干細(xì)胞作為成體間充質(zhì)干細(xì)胞的一員，具有干細(xì)胞可多向分化的潛能，在特定的條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞。研究者在體外誘導(dǎo)其定向分化做了大量的研究。

2.1 ADSCs向成骨細(xì)胞分化Wang等[14]研究指出，在體外環(huán)境下由人臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)分泌的骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(bone morphogenetic protein 2，BMP-2)能夠有效促進(jìn)脂肪干細(xì)胞的成骨分化，因此將ADSCs與HUVEC共培養(yǎng)可以有效的促進(jìn)ADSCs的分化潛能。研究認(rèn)為，BMP-2主要對未分化間充質(zhì)細(xì)胞和骨系細(xì)胞起到募集和分化作用[15]。在骨形成早期，BMP-2不僅可使未分化間質(zhì)細(xì)胞向骨形成中心募集，并分化為骨系細(xì)胞，而且可使成纖維細(xì)胞、成肌細(xì)胞及骨髓的基細(xì)胞逆轉(zhuǎn)分化為骨系細(xì)胞。在骨形成后期，BMP-2還作為一種破骨細(xì)胞分化因子與其它支持破骨細(xì)胞分化因子直接或間接刺激破骨細(xì)胞分化，參與骨的重建。曹誼林等[16]對脂肪干細(xì)胞成骨誘導(dǎo)分化也進(jìn)行了深入研究，指出了ERK通路在ADSC的成骨分化中的促進(jìn)作用；同時(shí)也揭示了地塞米松可以抑制ADSC的成骨分化。ERK通路的主要途徑是Ras/Raf/MEK/ERK，ERK級聯(lián)反應(yīng)可被多種物質(zhì)刺激激活，如受體絡(luò)氨酸激酶、G蛋白偶聯(lián)受體等，并參與調(diào)控細(xì)胞的增殖分化與凋亡過程。

Luo等[17]研究指出，在體外，適宜濃度的人參皂甙Rb1能促進(jìn)人體脂肪干細(xì)胞增殖，而在高濃度的人參皂甙Rb1能促進(jìn)人類脂肪來源的干細(xì)胞的成骨分化。馬德彰等[18]指出，通過胰酶消化可以成功獲得大鼠脂肪干細(xì)胞，通過兩組對比指出富血小板血漿(platele-rich plasma，PRP)是促進(jìn)該細(xì)胞成骨細(xì)胞分化的有效的細(xì)胞因子。

由此可知，在體外，BMP-2、高濃度的人參皂甙Rb1以及PRP等因素均可以誘導(dǎo)ADSCs向成骨分化,為骨組織工程中的骨缺損的修復(fù)、再生等提供了新的思路，可以成為理想的骨組織工程種子細(xì)胞。

2.2 ADSCs向心肌細(xì)胞分化文獻(xiàn)[19-21]指出，在脂肪干細(xì)胞中過表達(dá)胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor 1，IGF-1)可以通過增加PI3 激酶的水平來抑制ADSCs的凋亡與死亡，并且可以促進(jìn)GATA-4 的表達(dá)，而GATA-4與Nkx2.5 共同作用可誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞大量心臟轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而促使ADSCs向心肌細(xì)胞分化，因此，IGF-1基因在心肌組織構(gòu)建中發(fā)揮重要的作用。有研究指出脂肪干細(xì)胞經(jīng)5-氮胞苷誘導(dǎo)分化后，利用RT-PCR技術(shù)可檢測到心鈉素、腦鈉素、α-骨骼肌動蛋白等心肌特異性基因的表達(dá)，提示脂肪干細(xì)胞可分化為有心肌細(xì)胞某些功能的心肌樣細(xì)胞[22]。文獻(xiàn)[13]研究了ADSCs在缺氧及炎癥條件下向心肌方向轉(zhuǎn)化，此種分化于對急性心肌梗死、變薄的心臟壁有修復(fù)作用。但目前ADSCs在心臟方面的作用尚未應(yīng)用于臨床。

2.3 ADSCs向神經(jīng)元樣細(xì)胞分化王晗等[23]的研究指出人脂肪干細(xì)胞能夠在體外條件下分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞，并且其分泌的活性物質(zhì)對PC-12細(xì)胞具有凋亡保護(hù)作用益智仁中提取的原兒茶酸能夠促進(jìn)人脂肪干細(xì)胞的增殖，同時(shí)仍保持間充質(zhì)干細(xì)胞多分化潛能的特性。原兒茶酸的應(yīng)用可以促進(jìn)脂肪干細(xì)胞的增殖，為新組織的形成提供更多的細(xì)胞來源，從而有利于神經(jīng)退行性疾病的治療。Ahmadi等[24]指出脂肪干細(xì)胞在一定條件下可以向神經(jīng)細(xì)胞分化，并提出了兩種可以使脂肪干細(xì)胞穩(wěn)定轉(zhuǎn)化為神經(jīng)細(xì)胞的方案。自體ADSCs移植到凍傷大鼠腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)ADSCs可以在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存活,并分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞,從而減少細(xì)胞凋亡,加速神經(jīng)功能修復(fù)過程并達(dá)到保護(hù)腦組織的目的。

目前神經(jīng)性疾病的治療不是很理想，僅有少數(shù)的藥物可用于起治療，而且治療效果也還不是很好。脂肪干細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)后可以向神經(jīng)樣細(xì)胞分化，這就為之疾病治療開拓了新的途徑。

2.4 ADSCs向內(nèi)皮細(xì)胞分化Miranville等[25]從人體脂肪組織中分離出一系列CD34+/CD31-細(xì)胞，并且證明了在一定條件下這些細(xì)胞在體內(nèi)或體外具有向內(nèi)皮細(xì)胞誘導(dǎo)分化的潛能。同年，Rehman等[26]指出脂肪干細(xì)胞可通過體外培養(yǎng)，分化為CD34+/CD31-的內(nèi)皮細(xì)胞并且參與脈管管腔的形成，同時(shí)還可以分泌多種細(xì)胞因子、生長因子促進(jìn)血管新生。Amos等[27]通過免疫熒光標(biāo)記脂肪干細(xì)胞，經(jīng)體外培養(yǎng)、擴(kuò)增后，注射至缺血模型的大鼠的腸系膜內(nèi)，發(fā)現(xiàn)大量的脂肪干細(xì)胞表達(dá)脈管系統(tǒng)的表型和特征性標(biāo)志，新生血管密度相對空白對照組明顯增加。Konno等[28]將脂肪干細(xì)胞注入至下肢缺血模型的裸鼠體內(nèi)也得到了相同的結(jié)論。郭峘杉等[29]通過模擬慢性難愈性創(chuàng)面長期所處的低氧缺血環(huán)境，指出無血清培養(yǎng)后大鼠脂肪干細(xì)胞向血管內(nèi)皮細(xì)胞分化效率明顯提高，且分化而來的細(xì)胞具備血管內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)及基本功能。

這些研究為脂肪干細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞誘導(dǎo)機(jī)制及提高誘導(dǎo)分化效率的研究提供重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為心血管疾病的細(xì)胞移植治療尋求可靠的種子細(xì)胞來源提供了豐富的理論依據(jù)。

2.5 ADSCs向角質(zhì)細(xì)胞分化Seo等[30]通過免疫組織化學(xué)和聚合酶鏈反應(yīng)等技術(shù)對與人角質(zhì)形成細(xì)胞共培養(yǎng)和單獨(dú)培養(yǎng)ADSCs進(jìn)行比較，指出共培養(yǎng)可以增強(qiáng)ADSCs分化為角化細(xì)胞譜系細(xì)胞的能力。角質(zhì)細(xì)胞存在于人的頭部表皮，起到非常重要的保護(hù)作用。該研究為角質(zhì)細(xì)胞的再生、整形整容、表皮創(chuàng)傷的恢復(fù)，皮膚切口愈合等提供了理論基礎(chǔ)。

2.6其他方向分化在脂肪干細(xì)胞的分化潛能方面，研究者進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，研究數(shù)據(jù)顯示在體外一定的條件下，脂肪干細(xì)胞出來可以分化成骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及角質(zhì)細(xì)胞外，還可以向軟骨細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、成肌細(xì)胞、向神經(jīng)膜細(xì)胞以及平滑肌細(xì)胞分化等等。

3 應(yīng)用前景與展望

脂肪干細(xì)胞取材容易，增殖力強(qiáng)，生物相容性好，患者痛苦小，能自體移植，不存在倫理問題等優(yōu)勢，而且在體外擴(kuò)增以及誘導(dǎo)分化為其他種類的細(xì)胞取得了一定的研究成果。脂肪干細(xì)胞的分化能力可用于修復(fù)缺損，而旁分泌功能則可調(diào)節(jié)周圍組織功能。在骨、心肌、神經(jīng)、血管等領(lǐng)域中開展了大量臨床前研究和初步的臨床試驗(yàn)，為脂肪干細(xì)胞用于治療累計(jì)了豐富的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。脂肪干細(xì)胞的生物學(xué)特性及優(yōu)勢在組織工程、細(xì)胞移植與治療、表皮創(chuàng)傷修復(fù)、整形整容等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

但是，目前針對脂肪干細(xì)胞的研究大多是在體外或動物體內(nèi)進(jìn)行的，且誘導(dǎo)液還常含有與腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移有關(guān)的生長因子，脂肪干細(xì)胞本身也分泌很多具有很高生物活性的生物分子，它們是否對惡變細(xì)胞存在潛在的促生長作用尚不清楚。最重要的是，ADSCs的局部應(yīng)用可引發(fā)全身反應(yīng)，引起血清中信號分子水平的升高。因此ADSCs真正用于臨床還面臨著很多考驗(yàn)。此外，脂肪干細(xì)胞增殖分化的具體影響因子和調(diào)控機(jī)制尚未完全清楚，而且其臨床應(yīng)用的安全性、可行性、可靠性、有效性需要進(jìn)一步的研究與探討。

隨著對ADSCs不斷的深入探索與研究，大量展開各個(gè)領(lǐng)域相關(guān)的臨床實(shí)驗(yàn)，對ADSCs的認(rèn)識與了解正在不斷的加深，相信其用于臨床治療不再是遙遠(yuǎn)的事情。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2015.03.030

2015-02-28；

2015-04-08

*通訊作者，E-mail：cccdon@163.com.

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(此文編輯：朱雯霞)