脂肪干細(xì)胞的生物學(xué)特性及其治療皮膚老化的研究進(jìn)展

曹 政，郭 澍

·綜述·

脂肪干細(xì)胞的生物學(xué)特性及其治療皮膚老化的研究進(jìn)展

曹 政，郭 澍

皮膚老化主要是由于膠原合成以及血管生成減少所致，包括皮膚結(jié)構(gòu)和生理功能的改變，是由多種因素共同作用而導(dǎo)致的皮膚衰老現(xiàn)象。脂肪干細(xì)胞具有多向分化潛能，其分泌的多種細(xì)胞因子對血管生成、血運(yùn)重建、免疫調(diào)節(jié)、傷口愈合和組織再生有顯著的效果，已成為美容皮膚科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，并在治療皮膚光老化方面也取得了初步的臨床效果。

脂肪干細(xì)胞；生物學(xué)特性；治療；皮膚老化

［Abstract］Aging on skin is mainly due to collagen synthesis and decreased angiogenesis，including changes of skin structure and physiological function，caused by multiple factors.Adipose-derived stem cells（ADSCs）have multiple differentiative potential.Various cytokines secreted by ADSCs have significant effects on angiogenesis，revascularization，immune regulation，wound healing and tissue regeneration，which have become a hot topic in the field of cosmetic dermatology research，and also achieved preliminary clinical results on the treatment of skin photo aging.

［Key words］Adipose-derived stem cells（ADSCs）；Biological characteristics；Treatment；Aging on skin

脂肪干細(xì)胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）是來源于脂肪組織的間充質(zhì)干細(xì)胞，具有多向分化潛能，可定向分化為骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、心肌細(xì)胞等［1］，由于其較骨髓干細(xì)胞來源豐富，易于獲取，使其在組織重建與再造方面有巨大的應(yīng)用價(jià)值。近來發(fā)現(xiàn)，ADSCs有顯著的分化和旁分泌功能，其分泌的多種生物活性因子具有很大的治療潛能，并在治療皮膚創(chuàng)傷及皮膚光老化方面得到了初步的實(shí)驗(yàn)支持與臨床效果［2-3］。

皮膚老化是由多種因素共同作用而導(dǎo)致的皮膚衰老現(xiàn)象，既有皮膚組織結(jié)構(gòu)的退變，也存在著皮膚屏障功能或生理相關(guān)參數(shù)的衰退，皮膚的抗老化治療已成為美容皮膚科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。作者基于ADSCs的生物學(xué)特性及其目前對皮膚老化修復(fù)作用的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ADSCs的生物學(xué)特性

2001年，Zuk等［1］在負(fù)壓吸脂術(shù)中首次獲得脂肪間充質(zhì)細(xì)胞，其具有多向分化潛能，可以在體外穩(wěn)定傳代且保持低衰老性。該研究引起了世界各地的廣泛關(guān)注，諸多學(xué)者根據(jù)ADSCs的分化潛能探究其對組織的修復(fù)和重建的作用，如骨與軟骨缺損的治療、心肌再生及改善心功能［4］。研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs分泌的多種細(xì)胞因子對血管生成和血運(yùn)重建、免疫調(diào)節(jié)、傷口愈合和組織再生等［5］也有顯著的效果。

1.1ADSCs的分離培養(yǎng) ADSCs的培養(yǎng)常用組織塊培養(yǎng)法和酶消化法。

1.1.1組織塊培養(yǎng)法 這是一種簡便易行且成功率較高的原代培養(yǎng)方法，即將組織剪切成小塊后，接種于培養(yǎng)瓶。組織塊接種后1～3 d，由于游出細(xì)胞數(shù)量很少，組織塊的粘貼不牢固，在觀察和移動過程中要注意動作輕巧，盡量不要引起液體的震蕩而產(chǎn)生對組織塊的沖擊力使其漂起，在接種后5～7 d移除脂肪組織并可見細(xì)胞生長［6］。組織塊法特別適合于組織量少的原代培養(yǎng)，但組織塊培養(yǎng)時細(xì)胞生長較慢，耗時較長。

1.1.2酶消化法 脂肪組織在剛剛離體時，生物學(xué)特性未發(fā)生很大變化，仍具有二倍體遺傳特性。利用酶消化法將妨礙細(xì)胞生長的細(xì)胞間質(zhì)包括基質(zhì)、纖維去除，使細(xì)胞分散，形成懸液，易于從外界吸收養(yǎng)分和排除代謝產(chǎn)物，過夜培養(yǎng)后移除未貼壁的細(xì)胞并換液［7］。酶消化法可在短時間內(nèi)獲得大量的細(xì)胞，但花費(fèi)昂貴。

1.2ADSCs的鑒定 諸多學(xué)者對ADSCs的鑒定做了深入的研究，希望可以找出有效鑒定ADSCs的方法，但迄今尚沒有鑒定ADSCs的金標(biāo)準(zhǔn)。ADSCs在培養(yǎng)初期表達(dá)的標(biāo)志物并不一致［8］，有些細(xì)胞表面標(biāo)志物可在細(xì)胞體外培養(yǎng)的過程中改變，如CD34在早期高表達(dá)，但隨著細(xì)胞分裂而逐漸減少［9-10］。有研究表明，脂肪干細(xì)胞在第3代時形態(tài)均一，并表達(dá)CD29、CD44、CD73、CD90、CD105和CD166，不表達(dá)CD11b、CD14、CD31和人類白細(xì)胞抗原DR［8］。最新的研究指出ADSCs 2次傳代后在242種標(biāo)志中表達(dá)58種，如高表達(dá)CD9、CD10、CD34、CD44、CD49d、CD54、CD55、CD59、CD71，不表達(dá)CD11b、CD14、CD19、CD31、CD45、人類白細(xì)胞抗原DR［11］。骨髓干細(xì)胞與脂肪干細(xì)胞表達(dá)類似的細(xì)胞表面標(biāo)志物。有學(xué)者［12］認(rèn)為，可采用2種細(xì)胞表面標(biāo)志物對兩者進(jìn)行鑒別，即CD36 和CD106；其中CD36為ADSCs所表達(dá)，CD106為髓干細(xì)胞所表達(dá)。

1.3ADSCs的分化能力 2001年Zuk等［1］在體外誘導(dǎo)ADSCs成脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、骨細(xì)胞，證實(shí)了其多向分化潛能；后研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs在特定的條件下可分化為內(nèi)皮細(xì)胞［13］、角質(zhì)細(xì)胞［14］、星形膠質(zhì)細(xì)胞［15］、神經(jīng)細(xì)胞［16］、尿路上皮細(xì)胞［17］、心肌細(xì)胞［18］，ADSCs的分化能力使得其在臨床的實(shí)際應(yīng)用中有著巨大的潛力和價(jià)值。

1.4ADSCs的分泌功能 研究表明，脂肪組織可表達(dá)和分泌一系列生物活性因子，這些生物活性因子涉及不同的功能，包括脂質(zhì)代謝、血管再生、胰島素敏感性、食欲和能量平衡、血壓的調(diào)節(jié)和炎癥［19］。

目前研究所知，ADSCs分泌的細(xì)胞因子包括:白介素（interleukin，IL）類，IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、IL-11、IL-12、IL-13、IL-15、IL-17、IL-35；集落刺激因子類，粒細(xì)胞集落刺激因子、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子；干擾素類，γ-干擾素；腫瘤壞死因子類，腫瘤壞死因子-α；轉(zhuǎn)化生長因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β），TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3；趨化因子類，嗜酸細(xì)胞活化趨化因子、炎癥蛋白10、單核細(xì)胞趨化蛋白-1、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1α、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1β和調(diào)節(jié)活化正常T細(xì)胞表達(dá)和分泌因子［20］；其他細(xì)胞因子，如表皮生長因子、血小板衍生生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、角質(zhì)細(xì)胞生長因子、肝細(xì)胞生長因子、神經(jīng)生長因子、血管內(nèi)皮生長因子、胎盤生長因子［5，21］。

2 皮膚老化的研究

2.1皮膚老化的臨床表現(xiàn) 皮膚衰老包括皮膚結(jié)構(gòu)和生理功能的改變，如神經(jīng)的感知、皮膚的滲透性、對損傷的應(yīng)答、修復(fù)能力以及一些皮膚病發(fā)病率的改變［22］。皮膚老化可分為內(nèi)源性皮膚老化和外源性皮膚老化。內(nèi)源性皮膚老化是由基因所決定生理上不可避免的自然過程［23］，皮膚中的膠原蛋白生產(chǎn)速度變慢、彈性蛋白減少，死亡的皮膚細(xì)胞脫落緩慢、新生的皮膚細(xì)胞減少；盡管不明顯，但是這些內(nèi)在的皮膚老化的變化在20歲左右開始［24］，臨床上表現(xiàn)為皮膚干燥、松弛、皺紋，以及各種良性腫瘤如脂溢性角化和櫻桃狀血管瘤。外源性皮膚老化特點(diǎn)是指皮膚過早的老化，多數(shù)是由于紫外線照射引起，也可由重復(fù)的肌肉運(yùn)動如瞇眼和皺眉、空氣污染、吸煙以及生活方式如飲食、睡眠［25］造成。其中，由紫外線過度照射引起的皮膚老化也稱為光衰老，光衰老最早于1986年Kligman［26］提出，表現(xiàn)為粗皺紋、雀斑樣痣、毛細(xì)血管擴(kuò)張、色素斑、皮膚粗糙、松弛、日光性皮炎。其程度取決于皮膚的類型和種族、地理位置、太陽光暴露的程度、職業(yè)、生活方式以及防護(hù)的措施［27］。

2.2皮膚老化的機(jī)制 皮膚老化的主要原因是真皮結(jié)構(gòu)中的膠原蛋白水平降低［28］。膠原蛋白為皮膚提供強(qiáng)度和韌性，有保持真皮結(jié)構(gòu)的重要功能［29］。膠原蛋白由真皮成纖維細(xì)胞合成，其合成的一個重要的相關(guān)細(xì)胞因子是TGF-β，TGF-β被證明可以促進(jìn)膠原蛋白的產(chǎn)生和皮膚創(chuàng)傷的修復(fù)；另一個重要的調(diào)控因素是轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1（activated protein，AP-1），AP-1使基質(zhì)金屬蛋白酶增多從而增加膠原酶降解、減少膠原蛋白合成，同時AP-1也加劇光老化端粒的縮短［30］。光老化的機(jī)制主要為紫外線輻射觸發(fā)活性氧，繼而可以破壞DNA，也可抑制酪氨酸磷酸酶，增加信號的傳導(dǎo)，最終上調(diào)AP-1轉(zhuǎn)錄因子。紫外線也可以直接上調(diào)AP-1的合成成分c-Jun，并下調(diào)視黃酸受體以減弱對AP-1的抑制作用，使膠原蛋白降解增多。除此之外，紫外線還可下調(diào)TGF-β信號以減少膠原的合成，上調(diào)核因子-κB刺激釋放促炎性細(xì)胞因子以放大紫外線照射的作用，并可使絲裂原活化蛋白酶、c-Jun氨基末端激酶、p38、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶通路活化［31］。這些因素共同作用降低膠原蛋白的產(chǎn)生并增強(qiáng)其降解，導(dǎo)致了皮膚老化。

3 ADSCs在皮膚老化中的應(yīng)用

已有較多的臨床研究和動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)ADSCs在創(chuàng)傷修復(fù)中的作用，ADSCs通過刺激上皮形成及血管再生進(jìn)而促進(jìn)皮膚愈合［32］。ADSCs分泌的血管內(nèi)皮生長因子、肝細(xì)胞生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子和角質(zhì)細(xì)胞生長因子的相互作用刺激角質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移［2］。為探究ADSCs釋放的多種生長因子對皮膚老化是否也有治愈作用，許多學(xué)者通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)或動物模型展開研究。Kober等［33］通過實(shí)驗(yàn)得出，ADSCs上清液在體外可以有效誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞增殖及血管再生。Kim等［34］通過給小鼠皮下注射ADSCs，發(fā)現(xiàn)可以顯著增加膠原蛋白的合成，皮膚的厚度、膠原蛋白的密度以及成纖維細(xì)胞的數(shù)量也有所增加，并同時刺激血管生成，并由此得出ADSCs對皮膚老化的治療作用。Zhang等［35］給6周齡裸鼠連續(xù)8周注射D-半乳糖構(gòu)建皮膚衰老模型，通過組織學(xué)觀察和免疫組化分析發(fā)現(xiàn)ADSCs可在小鼠體內(nèi)抑制晚期糖基化終產(chǎn)物、提高超氧化物歧化酶水平，并降低丙二醛水平，且通過實(shí)驗(yàn)觀察到ADSCs促進(jìn)小鼠體內(nèi)釋放血管內(nèi)皮生長因子，得出ADSCs在皮膚衰老時可有助于皮膚再生、糖基化抑制、抗氧化及皮膚營養(yǎng)作用。Kim等［36］給裸鼠照射紫外線，產(chǎn)生皺紋后皮下注射ADSCs皮膚皺紋有很大改善，ADSCs分泌的TGF、細(xì)胞外液、IL-1、腫瘤壞死因子-α減少了紫外線照射誘導(dǎo)的人皮膚成纖維細(xì)胞（human dermal fibroblast，HDF）凋亡并刺激HDF合成膠原蛋白，增加膠原蛋白-1的合成以及減少基質(zhì)金屬蛋白酶-1的合成以修復(fù)光老化。Son等［3］通過酶聯(lián)免疫吸附測定法檢測得出ADSCs可以使HDF在紫外照射下降低基質(zhì)金屬蛋白酶-1的表達(dá)，具有治療皮膚老化的潛能。

4 ADSCs的應(yīng)用前景

由于ADSCs易于獲取、可在體外擴(kuò)增、具有多向分化的能力，使其得到廣泛的關(guān)注，在不同的疾病治療中取得了巨大的成果。隨著研究的深入，ADSCs的應(yīng)用已不僅體現(xiàn)在其分化能力上，同時體現(xiàn)在其分泌功能上，諸多研究者投入到了ADSCs抗皮膚皺紋的研究當(dāng)中。目前的動物實(shí)驗(yàn)及體外研究表明，ADSCs分泌的多種細(xì)胞因子對皮膚老化有治療作用，這些生長因子通過激活增殖HDF，調(diào)節(jié)膠原的分泌，從而增加膠原的水平以改善皮膚的老化。然而，ADSCs的抗皮膚老化機(jī)制尚不完全明確，需更進(jìn)一步的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究。相信在不久的將來，ADSCs的相關(guān)產(chǎn)品在治療皮膚老化的臨床方面將取得重要進(jìn)展。

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Biological characteristics of adipose-derived stem cells and research progress in the treatment of aging on skin

CAO Zheng，GUO Shu
（Department of Plastic Surgery，the First Affiliated Hospital of China Medical University，Shenyang Liaoning 110001，China）

R339.3+8；R329.2+4

A

2095-3097（2016）04-0249-04

10.3969/j.issn.2095-3097.2016.04.018

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51272286）；遼寧省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（20102296）；遼寧省醫(yī)學(xué)高峰建設(shè)工程資助項(xiàng)目（2010014）

110001遼寧沈陽，中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院整形外科（曹 政，郭 澍）

郭 澍，E-mail:936747127@qq.com

（2016-02-18 本文編輯:徐海琴）