脂肪干細胞的分化功能及在組織修復中的應用

段劍鋒，張培華

（廣東醫(yī)學院，廣東 湛江 524001）

脂肪干細胞的分化功能及在組織修復中的應用

段劍鋒，張培華

（廣東醫(yī)學院，廣東 湛江 524001）

成體干細胞有巨大的潛能治療多種疾病，細胞療法和再生醫(yī)學為治療組織缺損和器官損傷提供了新思路，脂肪干細胞(ADSCs)與胚胎干細胞(ESCs)、誘導多能干細胞(iPSCs)及骨髓干細胞(BMSCs)為比較理想的類型。通過查閱一定量的文獻我們了解到，獲取脂肪干細胞的方法對人體的損傷最小，且含量豐富，也不受到倫理道德、識別困難等問題的限制并易于擴增。同時ADSCs在不同的條件下能夠分化成脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞、肌細胞、神經細胞。這些特性為脂肪干細胞移植治療軟組織缺損和難愈合傷口提供了一種選擇，并且在美容外科也有一定的應用?，F(xiàn)在對目前脂肪干細胞的分離、分化和治療進行闡述。

脂肪干細胞；分化；組織修復；整形外科

干細胞包括胚胎干細胞(Embryonic stem cells，ESCs)、誘導多能干細胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs)和成體干細胞(Adult stem cells)等。ESCs能自我更新和分化成體內各種細胞。誘導多能干細胞是體細胞通過基因重編程后的具有ESCs特性的一類細胞。因為倫理學問題限制了ESCs在臨床上的研究和應用，而誘導多能干細胞和成體干細胞避免了倫理問題，故有望成為理想的臨床應用干細胞類型。脂肪干細胞(Adipose-derived stem cell,ADSCs)存在于任何類型的白色脂肪組織，包括皮下和網膜脂肪。通過吸脂術獲取脂肪組織分離ADSCs對機體的創(chuàng)傷很小。Shiffman等[1]報道通過吸脂術實現(xiàn)自體移植的脂肪細胞90%～100%未受到損傷。分離的ADSCs在分化成不同的細胞系之前能夠培養(yǎng)擴增的很好。ADSCs能夠分化成脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞、肌細胞、周圍神經細胞[2]等。此外，ADSCs在患者行骨髓移植后引起的移植物抗宿主病方面也有積極的療效，顯示了免疫調節(jié)功能。因此ADSCs將會成為臨床治療上的一種非常有效的干細胞資源。

1 ADSCs的分離和培養(yǎng)

從脂肪組織分離出的干細胞含量相比于其他干細胞來源要明顯多。目前，分離ADSCs的方法除了人工分離法還有組織塊貼壁法[3]等分離出ADSCs。其中人工分離法主要是加入膠原酶消化后離心，得到成纖維樣細胞形態(tài)，而最新發(fā)現(xiàn)的組織塊貼壁法分離ADSCs比人工分離法更方便、高效、經濟，得到廣泛應用。

2 ADSCs的分化潛能和臨床應用

2.1 ADSCs成脂分化和應用 在含地塞米松、胰島素、異丁基甲基黃嘌呤的體外成脂誘導劑中油紅O染色可證明ADSCs能生脂。ADSCs來源的脂肪細胞可用于軟組織缺損、乳腺切除后乳房形態(tài)的改善、脂肪代謝障礙和在美容方面的應用如面部輪廓的改善和抗衰老。自體脂肪細胞移植在軟組織再生方面已經有了廣泛的應用。然而一些問題仍然存在，其中之一就是移植的脂肪細胞長期的存留率低，由于組織重吸收移植的脂肪細胞會丟失原有體積的20%～90%[4]。用組織移植的方法填補軟組織的缺損，為移植物提供營養(yǎng)的脈管系統(tǒng)是必要的。ADSCs能夠通過分泌血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)促進新生血管的形成和通過它的分化潛能實現(xiàn)脂肪細胞及成纖維細胞的再生。

2.2 ADSCs成骨分化和應用 ADSCs常用的體外成骨誘導劑有地塞米松、抗壞血酸、甘油磷酸鹽，經誘導用茜素紅染色后可證實表達堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)表達升高。自體骨移植治療骨組織缺損的重建被認為是最好的方法，但是供者本身繼發(fā)的損傷和替代品如異質體的并發(fā)癥[5]，促使研究人員開始研究細胞療法。基于BMSCs和ADSCs在體內外的成骨能力的研究，被證明是很好的候選細胞療法[6]。一個最新的研究中，Thesleff等[7]把ADSCs種植在β-磷酸三鈣顆粒上以臨界尺寸大小成功的修復了4例患者的顱頂骨缺損(65～90 mm×37～75 mm)，沒有使用自體的骨移植。使用CT斷層掃描確定了骨化，研究者證明了使用ADSCs形成的顱骨和周圍未受損傷的顱骨CT密度值一樣。這些結果顯示ADSCs獨自具有使骨缺損適當?shù)墓腔恍枰饧由L因子，并且提供了一種相當容易和損傷小的的自體骨重建方法。

2.3 ADSCs成軟骨分化和應用 ADSCs的成軟骨誘導劑主要包括：胰島素、轉化生長因子β1和抗壞血酸。因為軟骨本身的自我修復能力非常差，軟骨缺損的重建是一個難題，目前FDA僅允許細胞治療用于自體軟骨的移植修復軟骨的缺損，由于自體軟骨移植數(shù)量有限而且會對供區(qū)造成損害，因此ADSCs作為一種微創(chuàng)來源的軟骨細胞前體來研究，它能夠在體外分化成軟骨細胞。在這過程中重要的考慮因素包括加入適當?shù)纳L因子，主要是轉化生長因子-β(Transforming growth factor beta，TGF-β)超家族，還可以利用細胞支架在三維空間里培養(yǎng)軟骨細胞，有了這些先決條件ADSCs能夠在體內分化成軟骨組織。此外，把未誘導的ADSCs植入到髕骨關節(jié)軟骨缺損和動物的外耳輪廓缺損處分別經過6個月和3個月的恢復，主體軟骨結構得到完全修復并完全修補了缺損。由于這些細胞受到體內多種機制的調控，在未來臨床上將會受到很好應用，并證明了ADSCs在移植前不需要外加生長因子和基質就能夠很好的適應內部環(huán)境。

2.4 ADSCs成神經組織分化和應用 ADSCs的成神經誘導培養(yǎng)基主要包括主要成分：胰島素、吲哚美辛和異丁基甲基黃嘌呤。向受損的外周神經移植未分化的ADSCs已經證明ADSCs能夠在體內分泌多種神經營養(yǎng)因子，比如神經生長因子、膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子和腦源性神經營養(yǎng)因子[8-9]。此外，ADSCs具有負責神經膠質細胞表型和神經元代謝功能基因的功能，注射ADSCs后的旁分泌生長因子可提高血管生成，減少細胞凋亡率和促進受損心肌里的神經元生長[10]。這些發(fā)現(xiàn)顯示也許ADSCs特別合適創(chuàng)造一種適合軸突再生的有利環(huán)境。然而，ADSCs影響神經再生的全部作用機制還未了解，向轉變化方面的研究需要了解ADSCs在促進周圍組織再生過程中扮演的是旁分泌的較色或是一種替代原有組織的祖細胞角色等。

3 ADSCs在創(chuàng)傷修復方面的應用

3.1 在皮膚保養(yǎng)修復方面的應用 最近認為ADSCs具有產生和分泌生長因子的固有功能，在皮膚修復方面的各種再生功能已經被證實[11-12]。ADSCs顯示了多向發(fā)育可塑性和分泌多種生長因子例如血管內皮生長因子(VEGF)、肝細胞生長因子(HGF)和細胞轉化生長因子(TGF)β1等。這些蛋白調控著周圍受損的細胞。例如，ADSCs和ADSCs培養(yǎng)液可在傷口的愈合過程中刺激膠原的合成和真皮結締組織遷移。ADSCs和它分泌的各種因子也可修復來自化學品和UVB照射對真皮結締組織的氧化損傷[13]。此外，ADSCs和ADSCs培養(yǎng)液可下調B16黑色素瘤細胞表達酪氨酸酶和酪氨酸相關蛋白酶-1(TRP-1)，從而抑制黑素原的生成[14]。ADSCs和ADSCs培養(yǎng)液在生物科技領域還可用于美容護膚品和蛋白類藥品的研發(fā)。

3.2 在組織缺損修復中的應用 創(chuàng)傷修復是一個高度協(xié)調的過程，包括復雜的細胞間機制、生長因子和細胞外基質大分子來共同完成止血過程、細胞增殖、血管生成、上皮形成和組織重塑等。由于ADSCs能夠分泌多種生長因子和關鍵的細胞因子，能夠促使巨噬細胞聚集，提高肉芽組織的生成，改善血管化，因此ADSCs成為創(chuàng)傷治療方面很好的候選療法。這些修復能力在Rigotti等[15]的研究里有詳細的闡明，并研究了ADSCs在治療放射損傷引起的萎縮、纖維化、潰瘍和退化等嚴峻和不可逆損傷方面的能力。在受輻射的損傷區(qū)多次注射自體靜化了的脂肪細胞能夠改善組織的新生血管的形成等超微結構，也能改善大部分患者的臨床癥狀。也有類似的報道，用ADSCs治療輻射損傷的動物模型，創(chuàng)面新生血管密度增加[16]。這些研究說明了ADSCs促進修復的可能機制例如釋放角質形成細胞生長因子和ADSCs向內皮及外皮表型的分化。由于ADSCs具有生成血管能力，在肢體嚴重缺血引起的局部缺血復雜創(chuàng)面治療和由異常的病理性因素導致的創(chuàng)面也大有益處。

4 總 結

干細胞在細胞治療各種疾病方面將會成為一種非常有用的工具，在整形外科領域，干細胞在治療各種缺損，如骨缺損、軟組織缺損、局部缺血或輻射引起的難愈傷口的治療方面已經報道非常有效。干細胞療法在抗衰老和隆乳等美容方面證明了有積極的效果。所有這些研究都證明了細胞療法產生的并發(fā)癥微乎其微。ADSCs容易分離和有效的回體生長使它成為臨床應用方面很好的選擇。然而，關于這些細胞起療效的機制還有很多不清楚。就這一點而言，將來的研究重點轉向細胞移植到創(chuàng)面的存活情況、移植后如何控制細胞增殖和如何把移植后的細胞適當?shù)厝谌胨鼈冎車沫h(huán)境，必須進行大規(guī)模的隨機試驗研究來證實這種新的治療方法的安全性和有效性。干細胞目前的臨床研究進展顯示了干細胞療法在整形外科應用的美好前景。

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Differentiation of adipose-derived stem cell and its application in tissue repair.

DUAN Jian-feng,ZHANG Pei-hua. Guangdong Medical College,Zhanjiang 524001,Guangdong,CHINA

Adult stem cells have great potential to treat many diseases.Cell-based therapies and regenerative medicine have present a new vision for curing tissue defects and injury organ.Adipose-derived stem cells(ADSCs)are among the most promising stem cell types,as well as embryonic stem cells(ESCs),induced pluripotent stem cells(iPSCs)and bone marrow stromal cells(BMSCs).Studies have indicated that ADSCs are easy to get with almost no damage to human body,of great abundance,and are not limited by ethical issues and difficulties in identification.At the same time,ADSCs can differentiate into adipocytes,osteoblasts,chondrocytes,myocytes and neuronal cells under different conditions.These characteristics provide a choice for treating soft tissue defects and non-healing wounds.ADSCs have also been shown to be of certain significance in aesthetic surgery.In this review,the isolation,differentiation and therapeutic applications ofADSCs would be discussed.

Adipose-derived stem cells;Differentiation;Tissue repair;Aesthetic surgery

R329.2+4

A

1003—6350（2016）06—0972—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.06.039

2015-10-13)

廣東省自然科學基金(編號：2014A030313535)

張培華。E-mail：zhangph1128@126.com