年齡對(duì)人脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)特性的影響

杜鵬，王峰，陳曉波，鄭燕，吳倩倩，劉衛(wèi)軍，王玉亮△

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stromal cells，MSCs）具有多能性、易得性，并兼有免疫調(diào)節(jié)、炎癥趨化、組織修復(fù)等生物學(xué)特性，故有望成為自身免疫疾病、心腦血管疾病、失代償性乙型肝炎肝硬化、器官移植及新型冠狀病毒肺炎（conronavirus disease 2019，COVID-19）等疾病治療的細(xì)胞來源［1-2］。脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose derived mesenchymal stromal cells，ADSCs）是一種具有自我更新能力和多向分化潛能的組織工程種子細(xì)胞，具有容易獲得并可大量復(fù)制的特點(diǎn)，其獲取效率優(yōu)于骨髓MSCs，特別是自體細(xì)胞移植不涉及倫理道德問題［3］。隨著ADSCs在多種難治性疾病研究中的應(yīng)用，制備足夠的ADSCs成為研究熱點(diǎn)。ADSCs捐贈(zèng)者年齡對(duì)細(xì)胞增殖活性、分化潛能及旁分泌作用有較大影響，尤其是老年患者能否采取自體干細(xì)胞治療相關(guān)疾病尚無定論［4］。本研究旨在觀察年齡對(duì)ADSCs體外生物學(xué)特性的影響，以期為臨床進(jìn)行自體細(xì)胞移植，迅速獲得所需ADSCs提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 納入2020年8月—2021年8月于天津市兒童醫(yī)院行腹部腫物切除的10例患兒（兒童組），男女各5例，年齡2～6歲。納入同期天津市人民醫(yī)院行闌尾炎切除的20例患者；其中，20～40歲的10例（成年組），男女各5例；51～74歲的10例（＞50歲組），男女各5例。獲取各組患者的術(shù)中腹部皮下脂肪組織并留取外周血5 mL。捐獻(xiàn)者均簽署知情同意書。

1.2 主要試劑與儀器 鼠抗人CD34、CD45、CD73、CD90、CD105單克隆抗體（BD Pharmingen公司，美國(guó)）；DMEM/F12培養(yǎng)基、胎牛血清（Gibco公司，美國(guó)）；Ⅰ型膠原酶、胰蛋白酶、植物血凝素（PHA）、成脂及成骨誘導(dǎo)試劑（Sigma公司，美國(guó)）；重組人白細(xì)胞介素（IL）-2（北京四環(huán)生物制藥有限公司）；TRIzol RNA提取試劑盒（Invitrogen公司，美國(guó)）；干擾素（IFN）-γ酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）試劑盒（eBioscience公司，美國(guó)）；聚蔗糖-泛影葡胺淋巴細(xì)胞分離液（天津市灝洋生物制品科技有限責(zé)任公司）；倒置顯微鏡（Olympus公司，日本）；CO2培養(yǎng)箱（Thermo公司，美國(guó)）；超凈工作臺(tái)（上海力康生物醫(yī)療科技控股有限公司）；xCELLigence RTCA實(shí)時(shí)細(xì)胞分析系統(tǒng)及其配套E-plate16孔培養(yǎng)板、CIM-Plate 16孔遷移培養(yǎng)板（Roche公司，德國(guó)）；FACS Calibur流式細(xì)胞儀（Becton Dickinson公司，美國(guó)）；7500型PCR擴(kuò)增儀（ABI公司，美國(guó)）；酶標(biāo)儀（BioTek公司，美國(guó)）。

1.3 研究方法

1.3.1 ADSCs的分離、培養(yǎng)和鑒定 參照文獻(xiàn)［5］，對(duì)兒童組、成年組和＞50歲組腹部皮下脂肪組織進(jìn)行ADSCs的分離與培養(yǎng)，取第3代ADSCs用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。倒置顯微鏡和姬姆薩染色觀察細(xì)胞形態(tài)，流式細(xì)胞術(shù)對(duì)MSCs細(xì)胞表面標(biāo)志物（CD90、CD105和CD73）、造血干細(xì)胞表面標(biāo)志物CD34及白細(xì)胞共同抗原CD45進(jìn)行鑒定，其中細(xì)胞表面標(biāo)志物表達(dá)＞95%為陽(yáng)性［6］。

1.3.2 增殖細(xì)胞指數(shù)（CI）測(cè)定 取xCELLigence RTCA實(shí)時(shí)細(xì)胞檢測(cè)系統(tǒng)所配置的布滿電極的E-plate 16孔培養(yǎng)板，每孔加入100μL細(xì)胞培養(yǎng)液測(cè)定基線；待測(cè)定完畢，將各組細(xì)胞按5 000個(gè)/孔的密度種植于E-plate培養(yǎng)板內(nèi)，置于xCELLigence RTCA儀器上，于37℃、5%CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)過程中電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各孔增殖CI值，以72 h為監(jiān)測(cè)終點(diǎn)。

1.3.3 遷移CI測(cè)定 制備細(xì)胞懸液前先將細(xì)胞在無血清培養(yǎng)基中饑餓培養(yǎng)24 h，消化細(xì)胞，調(diào)整細(xì)胞密度至1×105/mL；取細(xì)胞懸液100μL種植于CIM-Plate 16細(xì)胞遷移培養(yǎng)板上室；細(xì)胞遷移培養(yǎng)板下室加入160μL含20%胎牛血清的完全培養(yǎng)基。將CIM-Plate 16孔遷移培養(yǎng)板安置于xCELLigence RTCA儀器上，于37℃、5%CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)過程中電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各孔遷移CI值，以72 h為監(jiān)測(cè)終點(diǎn)。

1.3.4 ADSCs多向分化能力評(píng)估 參照文獻(xiàn)［6］，鑒定ADSCs體外誘導(dǎo)多向分化的潛能，光學(xué)顯微鏡下觀察油紅O染色后脂肪細(xì)胞質(zhì)內(nèi)球形脂滴形成情況、茜素紅染色后成骨細(xì)胞內(nèi)礦物質(zhì)沉積情況。

1.3.5 實(shí)時(shí)逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)（RT-qPCR）檢測(cè)成骨特異性基因骨橋蛋白（OPN）和脂肪形成特異性基因過氧化物酶體增殖物激活受體-γ（PPAR-γ）mRNA表達(dá)水平 采用Trizol法提取ADSCs總RNA，反轉(zhuǎn)錄為cDNA。OPN引物：上游5′-AAACGCCGACCAAGGTACAG-3′，下 游5′-ATGCCTAGGAGGCAAAAGCAA-3′；PPAR-γ引物：上游5′-AGTCCTCACAGCTGTTTGCCAAGC-3′，下 游5′-GAGCGGGTG AAGACTCATGTCTGTC-3′；內(nèi)參基因GAPDH引物：上 游5′-AGAAGGCTGGGGCTCATTTG-3′，下 游5′-AGGGGCCATCCACAGTCTTC-3′。反應(yīng)體系：2μL模板、1μL引物、10μL Real PCR Master Mix，焦碳酸二乙酯（DEPC）處理雙蒸水補(bǔ)至20μL。PCR反應(yīng)條件：95℃預(yù)變性10 min；95℃變性30 s，60℃退火45 s，72℃延伸30 s，共40個(gè)循環(huán)。記錄Ct值，以2-ΔCt表示OPN及PPAR-γmRNA的相對(duì)表達(dá)水平，其中ΔCt=Ct目的基因-CtGAPDH。

1.3.6 ELISA檢測(cè)培養(yǎng)上清液中IFN-γ水平 ADSCs以1×104/孔密度接種于96孔細(xì)胞培養(yǎng)板，37℃、5%CO2飽和濕度的培養(yǎng)箱中孵育1 h，將留取的5 mL外周血經(jīng)淋巴細(xì)胞分離液以2 000 r/min離心20 min，分離出外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）。用含10%胎牛血清的RPMI 1640培養(yǎng)基調(diào)整細(xì)胞濃度為1×105/孔，待ADSCs貼壁后每孔加入1×105個(gè)PBMCs，建立共培養(yǎng)體系，共培養(yǎng)體系加入10μL PHA（10 mg/L）及8μL IL-2（100 U/mL）刺激淋巴細(xì)胞增殖，每個(gè)共培養(yǎng)體系設(shè)3個(gè)復(fù)孔，于37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)72 h，收集培養(yǎng)上清液。參照試劑盒說明書，檢測(cè)IFN-γ水平。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 11.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間多重比較采用LSD-t法，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ADSCs的體外培養(yǎng)和鑒定 ADSCs傳代后細(xì)胞主要呈長(zhǎng)梭形，并呈幾何倍數(shù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，傳3代后ADSCs細(xì)胞形態(tài)均一，呈漩渦狀鋪滿板底，各組細(xì)胞形態(tài)均為典型的紡錘形，具備典型的ADSCs形態(tài)特征，見圖1。姬姆薩染色后，可見各組細(xì)胞大部分呈紡錘形，也有多角形，胞核染成紫紅色，胞漿染成淡紫色，見圖2。流式細(xì)胞儀檢測(cè)各組ADSCs表面標(biāo)志物CD90、CD105和CD73表達(dá)均＞95%，CD34、CD45表達(dá)均呈陰性，見圖3。

2.2 各組細(xì)胞體外增殖和遷移CI比較 與成年組以及＞50歲組比較，兒童組細(xì)胞體外增殖CI和遷移CI均增加（P＜0.01），見表1。

2.3 各組細(xì)胞多向分化結(jié)果 成脂和成骨誘導(dǎo)液均可誘導(dǎo)ADSCs分化為脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞，其中兒童組及成年組能夠明顯誘導(dǎo)分化為成骨細(xì)胞，而＞50歲組誘導(dǎo)分化為成骨細(xì)胞染色較弱，見圖4。

Fig.1 Morphologic characteristics of ADSCs from three age groups(×200)圖1 3個(gè)年齡組ADSCs形態(tài)圖（×200）

Fig.2 Morphologic characteristics of ADSCs after Gemsa staining(×400)圖2 姬姆薩染色后的ADSCs的形態(tài)圖（×400）

Fig.3 Detection of surface markers of ADSCs detected by flow cytometry圖3 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)ADSCs表面標(biāo)志物情況

Tab.1 Comparison of cell proliferation and migration cell index of ADSCs derived from three age groups表1 3組ADSCs增殖及遷移CI比較（n=10，±s）

Tab.1 Comparison of cell proliferation and migration cell index of ADSCs derived from three age groups表1 3組ADSCs增殖及遷移CI比較（n=10，±s）

＊＊P＜0.01；a與兒童組比較，P＜0.05。

組別兒童組成年組＞50歲組F增殖CI 2.65±0.18 2.43±0.15a 2.32±0.15a 11.580＊＊遷移CI 2.34±0.17 1.92±0.14a 1.78±0.20a 29.460＊＊

Fig.4 Adipogenic and osteogenic induction differentiation of isolated ADSCs derived from three age groups(×200)圖4 3組ADSCs誘導(dǎo)分化成脂及成骨細(xì)胞圖（×200）

2.4 各組PPAR-γ、OPN mRNA相對(duì)表達(dá)水平及ADSCs抑制PBMCs IFN-γ分泌水平比較 隨年齡的增長(zhǎng)，各組PPAR-γmRNA相對(duì)表達(dá)水平差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而OPN mRNA相對(duì)表達(dá)水平和抑制IFNγ分泌水平逐漸降低（P＜0.05），見表2。

Tab.2 Comparison of PPAR-γ，OPN mRNA expression in ADSCs and IFN-γsecretion in PBMCs from three age groups表2 3組ADSCs中PPAR-γ、OPN mRNA表達(dá)及PBMCs中IFN-γ分泌水平比較 （n=10，±s）

Tab.2 Comparison of PPAR-γ，OPN mRNA expression in ADSCs and IFN-γsecretion in PBMCs from three age groups表2 3組ADSCs中PPAR-γ、OPN mRNA表達(dá)及PBMCs中IFN-γ分泌水平比較 （n=10，±s）

＊＊P＜0.01；a與兒童組比較，b與成年組比較，P＜0.05。

組別兒童組成年組＞50歲組F PPAR-γmRNA 0.55±0.11 0.57±0.08 0.63±0.08 2.066 OPN mRNA 0.58±0.07 0.50±0.06a 0.36±0.07ab 26.539＊＊IFN-γ（ng/L）638.5±40.4 687.4±44.8a 740.6±36.6ab 15.701＊＊

3 討論

3.1 ADSCs的形態(tài)及表型 了解不同年齡人群ADSCs的體外生長(zhǎng)規(guī)律及生物學(xué)特性是實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的基礎(chǔ)。本研究結(jié)果顯示，各年齡組細(xì)胞形態(tài)均為紡錘形，均具備典型的ADSCs形態(tài)特征；流式細(xì)胞分析結(jié)果顯示，3組細(xì)胞的MSCs表面標(biāo)志物CD73、CD90、CD105的表達(dá)率均在95%以上，同時(shí)陰性標(biāo)志物CD34、CD45表達(dá)率均在1%以下，表明來自所有年齡組的ADSCs含有均一MSCs表型，年齡因素并不影響ADSCs的均一性，與Horinouchi等［7］研究結(jié)論相近。

3.2 ADSCs的生物學(xué)特性 研究顯示細(xì)胞的增殖、遷移、抗細(xì)胞凋亡和分化能力可能是影響臨床治療結(jié)果以及組織工程成功的關(guān)鍵因素［8］。細(xì)胞增殖能力是ADSCs用于治療的關(guān)鍵，即在短時(shí)間內(nèi)獲得滿足臨床細(xì)胞治療所需要的細(xì)胞數(shù)量的能力。遷移指數(shù)反映細(xì)胞在體內(nèi)向炎癥部位或是損傷部位遷移能力，在組織修復(fù)中起關(guān)鍵作用。多向分化反映細(xì)胞對(duì)損傷部位進(jìn)行損傷修復(fù)及組織再生能力。本實(shí)驗(yàn)通過xCELLigence RTCA實(shí)時(shí)細(xì)胞分析系統(tǒng)檢測(cè)3組細(xì)胞增殖和遷移能力，該分析系統(tǒng)利用檢測(cè)電子傳感器阻抗變化以反映細(xì)胞生理狀態(tài)，從而對(duì)細(xì)胞進(jìn)行無損傷地定量檢測(cè)。結(jié)果表明，在相同培養(yǎng)條件下，隨著年齡的增長(zhǎng)，ADSCs體外增殖、遷移能力均逐漸減弱，表明衰老可以降低細(xì)胞增殖和遷移能力，提示對(duì)老年供體采集ADSCs需要收集更多的脂肪組織或需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理以增強(qiáng)ADSCs的增殖和遷移能力。ADSCs具有多向分化潛能。本研究細(xì)胞染色及標(biāo)志基因表達(dá)指標(biāo)顯示，各組ADSCs均有效地分化為了脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞；不同年齡組之間，油紅O陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量相當(dāng)，脂肪形成特異性基因PPAR-γmRNA表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明高齡人群ADSCs的脂肪生成潛能亦得到了很好的保存。然而，本研究顯示，＞50歲組ADSCs誘導(dǎo)分化成骨細(xì)胞的能力較弱，隨年齡的增長(zhǎng)，骨結(jié)節(jié)形成特異性基因OPN mRNA相對(duì)表達(dá)水平降低，表明隨著年齡的增長(zhǎng)，ADSCs向成骨細(xì)胞分化能力逐漸減弱。兒童因正處于旺盛的生長(zhǎng)發(fā)育期，因此要比高齡人群具備更強(qiáng)的自我增殖、遷移和多向分化能力，是較理想的種子細(xì)胞的來源。Kornicka等［9］研究顯示，ADSCs的成脂和成骨分化潛能取決于供體年齡，其中＞20歲年齡組OPN mRNA表達(dá)水平較高，而50～70歲年齡組的PPAR-γmRNA表達(dá)水平更高。另有研究顯示，髂嵴和脛骨來源MSCs的多向分化潛能不受年輕（18～49歲）和高齡（≥50歲）影響［10］。本研究結(jié)果表明，除了不同來源MSCs之間的差異可能影響細(xì)胞多向分化潛能外，供體年齡組的差異以及MSCs的培養(yǎng)條件也是導(dǎo)致結(jié)果差異的因素。

3.3 ADSCs免疫調(diào)節(jié) 一般認(rèn)為，ADSCs的免疫調(diào)節(jié)作用是通過與效應(yīng)細(xì)胞的相互接觸并釋放可溶性細(xì)胞因子，從而達(dá)到抑制免疫細(xì)胞增殖的作用［11］。本研究顯示，IFN-γ與淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫反應(yīng)有關(guān)［12］。本研究以有絲分裂原活化的淋巴細(xì)胞在體外與來自3組患者的ADSCs共培養(yǎng)結(jié)果顯示，ADSCs可降低促炎細(xì)胞因子IFN-γ的分泌，而兒童組來源ADSCsIFN-γ分泌水平低于成年組和＞50歲組，表明ADSCs免疫調(diào)節(jié)能力隨年齡增長(zhǎng)而下降，提示需要細(xì)胞預(yù)處理策略來提高自體療法中高齡人群來源ADSCs的免疫調(diào)節(jié)功能，與王平等［13］研究結(jié)果相近。

綜上所述，ADSCs的生物學(xué)和功能特征與年齡有關(guān)，兒童來源ADSCs具有更強(qiáng)的體外增殖、遷移、多向分化以及免疫抑制能力。