脂肪来源干细胞相关生长因子及其作用的研究进展

赵珮娟 程 辰 综 述 谢 芸 李青峰 审校

·综述·

脂肪来源干细胞相关生长因子及其作用的研究进展

赵珮娟 程 辰 综 述 谢 芸 李青峰 审校

脂肪来源干细胞能分泌不同生长因子，并发挥多种生物学作用，如促血管生成作用、造血支持作用、抗凋亡作用和趋化作用等。本文对脂肪来源干细胞相关生长因子及其作用的研究进展进行综述。

脂肪来源干细胞生长因子生物学作用

随着脂肪抽吸术的发展，脂肪组织的获取变得更为简易。2001年，Zu等[1]通过脂肪抽吸技术，成功获取脂肪干细胞（Adipose derived stem cells，ADSCs），脂肪来源干细胞的研究开始日趋深入。体外实验结果证实，脂肪来源干细胞具有多向分化能力，在不同诱导条件下可表现成骨、成软骨和成脂的能力，还能向心肌细胞、内皮细胞甚至造血细胞等分化。同时，还具有内分泌功能。实验证实，ADSCs能够产生多种生长因子，如血管内皮生长因子（VEGF）、肝细胞生长因子（HGF）、成纤维生长因子（bFGF）等[2]。

整复外科领域中，应用脂肪来源干细胞进行临床治疗的方法逐渐受到重视，如利用ADSCs构建人工皮肤，可解决大面积皮肤损伤患者皮源不足的问题[3]；注射ADSCs并运用其分泌的生长因子，可促进成纤维细胞的生长，从而达到面部年轻化的效果[4]。此外，利用ADSCs自分泌及旁分泌的生长因子，也能够达到修复组织的目的，如HGF基因转染ADSCs，可改善兔急性心肌梗死后的心功能[5]；ADSCs在肾移植中同样具有应用价值[6]。

因此，为了对ADSCs相关生长因子有进一步的了解，同时对ADSCs移植的临床治疗提供更完善的理论依据，我们需要对ADSCs所分泌的生长因子进行更为深入的研究。本文对脂肪来源干细胞相关生长因子及其作用进行综述。

1 促血管生成作用

1.1 血管内皮生长因子

血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）又名血管通透因子，是由Ferrara等[7]从牛垂体滤泡星状细胞体外培养液中纯化而来的糖类蛋白质。Zeng等[8]以ELISA技术在ADSC中检测出该因子。

VEGF通过与细胞表面受体特异性结合，使酪氨酸残基磷酸化启动细胞内信号传导，最后启动促进内皮细胞分裂、增殖及血管形成的功能[9]。此外，VEGF能够通过对细胞基底膜上通道的开闭，调控大分子物质通过包膜，具有增加血管通透性的作用。相关研究认为，VEGF与血管密度及血管新生等都有密切关系[10-12]。

1.2 肝细胞生长因子

Michalopoulors等[13]在血浆大分子蛋白中证实了肝细胞生成素的存在。Nakumura分离出了促进细胞有丝分裂的因子，称之为肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor，HGF）。肝细胞生长因子存在于多种器官组织中，在肝脏的储脂细胞中也发现了HGF。

HGF由重链α链及轻链β链通过二硫键结合而成，总分子量为约为113 K D，α链C端含有4个kringle结构，该结构具有一特殊氨基酸序列Asn-Tyr-Cys-Arg-Asn-Pro-Asp；β链为一类似丝氨酸蛋白酶结构，但不具有蛋白酶催化功能。HGF在免疫调节、血管生成、造血抗凋亡等方面发挥重要的生物学功能[14-15]，并在促血管生成方面占有重要地位。有研究表明，当血管生成时可产生HGF变体NK4，能抑制被诱发的HGF的上皮移行和血管生成，HGF还能以旁分泌的方式诱导VEGF的产生，而促进内皮细胞的增殖和迁移，也可以直接动员祖细胞促进内皮细胞增殖[16-17]。

1.3 碱性成纤维生长因子

Kim等[18]研究了ADSCs对伤口愈合的影响，经体内外实验证实了碱性成纤维生长因子（Basic fibroblastgrowth factor，bFGF）的存在。bFGF由牛垂体中分离得到[19]，是一种能刺激靶细胞产生生物效应的多肽或蛋白，具有广泛的生物活性。在血管形成、促进创面愈合和组织修复等方面起着重要作用。

bFGF由155个氨基酸组成，由12个β-折迭片段组成类似于金字塔型结构，分子内含有4个半胱氨酸残基。依翻译起始点的不同，分为高分子量与低分子量bFGF两类。表皮生长因子（Epidermal Growth Factor，EGF）能促进成纤维细胞的分裂，bFGF通过对EGF的刺激分泌增加，合成胶原纤维，促进成纤维细胞的生长。

另外，bFGF还能起到促血管生成的作用，VEGF基因启动子区含转录因子SP-1的结合位点，当bFGF通过旁分泌或自分泌方式进入细胞核后便作用在SP-1位点增强VEGF的转录，从而促进VEGF的产生。

1.4 基质细胞衍生因子

基质细胞衍生因子（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）最早由Nagasawa等[20]从小鼠骨髓基质细胞分泌的细胞因子中分离获得，是CXC趋化因子家族成员，分子结构为N端两个半胱胺酸被另一氨基酸残基X所分隔。其后，Zeng等[8]运用ELISA技术在ADSC的分泌因子中发现。SDF-1是造血干细胞/祖细胞动员和归巢的关键因子。研究表明，SDF-1不仅具有迁移、趋化作用，还能协同其他细胞因子调节细胞生长及增殖[21-22]。

SDF-1可通过对VEGF的分泌，诱导内皮细胞增殖和血管新生，SDF-1/CXCR4还能对成纤维细胞的生长及胶原蛋白的合成起到促进作用。

2 造血支持作用

Foster等[8]证实ADSCs分泌和表达大量与刺激造血有关的细胞因子，大致有以下几种。

2.1 粒细胞集落刺激因子

粒细胞集落刺激因子（Granulocyte colony-stimu-lating factor，G-CSF）是由174个氨基酸残基组成的糖蛋白，由4个单环通过氨基酸环相连而成，应激状态下能刺激单核-巨嗜细胞的表达或分泌[23]。

2.2 粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子

粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（G ranulocytemacrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）在小鼠肺组织条件培养液中发现，在体内主要由T细胞、单核巨噬细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞分泌产生，ADSC也可分泌，含有4个外显子和3个内含子。主要促进粒、巨嗜细胞增殖、分化及功能成熟。GM-CSF是一种多潜能的造血生长因子，能作用于造血干细胞促进骨髓造血，维持造血干细胞的存活[24-25]。可刺激未成熟前体细胞增殖，还可提高成熟血细胞的功能，延长生存期，在调节成熟血细胞功能中起中心作用。

2.3 Fms样酪氨酸激酶受体3配体

Fms样酪胺酸激酶受体3配体（Fms-slike tyrosine kinase 3 ligand，Flt3）是从细胞克隆中获得的，含有235个氨基酸，由N端到C端依次为26个氨基酸信号肽、156个氨基酸胞外区、23个氨基酸跨膜区及30个氨基酸胞内区。其靶细胞是能向淋巴细胞、粒细胞单核细胞系及巨核细胞分化的多能干细胞。能刺激早期造血生长因子，表达于造血细胞与骨髓基质细胞；具有很强的协同作用，可同许多造血因子联合刺激髓系细胞的增殖分化及原始造血祖细胞的扩增[26-27]。

3 抗凋亡作用

3.1 胰岛素样生长因子

胰岛素样生长因子（Insulin-like growth factor-1，IGF-1）由人血清中分离获得[28-29]，基因结构与胰岛素具有高度同源性，是生长调节素的一种，由70个氨基酸及3个二硫键组成，主要通过受体IGF-1R介导发挥其生物学作用。IGF-1能被体内多种组织所合成，合成后不进入血液循环，直接作用于组织。

IGF-1具有抑制细胞凋亡的作用[30-31]，可通过PI3K/Akt信号通路或MAPK通路发挥作用。Bai等[32]发现，IGF-1可通过依赖PI3K信号途径抑制VsMC的凋亡，并且通过PI3K引起促凋亡基因Bad磷酸化，使其成为非活性形式。IGF-1能激活一条由PI3K及其下游的Akt组成的信号转导通路，使细胞维持生存并阻止多种刺激诱导的凋亡。

此外，IGF-1还能通过调控Bel-2家族蛋白水平来调节细胞的凋亡[33]，通过调节各成员的表达水平与磷酸化水平影响二聚体的形成，达到调控Bel-2家族蛋白的作用。还能通过白细胞介素1β转化酶家族调节细胞凋亡。Caspases是冬氨酸残基特异性半胱胺酸蛋白酶的简称，包括了12个家族成员，而IGF-1能抑制其活性，从而防止细胞被消化。

3.2 血管内皮生长因子

VEGF除了具有促血管生成作用外，在SDF-1α影响下还具有抗凋亡的作用。体外研究表明，SDF-1α能刺激内皮细胞增殖，同时抑制TNF-α诱导的细胞凋亡，在体内能上调VEGF的表达，而VEGF能起到直接抑制细胞凋亡的作用。

4 趋化作用

4.1 白细胞介素

研究发现，ADSCs可分泌大量的炎性趋化因子[8]，其中包括白细胞介素-6（Interluekin-6，IL-6）及白细胞介素-8（Interluekin-8，IL-8）等。IL-6含有184个氨基酸残基，由4个反平行排列的α螺旋和C端受体结合点组成。IL-6在B细胞活化及产生免疫球蛋白方面起重要作用；并具有诱导细胞毒性T淋巴细胞增殖、分化及杀伤靶细胞所需丝胺酸酯酶活性的作用；能协同IL-3促进造血干细胞的增殖；还具有肝细胞刺激因子的功能，可诱导各种应激蛋白产生。

另外，机体内15%~35%的IL-6由脂肪组织所分泌。因此，肥胖及2型糖尿病的发生与IL-6在脂肪细胞中mRNA的表达和蛋白水平、血循环浓度有关[34]。IL-6可干扰胰岛素的信号转导，从而抑制脂肪合成，增加脂肪的分解及纤溶酶原基活物抑制因子的分泌，也抑制葡萄糖转运体和过氧化物酶体增殖物激活受体的表达，从而产生胰岛素抵抗。

根据氨基酸三维结构，IL-8为6股反向平行的β片层和两个对称反向平行的α螺旋二聚体所构成。IL-8是一种能激活嗜中性粒细胞的趋化性细胞因子，是具有内源性白细胞趋化性和活化性作用的碱基-肝素结合性蛋白质，属于调节炎症的介质，对炎症和免疫过程有重要调节作用[35]。可诱导中性粒细胞变形，激活其运动装置使其定向游走、脱颗粒等，对T淋巴细胞和嗜碱性粒细胞有趋化作用。

4.2 基质细胞衍生因子（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）

研究表明，G-SCF动员外周血时，多种水解蛋白酶作用于胞外基质，黏附因子、细胞因子及趋化因子解除了细胞间的紧密结合，促进了造血干细胞跨越内皮细胞的转运[36-37]，裂解SDF-1α及HSC表面的CXCR4 N端，使HSC失去对SDF-1的趋化作用，而表达CXCR4的造血干细胞能够沿SDF-1的浓度迁移，实现干细胞归巢的过程。

5 其他作用

5.1 免疫抑制及调节作用：前列腺素E2

前列腺素E2（Prostaglandins，PGE-2）的化学合成由3个连续酶促反应组成，是花生四烯酸的代谢产物。PGE-2合成后通过自分泌与旁分泌方式，与特定靶细胞质膜上的相应受体EP结合发挥效应[38-39]，其作用机制为在体外抑制外周血T细胞的增殖。

5.2 高增殖率及多分化潜能作用：成纤维生长因子2（FGF-2）

FGF-2是ADSCs维持其高增殖与多分化潜能的重要因子。FGF-2与受体结合后，通过不同传导途径将信号传至胞核，其中bFGF与受体结合后定位于细胞核，影响RNA聚合酶Ⅰ，加强了核蛋白体基因转录，加速了细胞的转化，使处于S期的细胞比例增高，刺激DNA合成增强，促进细胞的分裂与增殖。

6 问题与展望

脂肪细胞不仅有能量储存功能，同时具有内分泌功能。ADSCs能够分泌出VEGF、HGF、IL-6等生长因子，成为近年来的研究热点。ADSCs分泌的相关因子具有促血管化和促进创面愈合等作用。在整复外科领域，ADSCs相关因子的促血管化和促进创面愈合的相关作用逐渐受到重视，具有广阔的应用前景。

Yoshimura等[40]提出细胞辅助脂肪移植（Cell-assisted lipotransfer，CAL）的概念，运用ADSCs的生长因子达到促细胞生长及促血管生成的作用，提高移植脂肪中ADSCs的含量将有助于提高移植脂肪的存活率。然而，ADSCs经体外短暂培养后再注入人体，长期安全性及致癌率都有待进一步观察。

众所周知，生长因子在组织修复与再生等领域发挥着重要作用。出于安全性因素，生长因子制品在临床上的应用目前仍受到一定限制。ADSCs能够分泌多种不同类型的生长因子，在体内能发挥相应的生理功能，能一定程度上能满足临床的实际需求。随着自体脂肪移植应用的普及，获取脂肪以及ADSCs将成为一项简单易行的操作，ADSCs相关生长因子的应用能为临床实践提供新的思路和方法，在组织修复与功能重建方面具有十分广阔的应用前景。

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G row th Factors Related w ith Adipose-derived Stem Cells and Their Biological E ffects

ZHAO Peijuan,CHENG Chen,XIE Yun,LIQingfeng.
Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai 200011,China.Corresponding author:LIQingfeng(E-mail:dr.liqingfeng@yahoo.com).

Adipose-derived stem cells;Growth factors;Biological effects

Q786

B

1673－0364（2013）05－0241－04

2013年7月20日；

2013年8月30日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2013.05.013

200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科。

李青峰（E-mail：dr.liqingfeng@yahoo.com）。

【Summary】A dipose-derived stem cell can secrete various growth factors and play a variety of biological effects in the body,such as promoting angiogenesis,hematopoiesis support,antiapoptotic and chemotaxis,etc.In this paper,the known growth factorswith their biological effectswere reviewed.