脂肪干细胞应用于组织再生的研究进展

张金梅 杨远荣 张学鹏

·综述·

脂肪干细胞应用于组织再生的研究进展

张金梅 杨远荣 张学鹏

脂肪干细胞（ADSCs）来源于脂肪，是一种多能性成体干细胞，它具有许多其他间充质干细胞所不具备的优点如取材丰富、增殖活性高和免疫原性低等。在不同的信号刺激下，ADSCs能分化成多种不同的体细胞，其多向分化的潜能已被广泛应用于各种组织再生的研究中，已成为再生医学中优秀的种子细胞。本文就近年来ADSCs在伤口愈合、骨骼重建、肝脏再生、心肌修复及中枢神经系统修复与再生中应用的研究进展做一综述,并阐述了应用ADSCs治疗疾病时潜在的风险和安全问题。

脂肪干细胞； 组织再生； 应用

脂肪干细胞（adipose derived stem cells，ADSCs）是从脂肪组织中提取分离的一种间充质干细胞，它存在于白色脂肪组织包括皮下脂肪沉积的血管周围[1-2]，在体内含量高，在体外易于培养，增殖速度快，且免疫原性低，已成为再生医学领域理想的种子细胞。ADSCs具有多向分化的潜力，不仅能形成表皮细胞、骨和软骨细胞、肝细胞，还能分化形成心肌细胞[3]、神经细胞[4]、血管内皮细胞和血细胞[5]等，在组织再生、疾病的组织器官修复方面有巨大的潜力。本篇综述主要介绍ADSCs在伤口愈合、骨骼重建、肝脏再生、心肌修复及中枢神经系统的修复与再生等应用方面取得的研究进展。

一、ADSCs在组织再生中的应用

（一）伤口愈合和皮肤再生

ADSCs的自我更新和组织再生能力对皮肤再生和伤口愈合有很大的作用。ADSCs促进伤口愈合的机制尚不清楚，可能是ADSCs直接分化为上皮细胞，促进局部组织新生血管的形成及旁分泌效应，释放细胞因子和生长因子。最近，Kuo等[6]研究了ADSCs能否加速糖尿病创面的愈合，在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型，给糖尿病大鼠创面边缘皮下注射2倍的非糖尿病大鼠的ADSCs，与对照组相比ADSCs治疗组的伤口愈合时间明显缩短，而且炎症反应特征减少，ADSCs注射后新生血管增多，说明ADSCs参与了血管生成的信号通路。除了直接移植，ADSCs向上皮细胞分化可能是在伤口愈合中的另一个作用。有多种方法可以将ADSCs诱导分化成具有上皮细胞特征的细胞：条件培养基的联合应用、生长因子、与细胞外基质接触、有时需要特定的化学因子如维甲酸等。ADSCs在皮肤组织工程中的应用仍处于实验阶段，迄今为止主要限于体外研究。

（二）骨骼重建

ADSCs能分化为骨和软骨，但其应用于临床修复骨骼肌或骨重建还是受到限制。缺乏向临床转化的理由可能包括分化效率不高及有限的分化能力只能形成弹性或透明软骨。有关ADSCs用于骨骼重建的一个较早的例子是2004年Cowan等[7]将其试用于骨软骨的愈合，将ADSCs种植于聚乙醇酸（PLGA）支架上，能精确地修复小鼠颅骨缺损。Lendeckel等[8]的研究证实了ADSCs能修复一个7岁女孩颅骨缺损的关键部位。Thesleff等[9]研究是联合应用ADSCs和b-磷酸钙颗粒治疗4例具有大颅骨缺损的患者，计算机断层扫描技术（CT）扫描显示，所有的病例都有骨化改善的效果。ADSCs与传统的技术方法如移植、胶水和支架等相结合，并辅以不同的生长因子，ADSCs对骨或软骨的重建效应将会得到提高[10-12]。ADSCs在功能上与骨髓来源的间充质干细胞相似，能定向分化为软骨、肌肉和骨骼。如前所述，虽然ADSCs能成功地重建纤维软骨，但弹性或透明软骨（关节重建所必需）的形成尚未见报道[13]。至于其他形式的软骨，Kim等[14]和Knippenberg等[15]研究表明在ADSCs移植过程中大剂量的生长因子和剪切力有利于软骨的形成。除了软骨外，ADSCs还能分化形成肌细胞。有许多的方案使ADSCs成肌分化，大部分集中在上调转录因子MyoD的表达。最近的一个发现指出了细胞标记在决定ADSCs肌源性潜能中的重要性。具体地说，Desiderio等[16]将NG2+ADSCs种植在XHA支架上，能够形成人的骨骼肌组织，不需要预先在体外的成肌分化处理。NG2+ADSCs能分化成肌肉，而NG2-ADSCs只能形成人体脂肪组织。对于成骨分化，细胞培养及生长条件似乎显得特别重要。McCullen等[17]指出，细胞外钙离子浓度在1.8 ～ 8 mmol/L时，钙离子浓度的提高能促进ADSCs向成骨细胞分化，细胞内钙含量增加，即使培养基中没有其他可溶性成骨因子。基于这些发现，成堆的含有0％或20％的磷酸钙纳米颗粒的聚乳酸纳米纤维支架用于静电纺丝并测试特定位点骨和软骨的形成[18]。在骨软骨组织工程中应用ADSCs作为种子细胞并联合支架，改变离子浓度和培养条件等方法是有希望的。优化ADSCs移植时的物理和化学微环境是临床研究中结缔组织再生的关键。

（三）肝脏再生

Al Battah等[19]的研究显示，ADSCs在适当的条件下能分化形成肝细胞样细胞，那么ADSCs的移植就能改善肝功能。Fang等[20]将人ADSCs注入小鼠尾静脉，实验证明会导致细胞的多器官移植，注射后2个月人源细胞出现在小鼠的肺支气管、胃肠道和肝脏，有趣的是，肝脏中ADSCs占的比例为6.9％，而在其他组织如骨骼肌、心肌、肾脏和皮肤中却没有发现人ADSCs，ADSCs唯独能与肝细胞相互作用说明ADSCs有促进肝细胞再生的潜在作用。Tang等[21]的研究表明，用碱性成纤维细胞生长因子处理能提高ADSCs的治疗效果，ADSCs分泌的肝细胞生长因子对减轻肝损伤和肝纤维化发挥着重要的作用。

（四）心肌修复和血管再生

心肌被认为是一个自我更新和修复能力非常有限的组织。特别是当有心血管并发症如慢性心脏病和心肌梗死[22]时，不能替换受损的心肌。鉴于心脏疾病及其相关并发症的高发病率，采用替代性的细胞疗法，检测ADSCs和其他间充质干细胞的再生潜能。2004年，Planat-Bénard等[23]研究小组在鼠SVF中识别了一个非常小的心肌样细胞亚群（0.02％～ 0.07％），在24 d的原代培养中表现出收缩行为。这些细胞有几个心肌特异性基因是阳性，包括GATA-4和Nkx2.5。2007年，Song等[24]展示了相似的能自发跳动的人类SVF（基质血管成分）细胞小亚群（0.005％～ 0.07％）。在小鼠后肢缺血模型中联合应用ADSCs与β-FGF，并控制β-FGF的释放，能导致血管再生和成熟。这部分原因是由于分泌肝细胞生长因子、血管内皮生长因子和转化生长因子β1。

De Francesco等[25]报道，不同细胞群表达的间充质干细胞的标志物有CD34，CD90、CD29、CD44、CD105、CD117等，内皮祖细胞标志物包括CD34、CD90、CD44、CD54出现在SVF中。值得注意的是，当细胞培养于非贴壁生长的条件下，CD34+/CD90+细胞形成球形聚合物并表现出高增殖能力。在成脂培养基中，CD34+/CD90+细胞能快速地分化成脂肪细胞，也能形成内皮细胞（CD31+/VEGF+/Flk-1+）。当种植在甲基纤维素中时，这些细胞能够进而形成毛细血管样结构，合成高水平的血管内皮生长因子。临床应用ADSCs治疗人类慢性心脏病或急性心肌梗死的路仍很遥远。找到与细胞分化尤其是与心肌细胞高度相关的细胞标志物，是极具研究前景的。众所周知，ADSCs增殖能力强，表达高水平的超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（HCN）基因，编码离子门控HCN通道，这些通道是心肌细胞群产生节律活动必不可少的。Friis等[26]发表了关于给稳定性冠心病（CAD）患者心肌内注射培养的骨髓间充质干细胞的安全性和可行性研究。他们共治疗了31例患者，得出结论为治疗是安全的，能显著改善左心室功能，提高运动耐受力。Young等[22]指出，ADSCs能通过细胞分化和旁分泌途径能改善心脏功能，期望不久的将来会进行临床实验。

（五）中枢神经系统修复与再生

很少有文献记载ADSCs能分化为神经细胞，也有一些文献报道了ADSCs在适当的生长条件下能具有神经细胞特征。如果有效的神经再生是可能的，ADSCs为当前临床上再生神经元和神经组织提供了空前的机遇。内源性神经干细胞（中枢神经系统中）和雪旺细胞（周围神经系统中）很难获得，因此也限制了其应用。当用单一或多种生长因子如BDNF、EGF和β-FGF处理后，ADSCs会出现神经元样的表型变化，各种特定的化学刺激也有这种诱导细胞形态变化的能力。Abdanipour等[27]报道利用司来吉兰可以使ADSCs转分化为神经元样细胞，处理后nestin和NF-68免疫阳性细胞的数目逐渐增加。然而化学试剂诱导的细胞表型变化可能并不是真正的细胞分化，而是细胞收缩。因此，鉴定ADSCs向神经细胞分化的程度除了形态变化外，检测已知的神经元标志物如波形蛋白、巢蛋白、神经胶质酸性蛋白等表达也是重要的方法。其他的刺激或条件培养基可以用来进一步地增强ADSCs已获得神经元的特征。

（六）其他应用

向玻璃体腔内注射ADSCs可以维持视网膜微血管的稳定性，修复和再生体内的毛细血管网。Cronk等[28]报道，与健康人的ADSCs相比，糖尿病患者ADSCs的功能受到损伤，对糖尿病视网膜病变的治疗用异体ADSCs移植比自体移植效果要好。膀胱再生是ADSCs另一个发挥重要作用的领域。研究表明ADSCs已被成功地应用于PLGA支架，Yamamoto等[29]在一个小鼠模型中重建了半个膀胱壁，这对于压力下尿失禁患者来说是一个令人兴奋的消息，可以采用ADSCs进行细胞治疗。

二、ADSCs的治疗风险及安全问题

ADSCs由于其取材广、易增殖及组织再生能力强而具有广阔的应用前景。尽管有不少关于ADSCs的临床试验和动物实验资料，但各种风险和安全问题尚未充分报道。脂肪组织有重要的内分泌辅助功能，ADSCs移植对周围组织有意想不到的旁分泌和内分泌效应。例如能分泌代谢活性激素瘦素、细胞因子TNF-α和IL-6及多种能破坏外周生化途径的生长因子等[30]。一个重要的因素是干细胞移植后都有潜在的致瘤性。前面说过ADSCs能分泌IL-6，IL-6是诱导肿瘤生长关键的细胞因子。ADSCs表达其他的促炎症反应和趋化因子如IL-8、MCP-1、RANTES、TGF-β1和VEGF也是肿瘤生长和转移的标志物，ADSCs与癌细胞的关系也没完全弄清楚。此外，ADSCs分泌许多与上皮-间质转移因子（EMT）相关的因子，是肿瘤转移的重要一步。一些动物研究结论对人体的适用性经过临床试验，其结果仍值得怀疑。有关ADSCs和癌症之间关系的基础研究需要进一步地阐明任何可能的风险如诱发新的肿瘤或对促进已存肿瘤的生长，还需要进行一系列精心设计和控制的临床试验。

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Research progress of Adipose-derived stem cells in tissue regeneration

Zhang Jinmei, Yang Yuanrong, Zhang Xuepeng. Department of Pharmacy in Jingzhou Centre Hospital Affiliated to Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology,Jingzhou 434020, Jingzhou, China Corresponding author: Yang Yuanrong, Email:

Adipose derived stem cells (ADSCs) derived from adipose tissue are multipotent adult stem cells. They have many unique advantages such as abundant sources, high proliferation activity，and low immunogenicity, which are not possessed by other mesenchymal stem cells. ADSCs can differentiate into a variety of somatic cells by different stimulus. They have been widely used in various tissues regeneration studies for their multiple differentiation potential and have become excellent seed cells in regenerative medicine. In this paper, we review application of ADSCs in wound healing, skeletal reconstruction, liver regeneration, cardiac repair and central nervous system repair in recent years.In addition,we illustrate the potential safety issues in ADSCs application.

Adipose-derived stem cells； Tissue regeneration； Application

2016-06-06）

（本文编辑：蔡晓珍）

10.3877/cma.j.issn.2095-1221.2016.06.010

荆州市科技局基金（2016097）

434020 荆州，华中科技大学同济医学院附属荆州医院药学部

杨远荣，Email：jzyyyjk@sina.com

张金梅, 杨远荣, 张学鹏. 脂肪干细胞应用于组织再生的研究进展[J/CD].中华细胞与干细胞杂志∶电子版, 2016, 6(6)∶384-387.