脂肪干细胞的分化功能及在组织修复中的应用

段剑锋，张培华

（广东医学院，广东 湛江 524001）

脂肪干细胞的分化功能及在组织修复中的应用

段剑锋，张培华

（广东医学院，广东 湛江 524001）

成体干细胞有巨大的潜能治疗多种疾病，细胞疗法和再生医学为治疗组织缺损和器官损伤提供了新思路，脂肪干细胞(ADSCs)与胚胎干细胞(ESCs)、诱导多能干细胞(iPSCs)及骨髓干细胞(BMSCs)为比较理想的类型。通过查阅一定量的文献我们了解到，获取脂肪干细胞的方法对人体的损伤最小，且含量丰富，也不受到伦理道德、识别困难等问题的限制并易于扩增。同时ADSCs在不同的条件下能够分化成脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌细胞、神经细胞。这些特性为脂肪干细胞移植治疗软组织缺损和难愈合伤口提供了一种选择，并且在美容外科也有一定的应用。现在对目前脂肪干细胞的分离、分化和治疗进行阐述。

脂肪干细胞；分化；组织修复；整形外科

干细胞包括胚胎干细胞(Embryonic stem cells，ESCs)、诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs)和成体干细胞(Adult stem cells)等。ESCs能自我更新和分化成体内各种细胞。诱导多能干细胞是体细胞通过基因重编程后的具有ESCs特性的一类细胞。因为伦理学问题限制了ESCs在临床上的研究和应用，而诱导多能干细胞和成体干细胞避免了伦理问题，故有望成为理想的临床应用干细胞类型。脂肪干细胞(Adipose-derived stem cell,ADSCs)存在于任何类型的白色脂肪组织，包括皮下和网膜脂肪。通过吸脂术获取脂肪组织分离ADSCs对机体的创伤很小。Shiffman等[1]报道通过吸脂术实现自体移植的脂肪细胞90%～100%未受到损伤。分离的ADSCs在分化成不同的细胞系之前能够培养扩增的很好。ADSCs能够分化成脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌细胞、周围神经细胞[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积极的疗效，显示了免疫调节功能。因此ADSCs将会成为临床治疗上的一种非常有效的干细胞资源。

1 ADSCs的分离和培养

从脂肪组织分离出的干细胞含量相比于其他干细胞来源要明显多。目前，分离ADSCs的方法除了人工分离法还有组织块贴壁法[3]等分离出ADSCs。其中人工分离法主要是加入胶原酶消化后离心，得到成纤维样细胞形态，而最新发现的组织块贴壁法分离ADSCs比人工分离法更方便、高效、经济，得到广泛应用。

2 ADSCs的分化潜能和临床应用

2.1 ADSCs成脂分化和应用 在含地塞米松、胰岛素、异丁基甲基黄嘌呤的体外成脂诱导剂中油红O染色可证明ADSCs能生脂。ADSCs来源的脂肪细胞可用于软组织缺损、乳腺切除后乳房形态的改善、脂肪代谢障碍和在美容方面的应用如面部轮廓的改善和抗衰老。自体脂肪细胞移植在软组织再生方面已经有了广泛的应用。然而一些问题仍然存在，其中之一就是移植的脂肪细胞长期的存留率低，由于组织重吸收移植的脂肪细胞会丢失原有体积的20%～90%[4]。用组织移植的方法填补软组织的缺损，为移植物提供营养的脉管系统是必要的。ADSCs能够通过分泌血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)促进新生血管的形成和通过它的分化潜能实现脂肪细胞及成纤维细胞的再生。

2.2 ADSCs成骨分化和应用 ADSCs常用的体外成骨诱导剂有地塞米松、抗坏血酸、甘油磷酸盐，经诱导用茜素红染色后可证实表达碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)表达升高。自体骨移植治疗骨组织缺损的重建被认为是最好的方法，但是供者本身继发的损伤和替代品如异质体的并发症[5]，促使研究人员开始研究细胞疗法。基于BMSCs和ADSCs在体内外的成骨能力的研究，被证明是很好的候选细胞疗法[6]。一个最新的研究中，Thesleff等[7]把ADSCs种植在β-磷酸三钙颗粒上以临界尺寸大小成功的修复了4例患者的颅顶骨缺损(65～90 mm×37～75 mm)，没有使用自体的骨移植。使用CT断层扫描确定了骨化，研究者证明了使用ADSCs形成的颅骨和周围未受损伤的颅骨CT密度值一样。这些结果显示ADSCs独自具有使骨缺损适当的骨化，不需要外加生长因子，并且提供了一种相当容易和损伤小的的自体骨重建方法。

2.3 ADSCs成软骨分化和应用 ADSCs的成软骨诱导剂主要包括：胰岛素、转化生长因子β1和抗坏血酸。因为软骨本身的自我修复能力非常差，软骨缺损的重建是一个难题，目前FDA仅允许细胞治疗用于自体软骨的移植修复软骨的缺损，由于自体软骨移植数量有限而且会对供区造成损害，因此ADSCs作为一种微创来源的软骨细胞前体来研究，它能够在体外分化成软骨细胞。在这过程中重要的考虑因素包括加入适当的生长因子，主要是转化生长因子-β(Transforming growth factor beta，TGF-β)超家族，还可以利用细胞支架在三维空间里培养软骨细胞，有了这些先决条件ADSCs能够在体内分化成软骨组织。此外，把未诱导的ADSCs植入到髌骨关节软骨缺损和动物的外耳轮廓缺损处分别经过6个月和3个月的恢复，主体软骨结构得到完全修复并完全修补了缺损。由于这些细胞受到体内多种机制的调控，在未来临床上将会受到很好应用，并证明了ADSCs在移植前不需要外加生长因子和基质就能够很好的适应内部环境。

2.4 ADSCs成神经组织分化和应用 ADSCs的成神经诱导培养基主要包括主要成分：胰岛素、吲哚美辛和异丁基甲基黄嘌呤。向受损的外周神经移植未分化的ADSCs已经证明ADSCs能够在体内分泌多种神经营养因子，比如神经生长因子、胶质细胞源性神经营养因子和脑源性神经营养因子[8-9]。此外，ADSCs具有负责神经胶质细胞表型和神经元代谢功能基因的功能，注射ADSCs后的旁分泌生长因子可提高血管生成，减少细胞凋亡率和促进受损心肌里的神经元生长[10]。这些发现显示也许ADSCs特别合适创造一种适合轴突再生的有利环境。然而，ADSCs影响神经再生的全部作用机制还未了解，向转变化方面的研究需要了解ADSCs在促进周围组织再生过程中扮演的是旁分泌的较色或是一种替代原有组织的祖细胞角色等。

3 ADSCs在创伤修复方面的应用

3.1 在皮肤保养修复方面的应用 最近认为ADSCs具有产生和分泌生长因子的固有功能，在皮肤修复方面的各种再生功能已经被证实[11-12]。ADSCs显示了多向发育可塑性和分泌多种生长因子例如血管内皮生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF)和细胞转化生长因子(TGF)β1等。这些蛋白调控着周围受损的细胞。例如，ADSCs和ADSCs培养液可在伤口的愈合过程中刺激胶原的合成和真皮结缔组织迁移。ADSCs和它分泌的各种因子也可修复来自化学品和UVB照射对真皮结缔组织的氧化损伤[13]。此外，ADSCs和ADSCs培养液可下调B16黑色素瘤细胞表达酪氨酸酶和酪氨酸相关蛋白酶-1(TRP-1)，从而抑制黑素原的生成[14]。ADSCs和ADSCs培养液在生物科技领域还可用于美容护肤品和蛋白类药品的研发。

3.2 在组织缺损修复中的应用 创伤修复是一个高度协调的过程，包括复杂的细胞间机制、生长因子和细胞外基质大分子来共同完成止血过程、细胞增殖、血管生成、上皮形成和组织重塑等。由于ADSCs能够分泌多种生长因子和关键的细胞因子，能够促使巨噬细胞聚集，提高肉芽组织的生成，改善血管化，因此ADSCs成为创伤治疗方面很好的候选疗法。这些修复能力在Rigotti等[15]的研究里有详细的阐明，并研究了ADSCs在治疗放射损伤引起的萎缩、纤维化、溃疡和退化等严峻和不可逆损伤方面的能力。在受辐射的损伤区多次注射自体静化了的脂肪细胞能够改善组织的新生血管的形成等超微结构，也能改善大部分患者的临床症状。也有类似的报道，用ADSCs治疗辐射损伤的动物模型，创面新生血管密度增加[16]。这些研究说明了ADSCs促进修复的可能机制例如释放角质形成细胞生长因子和ADSCs向内皮及外皮表型的分化。由于ADSCs具有生成血管能力，在肢体严重缺血引起的局部缺血复杂创面治疗和由异常的病理性因素导致的创面也大有益处。

4 总 结

干细胞在细胞治疗各种疾病方面将会成为一种非常有用的工具，在整形外科领域，干细胞在治疗各种缺损，如骨缺损、软组织缺损、局部缺血或辐射引起的难愈伤口的治疗方面已经报道非常有效。干细胞疗法在抗衰老和隆乳等美容方面证明了有积极的效果。所有这些研究都证明了细胞疗法产生的并发症微乎其微。ADSCs容易分离和有效的回体生长使它成为临床应用方面很好的选择。然而，关于这些细胞起疗效的机制还有很多不清楚。就这一点而言，将来的研究重点转向细胞移植到创面的存活情况、移植后如何控制细胞增殖和如何把移植后的细胞适当地融入它们周围的环境，必须进行大规模的随机试验研究来证实这种新的治疗方法的安全性和有效性。干细胞目前的临床研究进展显示了干细胞疗法在整形外科应用的美好前景。

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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)

广东省自然科学基金(编号：2014A030313535)

张培华。E-mail：zhangph1128@126.com