脂肪源性干细胞在神经退行性疾病中的研究进展

刘芳芳，樊好飞，李青蔓，郭 丰，易西南，张海英

（海南省热带脑科学研究与转化重点实验室，海南医学院科学实验中心，海南医学院人体解剖学教研室，海南 海口 571199）

神经退行性疾病是一种跟年龄相关的疾病，其特点为神经元丢失、导致大脑功能渐进性下降，以认知能力下降或运动功能丧失为临床症状，严重影响受患者生活质量，增加了世界各地医疗系统的负担［1］。阿尔茨海默氏病（Alzheimer’s disease，AD）是与年龄和认知缺陷相关的神经退行性疾病，其他还包括帕金森氏病（Parkinson′s disease，PD）、多发性硬化症（MS）和脊髓小脑性共济失调［2］。

脂肪源性干细胞（adipose derived stem cells，ADSCs）在体外具有增殖、多向分化潜能特征，ADSCs 诱导、分化后可表达神经元星标物（Nestin、MAP2、β-tubulin Ⅲ）和神经胶质细胞星标物（GFAP、NG2、p75 NGF Receptor）［3］。植入人体的ADSCs 无致瘤性、染色体异常或免疫排斥等不良副作用［4］。作为潜力的细胞来源，ADSCs 近年来受到人们多方面关注。在这篇综述中，我们主要总结ADSCs 在神经性退行疾病中的研究进展，包括AD、脑卒中、PD 等，以期为干细胞疗法临床应用提供参考。

1 ADSCs 生物学特性

ADSCs 取材便捷、来源充足、易消化、分离孵育方法简单、不涉及伦理安全问题，常用于治疗中枢神经系统疾病（CNS），如AD、亨廷顿病（HD）、PD［5］。ADSCs 自我繁殖能力强、增殖更新快、多向分化、遗传学稳定【6］。到目前为止，诸多实验证据表明，在适当环境下，ADSCs 在体外不仅能选择性地分化成间充质细胞系，还能诱导成内胚层、外胚层细胞系［7］。ADSCs 再生特征包括分泌修复性生长因子、多系分化能力、激活免疫细胞、修复损伤区域［8］。ADSCs 可分化为骨、脂肪和软骨，具备免疫抑制功能［9］。因此，ADSCs 治疗CNS 疾病具有潜在应用价值。

2 ADSCs 旁分泌功能

ADSCs 分泌不同类型的因子、酶、激素等（表1）。ADSCs 蛋白表达受局部内环境的影响，其旁分泌功能在组织再生应用中具有实用价值［10］。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、肝细胞生长因子（（hepatocyte growth factor，HGF）和转化生长因子-β（transforming growth factor，TGF-β）等可促使血管壁生成及伤口部位愈合，促进新组织生长［10-12］。前列腺素E2和IL-10 等因子具有免疫抑制作用，能减少树突状细胞和辅助性T 细胞活化，从而减轻炎症和颗粒组织的形成［13］。粒细胞巨噬细胞刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）、IL-6、IL-7 以及TGF-α 是由ADSCs 分泌释放的促炎细胞因子，能吸引巨噬细胞，有助于清除细胞碎片［14-18］。研究表明，共培养中ADSCs 分泌的Leptin 可加快内皮细胞迁移、血管壁形成、组织血管生成［19］。此外，体外培养的ADSCs 分泌因子还被证明可以减少细胞凋亡、细胞纤维化和细胞肥大［10-12］。动物模型中，ADSCs 干预对肾损伤、中风、心肌梗死、和周围神经受损有一定保护作用［20］。

表1 与再生相关的ADSCs 分泌因子Tab 1 Regeneration-related ASDCs secreted factor

3 ADSCs 的多系分化功能

大量研究表明，ADSCs 与骨髓间充质干细胞相似，具有间充质（脂肪、骨、软骨、肌肉、神经）和非间充质系（血管）分化为多种细胞的能力，表明脂肪组织的确含有多能细胞［11］。有证据表明ADSCs 能分化为具有横纹肌细胞或心肌细胞特征的收缩细胞［20］。

ADSCs 在RPMI 培养2 周后，20%～30%细胞体积变大、形态改变。同样，暴露于大鼠心肌细胞条件培养液3 周后，ADSCs 表达心肌细胞标志物，包括肌节α-肌动蛋白、心肌肌钙蛋白I，以及缝隙连接蛋白-43（CX-43）；在形态上ADSCs 分化为心室样、心房样、起搏样细胞，自发表达CX-43，并伴有搏动触发的动作电位［20］。此外，分化细胞表达心脏转录因子NKX 2.5、心肌转录调节因子GATA 4 和肌细胞促进因子MEF-2C，表达心肌结构蛋白、心钠素、肌球蛋白轻链-2 心室和心房，而不表达骨骼标志物肌球蛋白、平滑肌肌动蛋白，但表达肌球蛋白重链、轻链-2 心室和心房、心钠素［27，28］。还有研究表明ADSCs 作为单层细胞片被直接移植到梗死小鼠心脏上后，发现植片逐渐生长，形成内含新生血管、未分化细胞和心肌细胞的厚层［25］。

另外ADSCs 在免疫调节、损伤组织修复方面也能发挥重要作用，能通过细胞-细胞结合和旁分泌信号来抑制激活的淋巴细胞增殖［13，29］。在体内，ADSCs 扩增在小鼠身上表现出免疫抑制特性，能减轻移植抗宿主病、结肠炎和关节炎［29］。在一项腹腔注射ADSCs 金黄色葡萄球菌肠毒素A 加脂多糖诱导致死性休克小鼠实验中，ADSCs 显著降低组织病理学炎症严重度，提高了存活率［20］。在另一项研究中，使用ADSCs 治疗严重脓毒症模型小鼠，结果发现，不同靶器官炎症细胞浸润程度减少，血清炎症介质水平降低［30］。

4 ADSCs 对神经退行性疾病的作用

ADSCs 是通过脂肪组织梯度离心筛分出来的干细胞，以其多能性和分化为多种组织类型能力成为热门研究对象，并具有与其他来源的骨髓间充质干细胞相似的免疫调节特性［9］。由于其生物学特性，可以考虑用于细胞治疗、促神经再生。

4.1 ADSCs 对AD 的 作 用

干细胞疗法治疗AD 新策略值得深入研究。AD 以脑皮质萎缩、淀粉样斑块沉积为特征，且伴有认知能力下降。目前无有效治疗AD 的药物和方法［2］。研究报道，在人ADSCs（hADSCs）干预AD小鼠模型Tg2576 转基因（Tg）小鼠中，发现Tg 小鼠学习、记忆功能显著改善，β-淀粉样蛋白（amyloid βprotein，Aβ）沉积减少，神经病理症状得到有效缓解［31，32］。此外，在ADSCs 移植Tg 小鼠脑中，内源性神经干细胞增殖能力提高，突触以及树突状态趋好，且Tg 小 鼠 组 织 中IL-10 和VEGF 表 达 上 调［32］。2013 年，Ma 等［33］研究发现ADSCs 脑内移植可活化小胶质细胞并改善AD 小鼠神经病理缺陷，移植ADSCs 可降低APP/PS1 小鼠脑腔内Aβ 沉积，恢复学习记忆能力。ADSCs 移植后，海马和皮质的小胶质细胞均被激活，表现为促炎因子表达水平降低，抗体降解酶和Neprilysin 表达水平升高。2020 年，Ma 等［34］研究证实，ADSCs 来源的细胞外囊泡（ADSCs-duced EVS，EVS）可 削 弱AD 小 鼠 神 经 元 受损，促进神经再生，并强化记忆功能。作用机制可能是ADSCs 通过鼻腔给药后，EVS 快速有效地到达脑内，并主要积聚在CNS 里，对Aβ 寡聚体或谷氨酸诱发的神经元毒性有较强保护作用，有效改善APP/PS1 转基因小鼠全脑区神经损伤，显著增加新生神经元数量，并抑制APP/PS1 小鼠记忆障碍；同时EVS 也一定程度上减少了Aβ 的沉积和小胶质细胞的激活。ADSCs 治疗AD 具有极大潜在应用价值，为神经保护、神经再生和减缓AD 认知功能下降提供新的治疗方案。

4.2 ADSCs 移植对脑卒中的作用

脑卒中是由于大脑血管破裂或堵塞，脑局部血液循环障碍导致神经功能缺损综合症，引起一系列相应脑部神经功能障碍，目前尚缺乏有效治疗手段［35］。研究表明，给大脑中动脉阻塞（MCAO）大鼠模型静脉注射自体ADSCs，发现可改善脑部梗死范围、凋亡、氧化应激和炎症反应等方面，逐渐恢复神经 功 能［36］。2011 年Yang 等［37］发 现 大 鼠ADSCs 移植治疗大鼠脑缺血效果显著，脑功能恢复程度高，大脑半球萎缩减少，还发现由大鼠脂肪组织中分离ADSCs 经诱导分化可表达Nestin、MAP2 和GFAP等 因 子。2014 年Du 等［38］给MCAO 大 鼠 模 型 静 脉注射ADSCs，能缩小缺血性脑损伤和梗死体积。2019 年Gong 等［39］研究发现静脉移植hADSCs 对大鼠脑缺血损伤具有保护作用，其机制可能通过刺激神经保护性IL-6 及脑源性神经营养因子的表达而改善脑损伤。许多研究已经证明了ADSCs 对脑血管损伤具有积极保护作用［40］，ADSCs 是治疗脑卒中的一种有效手段。

4.3 ADSCs 与肌萎缩侧索硬化症（ALS）

ALS 是由于脊髓、运动皮质上、脑干下运动神经元损伤造成的神经元病，临床上常表现为肌无力、肌束颤动、延髓麻痹，目前仍无法有效治疗手段［41］，ADSCs 被认为是治疗ALS 潜在应用价值的药物。研究表明，ADSCs 可以分化为神经元细胞，可以调节ALS 细胞表型，减轻超氧化物歧化酶1（SOD1）聚集，降低细胞内SOD1 水平，保护线粒体功能［42］。ALS 模型小鼠静脉注射ADSCs 后，脊髓中神经营养因子（如脑源性神经营养因子、IGF 和VEGF）表达水平升高，细胞凋亡减少，胶质细胞源性神经营养因子、碱性成纤维细胞生长因子显著上调，表明ADSCs 可能在神经保护和缓解症状方面发挥作用［2］。ADSCs 处理Tg 小鼠（SOD1-G93A 突变体）后，能增加小鼠腰部运动神经元数量增加，升高胶质细胞源性神经营养因子、碱性成纤维细胞生长因子水平［43］。Epperly 等［44］最近的一项研究提示在Tg 小鼠体内移植ADSCs 可通过产生细胞/生长因子发挥神经保护作用。

4.4 ADSCs 与HD

HD 是常染色体显性突变引起的罕见遗传性疾病，导致亨廷顿基因中三个核苷酸（CAG）异常扩增，棘神经元丢失和基底神经节病变的迟发型神经退行性遗传疾病，其特征是肌肉协调缺陷、认知能力下降和精神障碍［45］。亨廷顿病的临床治疗包括药物和辅助治疗，仅能缓解症状，达不到完全治愈。研究表明，将ADSCs 移植到YAC128 亨廷顿病转基因小鼠体内，其旁分泌的保护性因子能够阻止细胞凋亡现象，改善动物模型中的行为缺陷［46］。因此，ADSCs 可减缓HD 动物模型的疾病进展，并成为治疗HD 的潜在治疗手段。

4.5 ADSCss 与PD

PD 是由黑质致密部产生的多巴胺神经元退行性变引起。其标志性特征是α-突触核蛋白积累，多巴胺能神经元丢失，基底节、小脑和皮质之间连接通路损伤，以及运动和运动前皮质区域的低兴奋性［47］。有研究表明，ADSCs 条件培养基能阻断6-羟多巴胺诱导的大鼠中脑、小脑神经元的神经毒性和自由基的生成［48］，并能直接减轻H2O2诱导的神经元死亡［49］。研究表明，ADSCs 植入到1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶单侧损毁PD 恒河猴模型，能保护受损神经元，具有替代凋亡神经元的作用［50］。

4.6 ADSCs 与脊髓损伤（SCI）

SCI 是由脊髓持续损伤导致受损神经元功能丧失［51］。将诱导ADSCs 移植到SCI 损伤处，在CNS轴突上形成外周神经系统型髓鞘。脊髓损伤后立即将ADSCs 提取物（ADSCs-E）与Matrigel 混合直接注入脊髓可减少细胞凋亡、星形胶质细胞增生和降低髓鞘形成［52］。ADSCs 可作为种子细胞用于SCI 的治疗，软骨素酶ABC（ChABC）能分化脊髓受损后形成的胶质瘢痕中的硫酸软骨素蛋白多糖，使干细胞穿透瘢痕，加快神经性能恢复［53］。2016 年Wu［53］等研究表明慢病毒载体转染构建的ChABCADSCs 能够稳定表达ChABC，并且ChABC 的表达显著增强了ADSCs 的迁移能力。2020 年Menezes［54］等研究发现在大鼠球囊压迫损伤后，注射人脂肪组织来源基质干细胞（hADSCs）或其培养液可诱导损伤部位周围血管生成，促进脊髓损伤组织修复。

4.7 ADSCs 与多发性硬化症（MS）

MS 是一类脑脊髓炎症性疾病［55］。研究发现，使用ADSCs 和间质血管分数对MS 动物模型进行实验，结果表明实验性自身免疫性脑炎脱髓鞘和病理特征减少，自身免疫性脑炎得到改善，ADSC 明显改善了运动功能和减轻炎症发生［56］。

5 展望

ADSCs 疗法具有广阔的应用前景，特别是用于治疗AD、脑卒中、PD 等认知功能障碍。利用ADSCs 增殖和多向分化的能力，定向诱导其分化成为神经细胞、免疫细胞、心肌细胞等，可应用于神经退行性疾病治疗。但ADSCs 干预治疗AD、脑卒中等神经系统疾病的分子机制尚未明确，其诱导后如何保证高效分泌保护性因子值得进一步研究。总之，ADSCs 可能是治疗AD 等神经退行性疾病的一种有效手段。