脂肪干细胞的研究及应用进展.doc

脂肪干细胞的研究及应用进展摘要：脂肪干细胞是源于脂肪组织，可以自我更新、具有多向分化潜能的成体干细胞。从它的获取、分离，多向分化潜能等特性以及应用前景对现在研究现状进行综述。关键词：脂肪干细胞 应用前景 研究进展脂肪干细胞（adipose tissue-derived cells，ADSC）是存在于人或动物不同部位脂肪组织中的一种间充质细胞，具有多向分化潜能。除在体内可多向分化，体外在不同诱导因素下也可以向脂肪细胞、神经细胞、软骨细胞、胰岛细胞等细胞分化1。由于脂肪组织有能是机体最大的成体干细胞库，因此有望彻底解决干细胞来源困难的问题。近几年来，已成为干细胞领域的一大研究热点。1. 人类ADSCs的获取2001年，Zuk等12通过脂肪抽吸术，在吸出的人体脂肪悬液中第一次分离得到了多向分化的干细胞，并发现它能分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、血管内皮、肝、胰、神经等细胞。传代后的细胞呈纤维细胞样生长，多次传代后细胞生长速度也无减慢趋势。显示出ADSCs具有易获得、易扩增、不易衰老的明显优势。2005年，Brian3等报道，利用脂肪抽吸术获得ADSCs，每200ml脂肪组织可得到1106个ADSCs。在培养中发现，它们对培养基中胎牛的血清来源和质量没有严格的要求，直到培养1315代仍可保持稳定的增长率，其中衰老和死亡的细胞也十分少12。2008年，Traktuev4等报道发现ADSCs在脂肪组织的血管周围比较集中，同时可以分泌多种细胞因子，保证了它在结构和功能上的稳定性。实验发现，ADSCs的获取量和分化能力与供者年龄、取材部位、手术方式均相关。供者年龄越小细胞的增生能力越强，反之，越差；取材部位不同，ADSCs凋亡倾向也不相同，如腹部ADSCs不易凋亡5；脂肪抽吸术使用的吸管粗细会影响脂肪颗粒的大小，从而影响分离的难易程度，但是辅以超声波抽吸时ADSCs的增殖能力有所降低6。由于脂肪组织在人体大量存在，取材容易，对被采集者身体健康影响小，加上真空负压抽脂术已是成熟的整形技术。因此ADSCs显示出了其他干细胞所不能及的应用前景。2. ADSCs的特点2.1 形态特征传代后培养的ADSCs，多角细胞逐渐减少，传代至第三代时基本消失，大多为梭形细胞，胞浆核仁十分丰富7，与骨髓间充质细胞基本没有区别。2.2 具多向分化潜能ADSCs可以分化为源于中胚层的多种细胞类型8，包括骨骼肌、心肌、软骨、脂肪、成骨等。向心肌细胞分化能力是最低的9。向软骨分化骨髓干细胞优于ADSCs。有意思的是，源于中胚层的ADSCs可以分化为源于外胚层的神经细胞和源于内胚层的胰腺细胞。此外，还发现ADSCs可能有助于血管和造血细胞的的生成8。在体外，ADSC向不同细胞类型分化依赖于培养基中的添加剂，如：在含有地塞米松、-甘油磷酸钠、L-谷氨酰胺和维生素C的培养基中，ADSC可以产生成骨反应；添加胰岛素、吲哚美辛、异丁基-甲基黄嘌呤的DMEM培养液则可分化为脂肪细胞8。在组织工程领域，理想的支架有利于细胞的贴附、生长、分化，最终形组织。如胶原微球支架的ADSC表现出成骨与成脂方向的分化与增殖10，结合硫酸软骨素的聚乙二醇水凝胶也可促进ADSC向软骨的分化11。2.3 表面抗原通过流式细胞技术和免疫组织化学检测可以鉴定ADSCs表面的抗原表达情况2。但是其免疫标识会随传代的次数而发生改变，其中CD166、CD106、CD90、CD73、CD63、CD44、C29在最初表达量较低，随传代次数的增加而显著增加；与干细胞相关的表面标志CD34一直持续较高的表达水平。ADSCs一般不表达CD62、CD56等2。此外，还发现ADSC: CD9、CD10、CD13、CD29、CD44、CD49d、CD49e、CD54、CD55、CD59、CD90、CD105、CD117、CD146、CD166、STRO-1表达为阳性,而CD31、CD34、CD45、CD106均为阴性。其中CD105、CD166、STRO-1被认为是具有多向分化潜能细胞的标志分子。这与骨髓来源的MSC基本相同,但Zuk1发现CD49d脂肪MSCs表达而骨髓MSCs不表达,CD106刚好相反,即骨髓MSCs表达,而脂肪MSCs不表达13。利用这些标志进行筛选可以得到纯度较高的ADSCs，有助于进一步的研究2。2.4 其他特征 ADSCs具有分泌功能，可分泌促进血管生成的相关因子，如血管内皮生长因子、粒细胞集落刺激因子、间质源性因子-1、肝细胞生长因子等，促进血管再生。ADSCs也可通过旁分泌作用于成纤维细胞,促进其分泌I、III型胶原和纤连蛋白，促进皮肤表皮细胞的成熟，以利于创面愈合和疤痕缩小，这些特性使其在美容方面具有十分可观的应用前景13。3. ADSCs应用前景3.1在动物疾病模型中的应用 ADSCs在组织工程动物疾病模型中的应用：Cui等14将ADSCs作为种子细胞植于网状支架中，成功修复了犬颅骨损伤模型，为临床治疗骨损伤提供了新途径。鞠晓军等15利用人脱皮细胞羊膜富含胶原、蛋白多糖、整合素等多种营养成分的特点，将其与ADSCs复合，至于全层皮肤缺损大鼠创面上，发现移植后创面的愈合率和角蛋白19的表达均高于对照组。提示我们ADSCs在创面修复过程中发挥了积极作用。ADSCs在心血管疾病动物模型中的作用：Pern 等16首次证明 ADSCs 可以转变为心肌细胞，预示自体 ADSCs 可用来治疗心脏疾病。李良等17利用 ADSCs 移植对扩张型心肌病（DCM）大鼠心肌损伤及心功能研究发现，ADSCs 移植可在心肌内存活并可分化为心肌细胞，改善大鼠的心脏功能，进一步为临床应用 ADSCs 移植治疗 DCM 等非缺血性心力衰竭提供了实验依据。其应用前景广泛，有可能将极大地提高中晚期 DCM 患者的治愈率，从而减轻患者经济负担。ADSCs 在脑病及中枢神经系统疾病动物模型中的应用：周向阳等18将自体ADSCs 移植治冻伤大鼠脑内，发现ADSCs 可在中枢神经系统中存活并分化为神经元样细胞，它可引起VEGF、脑源性神经营养因子等的高表达，减少了细胞的凋亡，加速了神经的修复过程，从而达到了保护脑组织的目的。Constantin等19对大鼠进行静脉注射ADSCs ，发现它能有效改善慢性自身免疫性脑脊髓炎，预测ADSCs 能治疗慢性非炎性中枢神经系统疾病。3.2 临床应用 KinWS等13发现，ADSCs 对伤口的修复与它的分泌物有关，通过旁分泌作用于成纤维细胞，促进其分泌I、III型胶原和纤连蛋白，促进皮肤表皮细胞的成熟以利于创面愈合和疤痕缩小。近亦有大量的研究表明ADSCs可以产生和分泌多种促血管化的细胞因子，如VEGF、HGF、bFGF等，参与了组织损伤的血管化过程。可能的机制是ADSCs直接诱导分化为血管内皮细胞，也可能是分泌促血管化因子以加速血管化。3.3 美容皮瓣在整容、重建外科中广泛应用，但是术后经常出现皮瓣部分或全部坏死现象，难以处理。Lu等1发现ADSCs可以增加皮瓣的血液供应，提高了皮瓣的成活率，为临床应用奠定了基础。Kim等1研究结果显示ADSCs可以防止自由基对皮肤的伤害，而且能通过旁分泌减少UVB导致的皮肤皱纹。其机制是它分泌物激活皮肤的成纤维细胞，从而达到修复皮肤的目的。杨超等20于2011年报道了ADSCs-透明质酸复合物注射治疗SD大鼠放射伤的研究。通过形态观察、免疫学检测，发现该手段加速了创伤面血管的再生。此外，Fabien Forcheron21首次在大动物Gottingen小型猪CRS模型上应用了ADSCs治疗。通过免疫组化对细胞角蛋白表达进行分析，结果显示皮肤恢复是完全的。以上两项研究显示ADSCs在皮肤放射伤修复的作用主要是促进血管再生和修复上皮组织。4. 展望目前的报道显示了ADSCs光明的应用前景。ADSCs可作为组织工程的种子细胞，同时在整形外科中也有着不可替代的作用。与其他来源的干细胞相比，ADSCs具有明显的优越性，它易获得又安全，对病人的损伤小，脂肪组织也容易再生，可以通过吸脂术反复取材。避免了从骨髓获取干细胞时所造成的损伤及给病人本身所带来的痛苦。ADSCs进行自体移植可以克服种属和免疫障碍。目前，亚太干细胞研究中心有限公司已建立有脂肪干细胞存储库。但是，ADSCs在培养的晚期，有癌变的发生，而且它的诱导液含有与肿瘤发生转移有关的生长因子，而且价格昂贵。所以，如何高效、低成本、安全地诱导ADSCs分化仍是不容忽视的一大难题。总之，随着分子生物学的发展，有关ADSCs的研究越来越深入，加上无可比拟的优越性，ADSCs将有可能在组织工程领域和整形外科中发挥重要作用。参考文献1周紫微,赵宇. 脂肪干细胞研究进展与应用前景J. 安徽医科大学报,2013,07:846-849.2聂绪强,陈怀红,唐宁,卞卡. 脂肪源性干细胞研究及其应用进展J. 中国修复重建外科杂志,2011,07:854-858.3Brian M S, Kevin CH, Marc HH, et al. Multipotential differentiation of adipose tissue-derived stem cellsJ. Keio JMed, 2005, 54(3):132-141.4Traktuev DO, Merfeld-Clauss S, Li J,etal. A population ofmulti-potentCD34-positive adipose atromal cells share pericyte and mesenchymal surface markers, reside in a periendothelial location, and stabilize endothelial networksJ. Circ Res, 2008, 102(1): 77-85.5 Schipper BM, Marra KG, Zhang W,et al. Regional anatomic and age effects on cell function ofhuman adipose-derived stem cellsJ. Ann Plast Surg, 2008, 60: 538-544.6Oedayrajsingh-Varma MJ, Van Ham SM, KnippenbergM,et al. Adipose tissue- derived mesenchymal stem cellyield and growth characteristics are affected by the tissue-harvesting procedureJ. Cytotherapy, 2006, 8(2): 166-177.7Gronthos S, Frankin DM, Leddy HA,et al. Surface protein characterization of human adipose tissue-derived stromal cellsJ. CellPhys-io,l 2001, 189(1): 54-63.8吴海涛. 脂肪干细胞研究进展J. 卫生职业教育,2012,24:157-159.9Tholpady SS，Llull R，Ogle RC，et al.Adipose tissue: stem cells and beyondJ. Clin Plast Surg，2006,33（1）:55-62.10Rubin JP，Bennett JM，Doctor JS，et al.Collagenous microbeads as a scaffold for tissue engineering with adipose -derived stem cells J. Plast Reconstr Surg，2007，120（2）:414-424.11Varghese S，Hwang NS，Canver AC，et al. Chondroitin sulfate based niches for chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cellsJ. Matrix Biol，2008，27（1）:12-21.12Zuk P A, Zhu M, Ashjian P,et al. Human adipose tissue is a source of multipotent stem cellsJ. Mol BiolCel,l 2002, 13(12): 4279-4295.13彭鑫磊,王蕊,周向荣,刘秋英,王一飞. 脂肪干细胞的研究及应用进展J. 中国卫生检验杂志,2010,12:3547-3549.14Cui L, Liu B, Liu G, et al. Repair of cranial bone defects with adipose derived stem cells and coral scaffold in a canine model. Biomaterials, 2007, 28(36): 5477-5486.15鞠晓军, 潘锋, 柏树令, 等. 人脱细胞羊膜复合脂肪源性干细胞修复大鼠全层皮肤缺损的实验研究. 中国修复重建外科杂志, 2010,24(2): 143-149.16Pern M, Marchal JA, Lpez E