脂肪干细胞614

1、动物科技学院动物科技学院 杨公社杨公社adipose-derived mesenchymal stem cells汇报提纲汇报提纲一、研究背景一、研究背景 动物体内，脂肪组织不仅是重要的能量贮存库和动物体内，脂肪组织不仅是重要的能量贮存库和赋形组织，还是保持内环境稳定及具有分泌激素和细赋形组织，还是保持内环境稳定及具有分泌激素和细胞因子的重要部位。脂肪细胞增殖与分化失常是导致胞因子的重要部位。脂肪细胞增殖与分化失常是导致肥胖及肥胖及型糖尿病的重要因素。因此，脂肪细胞分化型糖尿病的重要因素。因此，脂肪细胞分化的研究一直是国内外医学及生物学领域的研究热点之的研究一直是国内外医学及生物学领域的研究热

2、点之一。一。 背景知识背景知识 背景知识背景知识二、脂肪源间充质干细胞的优点二、脂肪源间充质干细胞的优点 首先，从人类医学角度说，获取脂肪间充质干首先，从人类医学角度说，获取脂肪间充质干细胞比骨髓源性干细胞容易的多。皮下脂肪切除术细胞比骨髓源性干细胞容易的多。皮下脂肪切除术是一种普通的外科手术，其安全性高、对患者带来是一种普通的外科手术，其安全性高、对患者带来的痛苦小。即的痛苦小。即amscs具有易获得性、安全、可迅具有易获得性、安全、可迅速扩增及多向分化能力等特点，其将成为具有广阔速扩增及多向分化能力等特点，其将成为具有广阔治疗应用前景的一类成体干细胞。治疗应用前景的一类成体干细胞。 其次，

3、脂肪组织比骨髓中所含干细胞比率大。其次，脂肪组织比骨髓中所含干细胞比率大。 通通过成纤维细胞集落形成单位比较脂肪组织显示，成人过成纤维细胞集落形成单位比较脂肪组织显示，成人骨髓来源细胞中成纤维细胞集落形成单位出现频率为骨髓来源细胞中成纤维细胞集落形成单位出现频率为1/500001/500001/10000001/1000000，而当脂肪组织用胶原酶消化，而当脂肪组织用胶原酶消化，除去上层漂浮的成熟脂肪细胞，下层细胞中成纤维细除去上层漂浮的成熟脂肪细胞，下层细胞中成纤维细胞集落形成单位的频率为胞集落形成单位的频率为1/1001/100，说明脂肪组织中，说明脂肪组织中干细干细胞数目至少是骨髓的胞数

4、目至少是骨髓的500500多倍多倍 。脂肪间充质脂肪间充质干细胞优点干细胞优点 最后，从经济和社会效益看，从脂肪组织中获最后，从经济和社会效益看，从脂肪组织中获取干细胞可将原本认为是废弃物的脂肪，如临床上取干细胞可将原本认为是废弃物的脂肪，如临床上脂肪抽吸术后的脂肪组织及动物屠宰后不可实用的脂肪抽吸术后的脂肪组织及动物屠宰后不可实用的内脏脂肪等变为干细胞库的重要来源，具有极大的内脏脂肪等变为干细胞库的重要来源，具有极大的经济与社会效益。经济与社会效益。脂肪间充质脂肪间充质干细胞优点干细胞优点 关于脂肪间充质干细胞标志，目前尚无统一标关于脂肪间充质干细胞标志，目前尚无统一标准。一般认为，脂肪间充

5、质干细胞和骨髓间充质干准。一般认为，脂肪间充质干细胞和骨髓间充质干细胞均表达细胞均表达cd44、cd105、stro-1、cd166及及cd117。其中。其中cd117是一种干细胞因子受体，在全是一种干细胞因子受体，在全能或多能干细胞中表达，包括胚胎干细胞。能或多能干细胞中表达，包括胚胎干细胞。表面标记表面标记 除了上述几种标记外，脂肪间充质干细胞也表达除了上述几种标记外，脂肪间充质干细胞也表达其他多种分子标记，包括其他多种分子标记，包括cd29（1-整合素，在血管整合素，在血管发生治疗中起重要作用）、发生治疗中起重要作用）、cd44（透明质酸盐）和（透明质酸盐）和cd49e（5 -整合素，在

6、细胞粘附纤连蛋白中起重要整合素，在细胞粘附纤连蛋白中起重要作用）等。作用）等。表面标记表面标记 不同研究组对脂肪间充质干细胞表面标记的鉴不同研究组对脂肪间充质干细胞表面标记的鉴定结果并不完全一致，如定结果并不完全一致，如gronthos等发现等发现amscs不不表达表达stro-1，但，但zuk等发现表达等发现表达stro-1。这些不一。这些不一致的结果可能与细胞所处状态及纯度有关。致的结果可能与细胞所处状态及纯度有关。 表面标记表面标记报道文献报道文献amscs表面标记表面标记阳性阳性阴性阴性gronthos，2001cd44、cd49d、cd49e、cd54、cd55、cd59、cd105

7、、cd106和和hla-abccd14、cd45、cd50、cd56、hla-dr和骨髓和骨髓基质细胞表面分子基质细胞表面分子stro-1zuk，2002cd13、cd29、cd44、cd105、cd71、stro-1cd14、cd16、cd31、cd34、cd45、cd106、cd56de ugarte，2003cd13、cd29、cd44、cd105、cd90、stro-1cd49d、cd54、cd34、cd106aust，2004cd10、cd13、cd29、cd44、cd90、和、和hla-abccd11b、cd45和和hla-dr表面标记表面标记 近几年的研究结果表明，近几年的研究结

8、果表明，在合适诱导剂下，脂在合适诱导剂下，脂肪间充质干细胞和骨髓干细胞一样，肪间充质干细胞和骨髓干细胞一样，可向脂肪、软可向脂肪、软骨、成骨、神经元细胞、成肌细胞、血管内皮细胞骨、成骨、神经元细胞、成肌细胞、血管内皮细胞等方向分化。等方向分化。三、多向分化潜能三、多向分化潜能多向分化潜能多向分化潜能strem bm, 2005多向分化潜能多向分化潜能分化分化方向方向相关文献相关文献骨骼肌骨骼肌mizuno, 2002；bacou, 2004；陈希平陈希平, 2004心肌心肌rangappa, 2003；planat-benard, 2004；yamada, 2006(棕棕色脂肪组织色脂肪组织)

9、；张端珍张端珍, 2005；王燕王燕, 2005成骨成骨zuk, 2001, 2002；halvorsen, 2000；hattori, 2004；陈希哲陈希哲, 2004软骨软骨huang, 2004；winter, 2003；严笠严笠, 2005脂肪脂肪zuk, 2001, 2002；sen, 2001；von heimburg d, 2001神经神经safford, 2004；ashjian, 2003；rchman, 2004；杨立业杨立业, 2003, 2004 脂肪间充质干细胞向不同细胞分化是在特异性脂肪间充质干细胞向不同细胞分化是在特异性诱导因子作用下进行的。诱导因子作用下进行的

10、。 下面介绍常用的一些多向诱导分化因子及诱导下面介绍常用的一些多向诱导分化因子及诱导后的细胞特性。后的细胞特性。多向分化潜能多向分化潜能 细胞类型细胞类型 诱导物诱导物 细胞特性细胞特性 脂肪细胞脂肪细胞 地塞米松,异丁基甲基黄嘌，胰岛素等 细胞中充满脂滴，油红o染色阳性成骨细胞成骨细胞 2-磷酸抗坏血酸, -甘油磷酸 ，地塞米松等钙化性基质产物 ，茜素红染色阳性骨骼肌细胞骨骼肌细胞 地塞米松，氢化可的松，或5-氮杂胞苷 多核形态，骨骼肌肌性素重链/myod表达 心肌细胞心肌细胞 5-氮杂胞苷 细胞圆形，-肌动蛋白和肌钙蛋白-i表达 神经元细胞神经元细胞 -巯基乙醇或者异丁基甲基黄嘌, 消炎痛

11、等细胞缩小、周围有多个神经突起 内皮内皮细胞细胞 血管内皮细胞生长因子，碱性成纤维细胞生长因子 细胞之间形成网格样结构 ，表达内皮细胞特异性抗原 肝肝( (实质实质) )细细胞胞肝细胞生长因子， 抑瘤素m表达白蛋白和 -胎蛋白 肝实质细胞肝实质细胞 在在20062006年年4 4月第月第1616卷卷4 4期的自然科学进展上，裴雪涛期的自然科学进展上，裴雪涛等人发表的文章等人发表的文章人脂肪来源的干细胞体外培养特性及人脂肪来源的干细胞体外培养特性及分化为肝细胞样细胞的研究分化为肝细胞样细胞的研究。 脂肪源性干细胞的分离因物种不同消化方法不同。脂肪源性干细胞的分离因物种不同消化方法不同。本实本实验

12、室采用型胶原酶消化法分离获得猪脂肪源干细胞，表达脂验室采用型胶原酶消化法分离获得猪脂肪源干细胞，表达脂肪干细胞表面标记，在合适诱导剂下，这些细胞分化成了成肪干细胞表面标记，在合适诱导剂下，这些细胞分化成了成骨细胞、成肌细胞和脂肪细胞，在此作一简单介绍。骨细胞、成肌细胞和脂肪细胞，在此作一简单介绍。四、猪四、猪amscs的培养及诱导分化的培养及诱导分化 细胞培养细胞培养7-8 天后，细胞生长即可达天后，细胞生长即可达80 %-90 %融合，贴壁细融合，贴壁细胞紧密排列成漩涡状、网状、辐射状，有一定的方向性，集落大小胞紧密排列成漩涡状、网状、辐射状，有一定的方向性，集落大小不一，含数个至数百个细胞

13、不等；集落中细胞形态为典型梭形细胞不一，含数个至数百个细胞不等；集落中细胞形态为典型梭形细胞(图图a)，这就是我们所要分离获得的猪，这就是我们所要分离获得的猪amscs。原代培养。原代培养14 d 左右左右即可形成致密单层即可形成致密单层(图图b)。 baamscs的培养特性的培养特性cd44+ (50) cd105+ (100) cd14 (50) cd34 (100) cd106 (100)hla-dr (50) 利用免疫组织化学方法检测猪利用免疫组织化学方法检测猪amscsamscs特异性表面标记，结果：特异性表面标记，结果：cd44cd44和和cd105cd105呈阳性。呈阳性。cd1

14、4cd14，cd34,cd106,hla-drcd34,cd106,hla-dr均为阴性。均为阴性。amscs的表面标记的表面标记 在地塞米松、抗坏血酸和在地塞米松、抗坏血酸和磷酸甘油钠的诱导作用下，猪脂磷酸甘油钠的诱导作用下，猪脂肪间充质干细胞逐渐由成纤维样的长梭形（对照组，图肪间充质干细胞逐渐由成纤维样的长梭形（对照组，图a a）变为成）变为成骨样的方块形，细胞堆积呈卵圆形或方形（图骨样的方块形，细胞堆积呈卵圆形或方形（图b b） 。ab成骨诱导成骨诱导成骨诱导后的形态学观察成骨诱导后的形态学观察b 茜素红染色茜素红染色检测诱导细胞的矿物质沉积状况，结果：猪脂肪间检测诱导细胞的矿物质沉积状

15、况，结果：猪脂肪间充质干细胞在成骨诱导第充质干细胞在成骨诱导第7 7天开始出现小的点状钙化斑（天开始出现小的点状钙化斑（a a），诱导），诱导第第1414天形成广泛的钙化结节（天形成广泛的钙化结节（b b）。诱导）。诱导2121天钙化结节更加明显连天钙化结节更加明显连接成片（接成片（c c）。）。d d为对照组。为对照组。cb成骨诱导成骨诱导 actinocn 165bpcol-1 539bp actinrt-pcr检测成骨标志基因检测成骨标志基因col- 1 （型骨胶原）及型骨胶原）及ocn（骨钙素）表达（骨钙素）表达 m: marker; 1-4分别为第0天，7天，14天，21天ocn的表

16、达; 5-8为col- 1的表达。 结果：在成骨诱导分化的早期（第结果：在成骨诱导分化的早期（第7 7天），可检测到成骨特天），可检测到成骨特异性基因异性基因型骨胶原和骨钙素的表达，随着诱导时间的增加，型骨胶原和骨钙素的表达，随着诱导时间的增加，2 2个基因的表达量呈上升趋势。个基因的表达量呈上升趋势。成骨诱导成骨诱导rt-pcrrt-pcr检测标志基因检测标志基因mrnamrna的表达的表达 上述结果说明：在合适诱导剂下，猪脂肪上述结果说明：在合适诱导剂下，猪脂肪间充质干细胞形态和排列均发生变化，成纤维间充质干细胞形态和排列均发生变化，成纤维样的长梭形变为成骨样的方块形，细胞堆积呈样的长梭形

17、变为成骨样的方块形，细胞堆积呈卵圆形或方形，茜素红染色和卵圆形或方形，茜素红染色和 rt-pcr均表明均表明可以诱导分化成骨细胞。可以诱导分化成骨细胞。成骨诱导成骨诱导 成肌诱导第成肌诱导第7 7天出现细胞球形变化天出现细胞球形变化(a)(a)，诱导第，诱导第1414天开始出现天开始出现接触、融合。部分出现伪足，形态变长接触、融合。部分出现伪足，形态变长(b)(b)，诱导第，诱导第2121天周围梭形天周围梭形细胞明显减少，形成巨大的球形细胞细胞明显减少，形成巨大的球形细胞(c,d)(c,d)。上图为。上图为茜素红染色。茜素红染色。abdc成肌诱导成肌诱导成肌诱导后的形态学观察成肌诱导后的形态学

18、观察成肌诱导后肌红蛋白成肌诱导后肌红蛋白(myoglobin(myoglobin) )免疫荧光染色免疫荧光染色 成肌诱导第成肌诱导第1414天，可检测到肌红蛋白天，可检测到肌红蛋白(myoglobin(myoglobin) )的表的表达达( (图图a)a)，第，第2121天表达明显增加（图天表达明显增加（图b)b)。成肌诱导成肌诱导免疫荧光染色免疫荧光染色-actin 399 bpmyod 243 bp myf5 154bp 上图是用上图是用5-5-氮杂胞苷诱导氮杂胞苷诱导1 1周后的结果，由图可以看出周后的结果，由图可以看出, , 诱导一诱导一周后即可检测到成肌细胞分化早期表达基因周后即可检

19、测到成肌细胞分化早期表达基因myf5myf5和和myodmyod的表达。的表达。rt-pcr 检测成肌标志基因的表达检测成肌标志基因的表达1为对照，2为myf5(成肌调节因子)，3为myod(生肌决定因子) 成肌诱导成肌诱导肌细胞标志基因肌细胞标志基因mrnamrna的表达的表达成脂诱导后的形态学观察成脂诱导后的形态学观察诱导诱导48 h(100)诱导诱导21 d(100)对照对照21 d(100)脂滴融合脂滴融合(200) 猪脂肪间充质干细胞经成脂诱导猪脂肪间充质干细胞经成脂诱导48h48h后，细胞胞浆内出现个别脂滴后，细胞胞浆内出现个别脂滴( (图图a)a)，随着诱导时间的延长，随着诱导时

20、间的延长, ,充脂细胞数量增加充脂细胞数量增加( (图图b) b) ，且小脂滴逐渐，且小脂滴逐渐融合成大脂滴融合成大脂滴( (图图c)c)。对照组细胞无充脂细胞出现（图。对照组细胞无充脂细胞出现（图c c）。）。acbd成脂诱导成脂诱导油红油红o o染色染色b b诱导后充脂细胞明显增多诱导后充脂细胞明显增多（100） 脂滴融合脂滴融合, 胞核位于细胞一侧胞核位于细胞一侧（200） 诱导后的脂肪细胞经油红诱导后的脂肪细胞经油红o o染色后染色后, ,脂滴呈红色脂滴呈红色成脂诱导成脂诱导脂肪细胞标志基因表达脂肪细胞标志基因表达b b0260.00.20.40.60.8abcd14ppar- mrn

21、a表达丰度表达丰度诱导天数诱导天数ppar595 bp-actin 399 bp成脂诱导成脂诱导 由上述结果可以看出，猪脂肪间充质干细胞在地塞由上述结果可以看出，猪脂肪间充质干细胞在地塞米松、胰岛素、吲哚美辛等的诱导作用下，细胞形态发米松、胰岛素、吲哚美辛等的诱导作用下，细胞形态发生变化，由长梭形变为充满脂滴的脂肪细胞。油红生变化，由长梭形变为充满脂滴的脂肪细胞。油红o o染色染色和和 rt-pcrrt-pcr均表明可以诱导分化脂肪细胞。均表明可以诱导分化脂肪细胞。成脂诱导成脂诱导 研究表明，脂肪细胞由中胚层间充质干细胞发育而来，研究表明，脂肪细胞由中胚层间充质干细胞发育而来，近近30多年来对

22、脂肪细胞的研究主要使用的是鼠源性前体脂肪多年来对脂肪细胞的研究主要使用的是鼠源性前体脂肪细胞系和原代前体脂肪细胞。但是这两者都是已经定向的单细胞系和原代前体脂肪细胞。但是这两者都是已经定向的单能细胞，只能分化为成熟的脂肪细胞，因此这两个体外培养能细胞，只能分化为成熟的脂肪细胞，因此这两个体外培养体系的研究只能局限于前体脂肪分化为成熟脂肪细胞这一阶体系的研究只能局限于前体脂肪分化为成熟脂肪细胞这一阶段的细胞和分子事件。段的细胞和分子事件。猪猪amsc细胞系建立的初步研究细胞系建立的初步研究 因此，因此，amscs细胞系的建立可为研究脂肪细胞分化细胞系的建立可为研究脂肪细胞分化全过程，探讨脂肪细胞

23、分化早期细胞与分子事件提供新的全过程，探讨脂肪细胞分化早期细胞与分子事件提供新的研究模型。研究模型。 本实验室在成功分离猪原代本实验室在成功分离猪原代amsc细胞后，细胞单克细胞后，细胞单克隆扩增方法获得单一来源的隆扩增方法获得单一来源的amsc细胞，传细胞，传20代后细胞形代后细胞形态一致，经鉴定仍然具有态一致，经鉴定仍然具有amsc表面标志。表面标志。细胞单克隆扩增培养所有细胞均来源于同一祖细胞，细胞形态一致cd105cd4424代细胞表面代细胞表面marker鉴定鉴定 目前我们正在对保存的细胞进行染色体核目前我们正在对保存的细胞进行染色体核型分析，支元体检测等工作。型分析，支元体检测等工

24、作。 现有的研究表明，脂肪组织是一个易获取和储量丰富的成体现有的研究表明，脂肪组织是一个易获取和储量丰富的成体干细胞库。干细胞库。amscs取材容易，创伤小，具有可控制的多向分化能取材容易，创伤小，具有可控制的多向分化能力，对于组织工程来说，几乎是个力，对于组织工程来说，几乎是个“完美完美”的细胞；且细胞培养、的细胞；且细胞培养、扩增较容易，易获得大量可供自体或异体移植使用的干细胞；在扩增较容易，易获得大量可供自体或异体移植使用的干细胞；在急、慢性骨、软骨组织损伤，肌组织缺损、矫形手术、中枢神经急、慢性骨、软骨组织损伤，肌组织缺损、矫形手术、中枢神经系统损伤及其它领域有潜在应用价值。系统损伤及

25、其它领域有潜在应用价值。 五、五、amsc应用前景及待解决的问题应用前景及待解决的问题 但若将该细胞应用于临床，仍需在动物模型上进行但若将该细胞应用于临床，仍需在动物模型上进行大量安全性和有效性的实验。尽管大量安全性和有效性的实验。尽管amscs实际应用过程实际应用过程中仍存在一些需要解决的问题，如体外培养是一种优化中仍存在一些需要解决的问题，如体外培养是一种优化过的环境，而体外培养后的过的环境，而体外培养后的amscs能否适应体内环境而能否适应体内环境而继续生长分化；在体内继续生长分化；在体内amscs分化控制过程中能否排除分化控制过程中能否排除致瘤性风险及是否发生免疫紊乱等。致瘤性风险及是

26、否发生免疫紊乱等。 另外，种子细胞最终移入体内还需有合适的生物另外，种子细胞最终移入体内还需有合适的生物材料作载体，这种载体必须具有生物相容性，并可生材料作载体，这种载体必须具有生物相容性，并可生物降解，易于生长因子等促细胞分化和组织形成的分物降解，易于生长因子等促细胞分化和组织形成的分子物质的连接和输送，易于生产和使用。目前关于生子物质的连接和输送，易于生产和使用。目前关于生物载体的研究相对较少，因此，特异性组织生物材料物载体的研究相对较少，因此，特异性组织生物材料也将是一个重要而广阔的研究领域。也将是一个重要而广阔的研究领域。 但相信有关但相信有关amscs的研究仍然前景广阔，脂肪组织的研

27、究仍然前景广阔，脂肪组织来源的来源的amscs未来极有可能会取代目前的干细胞源而成未来极有可能会取代目前的干细胞源而成为组织工程、基因治疗的一个新的热点，并能解决一系为组织工程、基因治疗的一个新的热点，并能解决一系列临床难题而具有良好的应用前景。列临床难题而具有良好的应用前景。 鉴于脂肪源性干细胞强大的鉴于脂肪源性干细胞强大的“可塑性可塑性”、容、容易获得、免疫排斥小等优点，国外一些公司和研易获得、免疫排斥小等优点，国外一些公司和研究机构等纷纷谋求究机构等纷纷谋求脂肪间充质干细胞脂肪间充质干细胞成为组织工成为组织工程或细胞治疗新的同种异体种子细胞来源，并申程或细胞治疗新的同种异体种子细胞来源，

28、并申请了相关专利。请了相关专利。 2004年年12月月16日日macropore biosurgery公司（法公司（法兰克福）与兰克福）与giessen大学联合对外公布使用大学联合对外公布使用脂肪间充质脂肪间充质干细胞干细胞治疗一名七岁女孩颅骨缺损的临床报告，为该治疗一名七岁女孩颅骨缺损的临床报告，为该领域今后的工作奠定了基石。通过对欧洲专利局世界领域今后的工作奠定了基石。通过对欧洲专利局世界专利数据库检索，专利数据库检索，2005年年1月月5日前已经公开的关于日前已经公开的关于脂脂肪源性干细胞肪源性干细胞的基本专利共有的基本专利共有14项，显示出项，显示出脂肪间充脂肪间充质干细胞质干细胞潜在的市场价值。潜在的市场价值。 专利号及相关专利专利号及相关专利 专利名称专利名称 ep1453954 us2003124721，wo03039489 脂肪干细胞分化成内分泌胰腺及其用途us2003166278 us6555374、ca2316400 脂肪干细胞的多重中胚层细胞系分化 潜能及其应用 wo03080801 分离的脂肪干细胞用于治疗心功能衰竭、帕金森疾 病、糖尿病、贫血症和地中海贫血us2004092011 脂肪基质分化成成人脂肪干细胞及其用途 wo03