脂肪源性干細胞內分泌功能與再生醫學的研究進展

2001年，Zuk 等[1]首次從人脂肪組織中分離獲得一群具有多向分化潛能的細胞——脂肪源性干細胞(adipose derived stem cells，ADSCs)以來，學者們在研究其多分化潛能的同時也開始關注其內分泌功能。現就ADSCs的內分泌功能以及在再生醫學和組織工程的應用做一綜述。

1ADSCs的內分泌功能

1.1促血管化作用：近年來，大量的研究表明ADSCs可以產生和分泌多種促血管化的細胞因子（如VEGF、HGF、bFGF等），并參與了組織損傷修復的血管化過程[2-4]。Li等[5]在分離培養ADSCs過程中，用ELISA檢測到ADSCs分泌大量的VEGF、HGF、SDF-1α，并發現它可通過促進內皮細胞增殖和抑制凋亡來加速血管化。目前，在多種組織缺血模型的研究中也發現移植ADSCs 可改善缺血情況[6-7]。Lu等[8]將標記有Dil的ADSCs注入小鼠任意皮瓣基底部，7天后發現其皮瓣成活率明顯高于對照組。用體內成像技術和免疫組織化學方法觀察到在注入ADSCs的皮瓣基底部形成較高密度的毛細血管網，同時在新生血管周圍發現有標記Dil的血管內皮細胞生成，其機制可能為ADSCs直接誘導分化為血管內皮細胞；另一方面分泌促血管化因子以加速血管化。

同樣， Shigemura 等[9]在研究ADSCs 對肺氣腫肺泡重建的作用時發現ADSCs可分泌多量的HGF，移植ADSCs 4 周后可觀察到上皮增殖和血管增加，恢復了肺氣腫損害的肺功能。這也進一步表明ADSCs分泌的促血管生長因子具有強大的促血管化能力， 在局部微環境的誘導下，參與了損傷組織的再血管化過程。

1.2 造血支持作用:體內外研究表明[10-11]，骨髓間充質干細胞（BMSCs）具有支持造血的作用，共移植BMSCs與造血干細胞（HSC）可以促進HSC的增殖與分化，其原因可能是BMSCs可分泌促造血的細胞因子，對HSC的體外擴增及體內促HSC的造血重建均有積極作用。目前，已有學者關注ADSCs的造血支持作用。Cousin等[12]將ADSCs注射給被致死量（10GY）照射過的小鼠，受體小鼠造血功能可完全恢復，并能在小鼠體內檢測到供體細胞。由此可見，ADSCs同樣也具有造血支持作用。然而其機制是否為ADSCs分化為造血細胞，還是ADSCs分泌大量促造血的細胞因子，或者為兩者兼發揮作用，尚不清楚。

2007年，Kilroy等[3]的研究進一步證實ADSCs造血支持功能與其分泌和表達大量與刺激造血有關的細胞因子，如粒細胞集落刺激因子（G-CSF）、粒細胞-巨嗜細胞集落刺激因子（GM-CSF）、巨嗜細胞集落刺激因子（M-CSF）、IL-7、以及Flt3配體等密切相關。此外，ADSCs表面表達與分泌大量參與細胞粘附的受體分子，在ADSCs與造血粘附和相互作用中發揮重要作用[13]，如已有體外細胞粘附試驗發現，CD34+ 造血細胞與細胞外基質和基質細胞結合時的整聯蛋白有依賴性。

目前，盡管有學者分別研究比較骨髓、臍帶血和脂肪組織來源的間充質干細胞(MSC)的造血支持作用時，發現ADSCs的作用不及前兩者[14]，但鑒于ADSCs取材方便，來源豐富，低免疫性等諸多優點，故在移植治療中比BMSCs可能更具有優勢。

1.3 抗凋亡作用：Sadat等[4]應用Transwell共培養新生鼠心肌細胞和ADSCs時發現ADSCs有保護心肌細胞的作用。進一步采用SiRNA技術研究顯示ADSCs所分泌的IGF-I和VEGF發揮抗凋亡的作用。也有學者[5]用ELISA法檢測發現ADSCs分泌的基質細胞衍生因子-1α(SDF-1α），并體外試驗證實SDF-1α能刺激內皮細胞增殖，同時可以抑制TNF-α誘導的細胞凋亡，以提高內皮細胞的生存率。其體內機制可能為SDF-1α一方面能通過上調VEGF的表達而發揮作用；另一方面能促進外周血中CD34+ 細胞增殖，抑制其凋亡。其抑制凋亡機制在于激活PI3-K/Akt通路，調節bcl-2蛋白表達[15]。bcl-2基因及蛋白上調被公認是細胞逃避凋亡的一條重要機制[16]。并且試驗中發現應用條件培養液的ADSCs試驗組內皮細胞的bcl-2 mRNA表達上調，故推測ADSCs所分泌的細胞因子可能通過bcl-2 家族蛋白來發揮抗凋亡作用。

1.4 趨化作用：ADSCs除了表達和分泌與BMSCs相同的粘附分子和細胞因子，如M-CSF、GM-CSF、TNF-α，以及IL-8等促進造血外，還能通過其內分泌因子歸巢靜脈輸注的HSC歸巢至骨髓。目前，已證實ADSCs和BMSCs都能夠合成和分泌趨化因子SDF1[5，17]。而在機體的發育過程中，HSC歸巢至骨髓主要依賴于SDF1與其受體CXCR4的相互作用[18]。Peled等[19]分析了SDF1趨化因子在 CD34+ 細胞歸巢至骨髓的影響。最初的設想是通過SDF1和它的受體CXCR4的相互作用提供信號，促進HSC向骨髓的歸巢。事實上，實驗也證實 CD34+ 細胞的歸巢作用的確得到明顯的增強，同時這種作用依賴于HSC表面表達CXCR4。抗CXCR4抗體封閉試驗中，CD34+的歸巢被阻斷了，重新加入SDF1后，刺激的CXCR4表達逆轉了部分阻斷作用。Kim 等[20]認為，SDF1對骨髓源和臍帶血源的 CD34+ HSC歸巢均有協同促進作用。已有報道證實[11]，以NOD/SCOD小鼠為受體，將體外擴增的人骨髓源MSCs和臍帶血來源的CD34+ 細胞聯合移植，其植入率較CD34+ 細胞單獨移植組的植入率高10～20倍。因此，在骨髓性腫瘤患者中聯合移植HSC和ADSCs時，可通過ADSCs的內分泌因子促進CD34+ 細胞歸巢至骨髓，以加速造血恢復。

此外，ADSCs還可以分泌大量的炎性趨化因子，如IL-6和IL-8等[3]。這些趨化因子可對各種白細胞亞類都有趨化活性和激活功能，并能選擇性地引導白細胞亞類的定向游走和組織內聚集，它們與相應受體結合后主要通過G蛋白偶聯的磷脂酰肌醇途徑而發揮免疫炎性和血管生成等多種生物活性。其中IL-8 是人類發現的第一個趨化因子，屬于趨化因子CXC 家族。目前認為它是研究最多，作用最強的一種趨化因子，因此，其在炎癥反應過程和組織損傷修復中起重要作用[21]。

1.5免疫抑制和免疫調節作用：目前，已有大量研究表明ADSCs具有免疫抑制及免疫調節作用[22-23]。其機制可能包括：①MSCs高表達MHC-Ⅰ類分子及共刺激分子，而不表達MHC-Ⅱ類分子，和FAS 配體與共刺激分子[24]；②MSCs干擾各種免疫細胞的功能[25]；③MSCs產生各種可溶性的細胞因子誘導免疫抑制[26]。Cui等[26]應用Transwell系統將ADSCs與效應細胞分離后，淋巴細胞的增殖反應受到了顯著的抑制。隨后，進一步證實了ADSCs所分泌的前列腺素E2（PGE2）參與了ADSCs介導的對混合淋巴細胞反應或絲裂原刺激的T淋巴細胞增殖的抑制作用，因其在混合淋巴細胞反應中加入ADSCs的同時也加入抗PGE2抗體后發現ADSCs對T淋巴細胞增殖反應的抑制作用有所減輕。同樣，Wan等[27]在小鼠異體原位肝移植的動物模型中也證實ADSCs分泌的細胞因子在ADSCs免疫抑制效應中起一定的作用。

總之，ADSCs內分泌的免疫抑制和免疫調節作用，為其在臨床應用的安全性和有效性提供了可靠的依據，同時大大擴展了其臨床適應證的選擇范圍，即它們不僅可以用來進行各種退行性和衰竭疑難病的替代治療，而且可用來進行輔助的免疫治療。這一內分泌功能的發現也為許多疾病的治療與痊愈，特別為那些接受了器官移植需終身服用免疫抑制劑的患者帶來了新的希望。

1.6 維持高增殖率及多分化潛能的作用：眾所周知，干細胞的應用為組織器官損傷修復的治療開創了新的局面。其中持久的高增殖率與多向分化潛能正是其魅力所在。然而維持這兩大特性的具體機理一直未明。最早的研究提示外源性的刺激因子白血病抑制因子和成骨蛋白4與內源性的調節物Oct4，Sox2以及Nanog都可能與胚胎干細胞的這兩大特性有關[28]。但與胚胎干細胞不同，先前的研究認為MSCs可經Wnt通路促進增殖，同時也抑制其骨源性分化[29]。這說明干細胞的這兩大特征并非通過共同的通路調節。2006年，Zaragosi等[30]首次發現ADSCs自分泌的FGF-2是其保持長期高增殖率與多分化潛能的關鍵因子，并可形成一個緊密的FGF-2環來調節和維持ADSCs的高增殖率和多分化潛能。同時進一步研究發現FGF-2可通過ERK1/2通路調節ADSCs的克隆性增殖但不能維持其多分化潛能。這證實了FGF-2促增殖與維持分化潛能是通過不同通路介導的設想。然而其具體的各個通路及靶基因仍需進一步的闡述。

2 與再生醫學及組織工程

研究表明某些組織的再生過程中，生物活性因子發揮了重要作用。Ando等[31]將ADSCs注入2﹑4﹑6-三硝基苯磺酸誘導的結腸炎局部創面時，發現ADSCs可加速腸粘膜的修復。同樣，Kim等[2，5]也發現ADSCs可加速皮膚創面愈合，其機制之一就是ADSCs分泌的各類細胞因子通過促進修復細胞的增殖、遷移及分泌膠原來加速創面愈合。但Jackson等[32]用MSC修復壞死心肌時發現過多的成纖維細胞生成反而影響心肌的功能。這也可能為ADSCs修復組織損傷提出了新的課題，即存在瘢痕修復的問題。

此外，組織工程學的出現，使得再生醫學進入了一個新時代。如某些損傷組織器官的修復與重建需要一定的支架結構，使干細胞處于適宜的微環境中，其中需解決的關鍵問題之一是這類含有種子細胞的工程化組織移植后的快速血管化。所以，ADSCs的上述內分泌功能在組織工程血管化方面可能會有重要的應用價值；另外，對不同種子細胞的分化調節作用仍值得深入研究。

3問題與展望

以往的研究表明[2-5]，ADSCs分泌的各類細胞因子的量極少，基本上是pg級水平；在體內其到底通過哪些途徑發揮作用，還尚未知。因此，采用何種策略和手段（比如應用藥物或基因工程）以提高ADSCs內分泌的量以及延長其分泌因子的作用時間，還有待于我們進一步的研究。

盡管如此，但鑒于ADSCs取材方便、來源豐富、低免疫性等諸多優點以及上述多種內分泌功能，我們相信ADSCs內分泌功能必將和其多分化潛能一樣將受到學者們的加倍青睞。

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[收稿日期]2008-03-08[修回日期]2008-05-15

編輯/李陽利