脂肪間充質干細胞的臨床研究進展

[摘要] 脂肪組織中存在豐富的成體干細胞，脂肪間充質干細胞由于獲取簡便，擴增速度快、遺傳穩定、抗原性低，為疾病治療尤其是臨床中常規治療方法難以治療的疾病帶來了新希望。本文綜述了脂肪間充質干細胞在再生醫學領域的研究進展，并就目前研究中一些爭議問題進行了探討。

[關鍵詞] 脂肪；間充質干細胞；多系分化；細胞治療

[中圖分類號] R328.28 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2011）22-19-03

Clinical Research Progress of Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells

CHEN Ming XIE Liangdi

The First Affiliated Hospital of Fujian Medical University，Fuzhou 350004，China

[Abstract] There are abundant adult stem cells in adipose tissue. Since adipose tissue-derived mesenchymal stem cells can be easily harvested and rapidly expanded with stable genetic property and low antigenicity. They could bring new hope for disease therapy，especially treatment of refractory disease. This paper reviewed the new advances of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells in regenerative medicine， and discussed controversial issues in present study.

[Key words] Adipose tissue； Mesenchymal stem cells； Muhipotential differentiation； Cell therapy

基因遺傳學研究的深入和分子生物學技術的進步使干細胞移植受到廣泛關注，選用合適的干細胞作為種子細胞的來源已成為研究的焦點。脂肪來源的間充質干細胞（adipose tissue-derived mesenchymal stem cells，ADMSC）是從脂肪組織中分離出的具干細胞特性的細胞群。該細胞群具有和骨髓來源的間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BM-MSC）相似的生物學特點和多系分化能力，且比BM-MSC更具備一些優勢，成為目前研究的新熱點，不論在組織工程還是基因治療方面都具有廣闊的應用前景。

1 ADMSC來源及鑒定

間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）最早是用于形容成人骨髓中能分化為成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞的未成熟細胞。這些細胞能在培養皿中貼壁生長，迅速擴增。2006年國際細胞治療協會推出MSC的最低標準：可以貼壁生長，表達基質細胞相關抗原CD73、CD90、CD105，不表達淋巴造血細胞相關抗原CD11b/CD14、CD19/CD79a、CD34、CD45和HLA-DR，且在體外條件可以誘導分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞[1]。20世紀60年代，Rodbell等[2]從脂肪組織中分離出可以分化為脂肪細胞的前脂細胞（preadipocyte）。20世紀80年代Bukowiechi等[3]發現在脂肪基質組織中存在不同成熟階段的細胞，其中基質血管組分（stromal vascular fraction，SVF）被認為是脂肪祖細胞。隨后研究人員發現這種細胞群來源于中胚層，生物學特性與BM-MSC類似，所以將之稱為ADMSC、脂肪來源的基質細胞（adipose-derived stromal cells，ADSCs）或脂肪源性干細胞（adipose-derived stem cells，ASCs）。值得一提的是，SVF與ADSCs或稱ADMSC并非完全相同，SVF是指白色脂肪經膠原酶消化并去除細胞外基質和成熟脂肪細胞后殘留的細胞沉淀物，而ADSCs或ADMSC是SVF經貼壁培養去除造血細胞后殘留的具多項分化潛能的細胞群[4，5]。

2 ADMSC在臨床上的應用

2.1 骨和軟骨組織修復

與BM-MSC相似，ADMSC具有成骨細胞和軟骨細胞分化潛能，臨床上ADMSC最先用于骨組織的修復。2004年Lendeckel[6]首次報道7歲女童自體SVF與纖維蛋白膠結合用于治療外傷性顱骨缺損，術后3個月CT掃描顯示新骨形成，顱骨的連續性接近完整。之后有學者將與富血小板血漿混合培養的ADSCs回植到 Wistar大鼠的牙周組織缺損處，觀察到細胞植入后8周在牙槽骨有類似骨組織生成。2009年Mesimki等[7]報道，體外培養的自體ASCs重建上頜骨半切除術患者的上頜骨，隨訪36個月，上頜骨順利愈合并恢復功能。在軟骨再生方面，采用ADSCs結合纖維蛋白支架可以成功修復兔軟骨缺損。雖然多數學者將BM-MSC與ADMSC統稱為MSC，但這兩種細胞在基因組、蛋白質組與功能方面存在差異，BM-MSC的骨和軟骨再生能力較ADMSC強[8]。

2.2 心血管疾病的治療

盡管ADMSC用途很廣，其在心血管疾病領域的應用最受關注。無論在下肢缺血、心肌梗死、肺動脈高壓的治療還是創傷愈合過程中，ADMSC都表現出很強的血管再生能力。下肢缺血大鼠移植ASCs 2周后，毛細血管/肌纖維比例較未移植組增加了1.25倍，若移植前ASCs用含成纖維細胞生長因子-2的低濃度血清培養，毛細血管/肌纖維比例進一步增高。無論剛分離的SVF還是培養后的ASCs都能在缺血區與宿主心肌細胞融合或分化為內皮細胞形成新的血管，改善心肌梗死后心功能。經頸外靜脈移植ADSC能改善肺動脈高壓大鼠的血流動力學異常和右心室肥厚。對于缺血性疾病的治療，ADMSC效果優于BM-MSC，并且采用BM-MSC治療心肌梗死大鼠時會出現不良鈣化現象[9]，而ADMSC治療未見鈣化現象報道。SVF或ADSC治療缺血性疾病的機制為，一方面SVF或ADSC可以分化為心肌樣細胞和血管內皮樣細胞，另一方面SVF或ADSC可以分泌具有生物活性的VEGF、HGF、TGF-β等促進血管再生的因子[10]。ADMSC的血管再生能力使其在疾病治療中存在形成腫瘤或促腫瘤生長的風險，這點將在后面詳細討論。

2.3 脂肪組織的再生

早在1964年ADMSC的脂肪細胞分化潛能就得到證實。2006年Hong L等[11]成功地采用ADSCs和三維明膠海綿重建重癥聯合免疫缺陷病小鼠軟組織缺損。移植接種有未分化ADSC的膠原海綿，形成的脂肪組織比未接種細胞的膠原海綿多，若移植接種成脂分化后的ADSC則形成更多的脂肪。臨床上有學者采用自體ADSC治療凹陷性瘢痕，此項有36例患者參與的試驗于2007年結束，但結果未見報道。2008年日本東京大學醫學院報道了自體SVF重建乳房的結果，70例患者隨訪6~42個月，檢出4例囊腫或微鈣化，余患者乳房生長良好[12]。

2.4 消化系統疾病的治療

ADMSC在消化領域應用最多的是炎癥性疾病的瘺管治療，尤其是治療克羅恩病引起的瘺管形成。25位隨機接受纖維蛋白膠治療或ASC與纖維蛋白膠聯合治療的復雜肛瘺患者，前者肛瘺治愈率僅16%，而后者達到71%[13]，說明ASC對瘺管的治療有確切效果。等量SVF和ASCs治療克羅恩病瘺管形成，ASCs的治愈率為3/4，而SVF僅1/4，可見貼壁培養后的ASCs對肛瘺的治療效果優于SVF[14]。以上試驗提示脂肪干細胞在控制炎癥和促進炎癥愈合方面具有重要意義。無論體內或體外條件下，ADMSC都可以分化為肝細胞樣細胞，促進肝組織再生。國外有學者嘗試經肝內動脈移植自體SVF治療肝硬化，結果還未報道。

2.5 糖尿病的治療

體外條件下ADMSC可以誘導為分泌胰島素、生長抑素、胰高血糖素的細胞。2009年Lin G等報道將胰十二指腸同源異型盒基因（Pdx1））導入ADSC， ADSC分化為產胰島素細胞，將這種細胞植入鏈脲霉素誘導的1型糖尿病大鼠體內，可以降低血糖，提高糖耐量，并減少白內障的發生[15]。目前臨床上正嘗試將自體SVF用于糖尿病治療。

2.6 泌尿系統疾病的治療

動物實驗發現ADMSC可以分化為成肌細胞，治療壓力性尿失禁。2010年Yamamoto T等[16]報道將ADSC注入前列腺癌根治術后壓力性尿失禁患者尿道周圍，患者尿失禁的頻率和數量減少，生活質量提高。將接種有ADSCs的膀胱無細胞基質移植物植入雄兔受損的膀胱，可促進兔膀胱平滑肌和神經組織再生，膀胱重建效果優于單獨移植膀胱無細胞基質移植物。ADSC還可以通過分泌多種細胞因子促進腎小管上皮細胞增殖、抑制其凋亡，從而保護急性損傷的腎小管。

2.7 神經系統疾病的治療

在特定的條件下，ADSCs可以分化為類神經元樣細胞、施旺細胞樣細胞以及神經膠質祖細胞，用于神經組織再生[4]。將ASCs移植到大腦中動脈梗阻大鼠腦室內，可促進缺血性腦損傷神經功能恢復。尾靜脈移植的ASCs可減輕腦出血大鼠的炎癥反應及腦組織萎縮，并促進神經功能的恢復。經靜脈移植的ADSC還可以分化為嗅覺神經元，促進嗅神經切斷大鼠嗅上皮再生。此外將ADSC注入尼曼-匹克病小鼠的小腦，ADSC可以挽救受損的普肯野纖維，減輕炎癥反應。

2.8 免疫系統疾病的治療

由于ADMSC具有與BM-MSC同等效率的抗炎和免疫調節作用，且ADMSC可以有效控制小鼠移植物抗宿主病[17]，目前臨床上嘗試將其用于移植物抗宿主病和多發性硬化癥患者治療。

2.9 其他方面的應用

ADSCs還可以分化為骨骼肌細胞、上皮細胞和角膜細胞，促進肌肉、皮膚和角膜再生。2009年美國斯坦福大學研究人員發現，與目前大部分研究所用的皮膚成纖維細胞相比，人類脂肪干細胞（human adipose stem cells，hASCs）轉變為誘導多功能干細胞（induced pluripotent stem cell，iPS）的效率和安全性更高，后者約為前者的20倍[18]。

2.10 不良反應

ADMSC移植最受關注的不良反應為腫瘤形成風險，關于ADMSC與腫瘤細胞的關系不同研究者所得結論不同，Cousin B[19]等發現ADSC抑制胰腺癌細胞增殖，誘導腫瘤死亡，而其他學者發現ADSC的血管再生能力可以促進腫瘤生長。Casteilla [5]總結前人研究成果得出以下結論：ADSC可以促進腫瘤細胞生長但其本身不形成腫瘤，并且只有當ADSC與腫瘤細胞共同移植或在腫瘤早期移植ADSC才會促進腫瘤生長，若在腫瘤形成前移植ADSC，ADSC不會促進腫瘤細胞生長。

3 將來所面臨的挑戰及展望

目前ADMSC在組織工程和細胞治療方面的研究取得了可喜進展，但還有許多問題有待進一步研究和探討，如ADMSC移植的最佳劑量、途徑及時間，ADMSC是否能在體內長期存活和分化，分化細胞在功能上與正常細胞的差異，以及ADMSC具體作用方式和機制等。另外，著眼于臨床應用，今后還需要有更多的動物實驗甚至人體實驗來驗證同種異基因脂肪干細胞移植會不會引起強烈的免疫反應和后期的排斥反應。

總之，ADMSC的研究才剛剛起步，很多基本問題有待解決，在真正臨床應用前，ADMSC還有很長的路要走。

[參考文獻]

[1] Dominici M，Blanc KL，Mueller I，et al. Minimal criteria for defning multipotent mesenchymal stromal cells.The International Society for Cellular Therapy position statement[J]. Cytotherapy，2006，8（4）：315-317.

[2] Rodbell M. Metabolism of isolated fat cells. Effects of hormones on glucose metabolism and lipolysis[J]. J Biol Chem，1964，239：375-380.

[3] Bukowiecki LJ，Gélonё A，Collet AJ. Proliferation and differentiation of brown adipocytes from interstitial cells during cold acclimation[J]. Am J Physiol，1986，250（6 Pt 1）：C880-887.

[4] Gimble JM，Katz AJ，Bunnell BA. Adipose-Derived stem cells for regenerative medicine[J]. Circ Res，2007，100（9）：1249-1260.

[5] Casteilla L，Planat-Benard V，Laharrague P，et al. Adipose-derived stromal cells：their identity and uses in clinical trials，an update[J]. World J Stem Cells，2011，263（4）：25-33.

[6] Lendeckel S，Jouml;dicke A，Christophis P，et al. Autologous stem cells （adipose） and fibrin glue used to treat wide-spread traumatic calvarial defects：case report[J]. J Craniomaxillofac Surg，2004，32：370-373.

[7] Mesimki K，Lindroos B，Touml;rnwall J，et al. Novel maxillary reconstruction with ectopic bone formation by GMP adipose stem cells[J]. Int J Oral Maxillofac Surg，2009，38：201-209.

[8] Afizah H，Yang Z， Hui JH，et al. A comparison between the chondrogenic potential of human bone marrow stem cells （BMSCs） and adipose-derived stem cells（ADSCs） taken from the same donors[J]. Tissue Eng，2007，13（4）：659-666.

[9] Yoon YS， Park JS， Tkebuchava T，et al. Unexpected severe calcification after transplantation of bone marrow cells in acute myocardial infarction [J]. Circulation，2004，109： 3154-3157.

[10] Rehman J，Traktuev D，Li J，et al. Secretion of angiogenic and antiapoptotic factors by human adipose stromal cells[J]. Circulation， 2004，109：1292-1298.

[11] Hong L，Peptan IA，Colpan A，et al. Adipose tissue engineering by human adipose-derived stromal cells[J]. Cells tissues Organs，2006，183（3）：133-140.

[12] Yoshimura K， Sato K， Aoi N，et al. Cell-assisted lipotransfer for cosmetic breast augmentation： supportive use of adipose-derived stem/stromal cells[J]. Aesthetic Plast Surg，2008，32：48-57.

[13] Garcia-Olmo D，Garcia-Arranz M，Herreros D. Expanded adipose-derived stem cells for the treatment of complex perianal fistula including Crohn's disease[J]. Expert Opin Biol Ther，2008，8：1417-1423.

[14] Garcia-Olmo D，Herreros D，Pascual M，et al. Treatment of enterocutaneous fistula in Crohn's disease with adipose-derived stem cells： a comparison of protocols with and without cell expansion[J]. Int J Colorectal Dis，2009，24：27-30.

[15] Lin G， Wang G， Liu G，et al. Treatment of type 1 diabetes with adipose tissue-derived stem cells expressing pancreatic duodenal homeobox 1[J]. Stem Cells Dev，2009，18（10）：1399-1406.

[16] Yamamoto T， Gotoh M， Hattori R， et al. Periurethral injection of autologous adipose-derived stem cells for the treatment of stress urinary incontinence in patients undergoing radical prostatectomy： report of two initial cases [J]. Int J Urol，2010，17（1）：75-82.

[17] Yaez R，Lamana ML，García-Castro J，et al. Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells have in vivo immunosuppressive properties applicable for the control of the graft-versus-host disease[J].Stem Cells，2006，24：2582-2591.

[18] Sun N，Panetta NJ，Gupta DM，et al. Feeder-free derivation of induced pluripotent stem cells from adult human adipose stem cells[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2009，106（37）：15720-15725.

[19] Cousin B，Ravet E，Poglio S，et al. Adult stromal cells derived from human adipose tissue provoke pancreatic cancer cell death both in vitro and in vivo[J]. PLoS One，2009，4：e6278.

（收稿日期：2011-06-07）