脂肪來源干細胞相關生長因子及其作用的研究進展

趙珮娟 程 辰 綜 述 謝 蕓 李青峰 審校

·綜述·

脂肪來源干細胞相關生長因子及其作用的研究進展

趙珮娟 程 辰 綜 述 謝 蕓 李青峰 審校

脂肪來源干細胞能分泌不同生長因子，并發揮多種生物學作用，如促血管生成作用、造血支持作用、抗凋亡作用和趨化作用等。本文對脂肪來源干細胞相關生長因子及其作用的研究進展進行綜述。

脂肪來源干細胞生長因子生物學作用

隨著脂肪抽吸術的發展，脂肪組織的獲取變得更為簡易。2001年，Zu等[1]通過脂肪抽吸技術，成功獲取脂肪干細胞（Adipose derived stem cells，ADSCs），脂肪來源干細胞的研究開始日趨深入。體外實驗結果證實，脂肪來源干細胞具有多向分化能力，在不同誘導條件下可表現成骨、成軟骨和成脂的能力，還能向心肌細胞、內皮細胞甚至造血細胞等分化。同時，還具有內分泌功能。實驗證實，ADSCs能夠產生多種生長因子，如血管內皮生長因子（VEGF）、肝細胞生長因子（HGF）、成纖維生長因子（bFGF）等[2]。

整復外科領域中，應用脂肪來源干細胞進行臨床治療的方法逐漸受到重視，如利用ADSCs構建人工皮膚，可解決大面積皮膚損傷患者皮源不足的問題[3]；注射ADSCs并運用其分泌的生長因子，可促進成纖維細胞的生長，從而達到面部年輕化的效果[4]。此外，利用ADSCs自分泌及旁分泌的生長因子，也能夠達到修復組織的目的，如HGF基因轉染ADSCs，可改善兔急性心肌梗死后的心功能[5]；ADSCs在腎移植中同樣具有應用價值[6]。

因此，為了對ADSCs相關生長因子有進一步的了解，同時對ADSCs移植的臨床治療提供更完善的理論依據，我們需要對ADSCs所分泌的生長因子進行更為深入的研究。本文對脂肪來源干細胞相關生長因子及其作用進行綜述。

1 促血管生成作用

1.1 血管內皮生長因子

血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）又名血管通透因子，是由Ferrara等[7]從牛垂體濾泡星狀細胞體外培養液中純化而來的糖類蛋白質。Zeng等[8]以ELISA技術在ADSC中檢測出該因子。

VEGF通過與細胞表面受體特異性結合，使酪氨酸殘基磷酸化啟動細胞內信號傳導，最后啟動促進內皮細胞分裂、增殖及血管形成的功能[9]。此外，VEGF能夠通過對細胞基底膜上通道的開閉，調控大分子物質通過包膜，具有增加血管通透性的作用。相關研究認為，VEGF與血管密度及血管新生等都有密切關系[10-12]。

1.2 肝細胞生長因子

Michalopoulors等[13]在血漿大分子蛋白中證實了肝細胞生成素的存在。Nakumura分離出了促進細胞有絲分裂的因子，稱之為肝細胞生長因子（Hepatocyte growth factor，HGF）。肝細胞生長因子存在于多種器官組織中，在肝臟的儲脂細胞中也發現了HGF。

HGF由重鏈α鏈及輕鏈β鏈通過二硫鍵結合而成，總分子量為約為113 K D，α鏈C端含有4個kringle結構，該結構具有一特殊氨基酸序列Asn-Tyr-Cys-Arg-Asn-Pro-Asp；β鏈為一類似絲氨酸蛋白酶結構，但不具有蛋白酶催化功能。HGF在免疫調節、血管生成、造血抗凋亡等方面發揮重要的生物學功能[14-15]，并在促血管生成方面占有重要地位。有研究表明，當血管生成時可產生HGF變體NK4，能抑制被誘發的HGF的上皮移行和血管生成，HGF還能以旁分泌的方式誘導VEGF的產生，而促進內皮細胞的增殖和遷移，也可以直接動員祖細胞促進內皮細胞增殖[16-17]。

1.3 堿性成纖維生長因子

Kim等[18]研究了ADSCs對傷口愈合的影響，經體內外實驗證實了堿性成纖維生長因子（Basic fibroblastgrowth factor，bFGF）的存在。bFGF由牛垂體中分離得到[19]，是一種能刺激靶細胞產生生物效應的多肽或蛋白，具有廣泛的生物活性。在血管形成、促進創面愈合和組織修復等方面起著重要作用。

bFGF由155個氨基酸組成，由12個β-折迭片段組成類似于金字塔型結構，分子內含有4個半胱氨酸殘基。依翻譯起始點的不同，分為高分子量與低分子量bFGF兩類。表皮生長因子（Epidermal Growth Factor，EGF）能促進成纖維細胞的分裂，bFGF通過對EGF的刺激分泌增加，合成膠原纖維，促進成纖維細胞的生長。

另外，bFGF還能起到促血管生成的作用，VEGF基因啟動子區含轉錄因子SP-1的結合位點，當bFGF通過旁分泌或自分泌方式進入細胞核后便作用在SP-1位點增強VEGF的轉錄，從而促進VEGF的產生。

1.4 基質細胞衍生因子

基質細胞衍生因子（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）最早由Nagasawa等[20]從小鼠骨髓基質細胞分泌的細胞因子中分離獲得，是CXC趨化因子家族成員，分子結構為N端兩個半胱胺酸被另一氨基酸殘基X所分隔。其后，Zeng等[8]運用ELISA技術在ADSC的分泌因子中發現。SDF-1是造血干細胞/祖細胞動員和歸巢的關鍵因子。研究表明，SDF-1不僅具有遷移、趨化作用，還能協同其他細胞因子調節細胞生長及增殖[21-22]。

SDF-1可通過對VEGF的分泌，誘導內皮細胞增殖和血管新生，SDF-1/CXCR4還能對成纖維細胞的生長及膠原蛋白的合成起到促進作用。

2 造血支持作用

Foster等[8]證實ADSCs分泌和表達大量與刺激造血有關的細胞因子，大致有以下幾種。

2.1 粒細胞集落刺激因子

粒細胞集落刺激因子（Granulocyte colony-stimu-lating factor，G-CSF）是由174個氨基酸殘基組成的糖蛋白，由4個單環通過氨基酸環相連而成，應激狀態下能刺激單核-巨嗜細胞的表達或分泌[23]。

2.2 粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子

粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（G ranulocytemacrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）在小鼠肺組織條件培養液中發現，在體內主要由T細胞、單核巨噬細胞、血管內皮細胞和成纖維細胞分泌產生，ADSC也可分泌，含有4個外顯子和3個內含子。主要促進粒、巨嗜細胞增殖、分化及功能成熟。GM-CSF是一種多潛能的造血生長因子，能作用于造血干細胞促進骨髓造血，維持造血干細胞的存活[24-25]。可刺激未成熟前體細胞增殖，還可提高成熟血細胞的功能，延長生存期，在調節成熟血細胞功能中起中心作用。

2.3 Fms樣酪氨酸激酶受體3配體

Fms樣酪胺酸激酶受體3配體（Fms-slike tyrosine kinase 3 ligand，Flt3）是從細胞克隆中獲得的，含有235個氨基酸，由N端到C端依次為26個氨基酸信號肽、156個氨基酸胞外區、23個氨基酸跨膜區及30個氨基酸胞內區。其靶細胞是能向淋巴細胞、粒細胞單核細胞系及巨核細胞分化的多能干細胞。能刺激早期造血生長因子，表達于造血細胞與骨髓基質細胞；具有很強的協同作用，可同許多造血因子聯合刺激髓系細胞的增殖分化及原始造血祖細胞的擴增[26-27]。

3 抗凋亡作用

3.1 胰島素樣生長因子

胰島素樣生長因子（Insulin-like growth factor-1，IGF-1）由人血清中分離獲得[28-29]，基因結構與胰島素具有高度同源性，是生長調節素的一種，由70個氨基酸及3個二硫鍵組成，主要通過受體IGF-1R介導發揮其生物學作用。IGF-1能被體內多種組織所合成，合成后不進入血液循環，直接作用于組織。

IGF-1具有抑制細胞凋亡的作用[30-31]，可通過PI3K/Akt信號通路或MAPK通路發揮作用。Bai等[32]發現，IGF-1可通過依賴PI3K信號途徑抑制VsMC的凋亡，并且通過PI3K引起促凋亡基因Bad磷酸化，使其成為非活性形式。IGF-1能激活一條由PI3K及其下游的Akt組成的信號轉導通路，使細胞維持生存并阻止多種刺激誘導的凋亡。

此外，IGF-1還能通過調控Bel-2家族蛋白水平來調節細胞的凋亡[33]，通過調節各成員的表達水平與磷酸化水平影響二聚體的形成，達到調控Bel-2家族蛋白的作用。還能通過白細胞介素1β轉化酶家族調節細胞凋亡。Caspases是冬氨酸殘基特異性半胱胺酸蛋白酶的簡稱，包括了12個家族成員，而IGF-1能抑制其活性，從而防止細胞被消化。

3.2 血管內皮生長因子

VEGF除了具有促血管生成作用外，在SDF-1α影響下還具有抗凋亡的作用。體外研究表明，SDF-1α能刺激內皮細胞增殖，同時抑制TNF-α誘導的細胞凋亡，在體內能上調VEGF的表達，而VEGF能起到直接抑制細胞凋亡的作用。

4 趨化作用

4.1 白細胞介素

研究發現，ADSCs可分泌大量的炎性趨化因子[8]，其中包括白細胞介素-6（Interluekin-6，IL-6）及白細胞介素-8（Interluekin-8，IL-8）等。IL-6含有184個氨基酸殘基，由4個反平行排列的α螺旋和C端受體結合點組成。IL-6在B細胞活化及產生免疫球蛋白方面起重要作用；并具有誘導細胞毒性T淋巴細胞增殖、分化及殺傷靶細胞所需絲胺酸酯酶活性的作用；能協同IL-3促進造血干細胞的增殖；還具有肝細胞刺激因子的功能，可誘導各種應激蛋白產生。

另外，機體內15%~35%的IL-6由脂肪組織所分泌。因此，肥胖及2型糖尿病的發生與IL-6在脂肪細胞中mRNA的表達和蛋白水平、血循環濃度有關[34]。IL-6可干擾胰島素的信號轉導，從而抑制脂肪合成，增加脂肪的分解及纖溶酶原基活物抑制因子的分泌，也抑制葡萄糖轉運體和過氧化物酶體增殖物激活受體的表達，從而產生胰島素抵抗。

根據氨基酸三維結構，IL-8為6股反向平行的β片層和兩個對稱反向平行的α螺旋二聚體所構成。IL-8是一種能激活嗜中性粒細胞的趨化性細胞因子，是具有內源性白細胞趨化性和活化性作用的堿基-肝素結合性蛋白質，屬于調節炎癥的介質，對炎癥和免疫過程有重要調節作用[35]。可誘導中性粒細胞變形，激活其運動裝置使其定向游走、脫顆粒等，對T淋巴細胞和嗜堿性粒細胞有趨化作用。

4.2 基質細胞衍生因子（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）

研究表明，G-SCF動員外周血時，多種水解蛋白酶作用于胞外基質，黏附因子、細胞因子及趨化因子解除了細胞間的緊密結合，促進了造血干細胞跨越內皮細胞的轉運[36-37]，裂解SDF-1α及HSC表面的CXCR4 N端，使HSC失去對SDF-1的趨化作用，而表達CXCR4的造血干細胞能夠沿SDF-1的濃度遷移，實現干細胞歸巢的過程。

5 其他作用

5.1 免疫抑制及調節作用：前列腺素E2

前列腺素E2（Prostaglandins，PGE-2）的化學合成由3個連續酶促反應組成，是花生四烯酸的代謝產物。PGE-2合成后通過自分泌與旁分泌方式，與特定靶細胞質膜上的相應受體EP結合發揮效應[38-39]，其作用機制為在體外抑制外周血T細胞的增殖。

5.2 高增殖率及多分化潛能作用：成纖維生長因子2（FGF-2）

FGF-2是ADSCs維持其高增殖與多分化潛能的重要因子。FGF-2與受體結合后，通過不同傳導途徑將信號傳至胞核，其中bFGF與受體結合后定位于細胞核，影響RNA聚合酶Ⅰ，加強了核蛋白體基因轉錄，加速了細胞的轉化，使處于S期的細胞比例增高，刺激DNA合成增強，促進細胞的分裂與增殖。

6 問題與展望

脂肪細胞不僅有能量儲存功能，同時具有內分泌功能。ADSCs能夠分泌出VEGF、HGF、IL-6等生長因子，成為近年來的研究熱點。ADSCs分泌的相關因子具有促血管化和促進創面愈合等作用。在整復外科領域，ADSCs相關因子的促血管化和促進創面愈合的相關作用逐漸受到重視，具有廣闊的應用前景。

Yoshimura等[40]提出細胞輔助脂肪移植（Cell-assisted lipotransfer，CAL）的概念，運用ADSCs的生長因子達到促細胞生長及促血管生成的作用，提高移植脂肪中ADSCs的含量將有助于提高移植脂肪的存活率。然而，ADSCs經體外短暫培養后再注入人體，長期安全性及致癌率都有待進一步觀察。

眾所周知，生長因子在組織修復與再生等領域發揮著重要作用。出于安全性因素，生長因子制品在臨床上的應用目前仍受到一定限制。ADSCs能夠分泌多種不同類型的生長因子，在體內能發揮相應的生理功能，能一定程度上能滿足臨床的實際需求。隨著自體脂肪移植應用的普及，獲取脂肪以及ADSCs將成為一項簡單易行的操作，ADSCs相關生長因子的應用能為臨床實踐提供新的思路和方法，在組織修復與功能重建方面具有十分廣闊的應用前景。

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G row th Factors Related w ith Adipose-derived Stem Cells and Their Biological E ffects

ZHAO Peijuan,CHENG Chen,XIE Yun,LIQingfeng.
Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai 200011,China.Corresponding author:LIQingfeng(E-mail:dr.liqingfeng@yahoo.com).

Adipose-derived stem cells;Growth factors;Biological effects

Q786

B

1673－0364（2013）05－0241－04

2013年7月20日；

2013年8月30日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2013.05.013

200011上海市上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院整復外科。

李青峰（E-mail：dr.liqingfeng@yahoo.com）。

【Summary】A dipose-derived stem cell can secrete various growth factors and play a variety of biological effects in the body,such as promoting angiogenesis,hematopoiesis support,antiapoptotic and chemotaxis,etc.In this paper,the known growth factorswith their biological effectswere reviewed.