脂肪干細胞的研究進展

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(1.南華大學，湖南 衡陽 421001；2.湖南省腫瘤醫院耳鼻喉頭頸外科)

·文獻綜述·

脂肪干細胞的研究進展

祁美武1，周曉2*

(1.南華大學，湖南 衡陽 421001；2.湖南省腫瘤醫院耳鼻喉頭頸外科)

脂肪干細胞是成體間充質干細胞的一種，具有多向分化的潛能、取材容易、來源廣泛適宜自體移植等優點，是繼骨髓間充質干細胞之后的又一再生醫學種子細胞的來源，成為國內外研究的熱點。本文綜述了脂肪干細胞的生物學特性與臨床應用前景。

脂肪干細胞； 生物學特性

隨著科學技術的發展，分子生物學和細胞生物學的不斷進步，再生醫學迅速崛起。激發了人們對各種干細胞、組織工程支架和細胞生長因子的研究熱潮，選用合適的干細胞作為種子細胞的來源已經成為研究的焦點。目前應用的主要有：骨髓間質干細胞、臍帶血間充質干細胞、外周血干細胞和脂肪干細胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)等。事實上，由于骨髓作為干細胞來源的限制性，使得間充質干細胞成為再生醫學種子細胞的主要來源[1]。

脂肪干細胞與骨髓間充質干細胞的成軟骨分化能力進行比較，細胞的成骨及成軟骨能力基本一致。余方圓等[2]則認為未誘導的脂肪干細胞能弱表達Ⅱ型膠原和蛋白聚糖聚合物，而骨髓間充質干細胞卻無表達，因此成軟骨分化時脂肪干細胞較骨髓間充質干細胞更為敏感。而安榮澤等[3]對脂肪干細胞與骨髓間質干細胞進行了比較，指出兩者在體外增殖均很迅速且穩定，但是脂肪干細胞的生長增殖速度更快并且指出單層培養時，特定條件下，脂肪干細胞與骨髓間充質干細胞均能向軟骨細胞轉化，但在成軟骨誘導方面，骨髓間充質干細胞比脂肪干細胞更具有優勢。而且ADSCs具有取材容易、對機體損傷小、來源廣泛、體內儲備量大、適宜自體移植、沒有倫理學爭議等優點，成為再生醫學研究領域的熱點之一。

脂肪干細胞是從脂肪組織中分離得到具有自我更新和多向分化潛能的一種成體干細胞。它在體外誘導下可分化為各種不同類型的細胞。它是繼骨髓間質干細胞、臍帶血間充質干細胞、外周血干細胞之后的又一種干細胞的來源，對用干細胞作為種子細胞進行組織工程構建以及疾病的治療等起到了巨大的推動作用。

1 ADSCs的命名及生物學特性

1.1命名上世紀50年代Trowell發現脂肪細胞中類似成纖維細胞，并指出在合適條件下它們可分化為脂肪細胞。2001年Zuk等[4]首次通過吸脂術抽取脂肪組織懸液培養出多能干細胞并命名為脂肪組織提取細胞(processed lipoaspirate cells,PLC),這為脂肪干細胞的研究奠定了深厚的基礎。這種提取細胞的名稱眾多，可謂五花八門——脂肪來源的基質細胞、脂肪組織來源的間充質干細胞、前脂肪細胞以及脂肪組織的基質血管組分(stromal vascular fraction,SVF)等等[6-8]。2004年，在第二屆國際社會脂肪應用技術年度會議上，這種細胞被統一命名為脂肪干細胞(ADSCs)[5]。

1.2生物學特性研究指出，ADSCs不表達CD11c、CD19、CD31、CD33、CD45、HLADR，但可表達CD11a、CD13、CD14、CD29、CD44、CD45、CD58、CD86、CD90、CD105、CD166以及Nanog、Oct-4、Sox-2等因子[9-11]，Strem等[12]也指出脂肪干細胞中CD49d陽性表達，CD106陰性表達，低水平表達CD34。Zhao等[13]的研究指出，通過膠原酶消化、貼壁培養可以從小鼠脂肪中分離出高純度的脂肪干細胞,并指出ADSCs不表達CD40、CD80、CD86、MHCⅠ、MHCⅡ，ADSCs移植后未見成瘤，且可在肝臟實質內多處定居。

由此可知，ADSCs可與骨髓間質干細胞相似，可以表達干細胞的特性的干性因子以及干細胞相關轉錄因子，而且具有低免疫原性，移植排斥反應少，可以進行自體移植，將會成為再生醫學中干細胞來源的主力軍。

2 ADSCs可被誘導多向分化的潛能

脂肪干細胞作為成體間充質干細胞的一員，具有干細胞可多向分化的潛能，在特定的條件下，它可以分化成多種功能細胞。研究者在體外誘導其定向分化做了大量的研究。

2.1 ADSCs向成骨細胞分化Wang等[14]研究指出，在體外環境下由人臍帶靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)分泌的骨形態發生蛋白-2(bone morphogenetic protein 2，BMP-2)能夠有效促進脂肪干細胞的成骨分化，因此將ADSCs與HUVEC共培養可以有效的促進ADSCs的分化潛能。研究認為，BMP-2主要對未分化間充質細胞和骨系細胞起到募集和分化作用[15]。在骨形成早期，BMP-2不僅可使未分化間質細胞向骨形成中心募集，并分化為骨系細胞，而且可使成纖維細胞、成肌細胞及骨髓的基細胞逆轉分化為骨系細胞。在骨形成后期，BMP-2還作為一種破骨細胞分化因子與其它支持破骨細胞分化因子直接或間接刺激破骨細胞分化，參與骨的重建。曹誼林等[16]對脂肪干細胞成骨誘導分化也進行了深入研究，指出了ERK通路在ADSC的成骨分化中的促進作用；同時也揭示了地塞米松可以抑制ADSC的成骨分化。ERK通路的主要途徑是Ras/Raf/MEK/ERK，ERK級聯反應可被多種物質刺激激活，如受體絡氨酸激酶、G蛋白偶聯受體等，并參與調控細胞的增殖分化與凋亡過程。

Luo等[17]研究指出，在體外，適宜濃度的人參皂甙Rb1能促進人體脂肪干細胞增殖，而在高濃度的人參皂甙Rb1能促進人類脂肪來源的干細胞的成骨分化。馬德彰等[18]指出，通過胰酶消化可以成功獲得大鼠脂肪干細胞，通過兩組對比指出富血小板血漿(platele-rich plasma，PRP)是促進該細胞成骨細胞分化的有效的細胞因子。

由此可知，在體外，BMP-2、高濃度的人參皂甙Rb1以及PRP等因素均可以誘導ADSCs向成骨分化,為骨組織工程中的骨缺損的修復、再生等提供了新的思路，可以成為理想的骨組織工程種子細胞。

2.2 ADSCs向心肌細胞分化文獻[19-21]指出，在脂肪干細胞中過表達胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor 1，IGF-1)可以通過增加PI3 激酶的水平來抑制ADSCs的凋亡與死亡，并且可以促進GATA-4 的表達，而GATA-4與Nkx2.5 共同作用可誘導胚胎干細胞大量心臟轉錄因子的表達，從而促使ADSCs向心肌細胞分化，因此，IGF-1基因在心肌組織構建中發揮重要的作用。有研究指出脂肪干細胞經5-氮胞苷誘導分化后，利用RT-PCR技術可檢測到心鈉素、腦鈉素、α-骨骼肌動蛋白等心肌特異性基因的表達，提示脂肪干細胞可分化為有心肌細胞某些功能的心肌樣細胞[22]。文獻[13]研究了ADSCs在缺氧及炎癥條件下向心肌方向轉化，此種分化于對急性心肌梗死、變薄的心臟壁有修復作用。但目前ADSCs在心臟方面的作用尚未應用于臨床。

2.3 ADSCs向神經元樣細胞分化王晗等[23]的研究指出人脂肪干細胞能夠在體外條件下分化為神經元樣細胞，并且其分泌的活性物質對PC-12細胞具有凋亡保護作用益智仁中提取的原兒茶酸能夠促進人脂肪干細胞的增殖，同時仍保持間充質干細胞多分化潛能的特性。原兒茶酸的應用可以促進脂肪干細胞的增殖，為新組織的形成提供更多的細胞來源，從而有利于神經退行性疾病的治療。Ahmadi等[24]指出脂肪干細胞在一定條件下可以向神經細胞分化，并提出了兩種可以使脂肪干細胞穩定轉化為神經細胞的方案。自體ADSCs移植到凍傷大鼠腦內發現ADSCs可以在中樞神經系統中存活,并分化為神經元樣細胞,從而減少細胞凋亡,加速神經功能修復過程并達到保護腦組織的目的。

目前神經性疾病的治療不是很理想，僅有少數的藥物可用于起治療，而且治療效果也還不是很好。脂肪干細胞經誘導后可以向神經樣細胞分化，這就為之疾病治療開拓了新的途徑。

2.4 ADSCs向內皮細胞分化Miranville等[25]從人體脂肪組織中分離出一系列CD34+/CD31-細胞，并且證明了在一定條件下這些細胞在體內或體外具有向內皮細胞誘導分化的潛能。同年，Rehman等[26]指出脂肪干細胞可通過體外培養，分化為CD34+/CD31-的內皮細胞并且參與脈管管腔的形成，同時還可以分泌多種細胞因子、生長因子促進血管新生。Amos等[27]通過免疫熒光標記脂肪干細胞，經體外培養、擴增后，注射至缺血模型的大鼠的腸系膜內，發現大量的脂肪干細胞表達脈管系統的表型和特征性標志，新生血管密度相對空白對照組明顯增加。Konno等[28]將脂肪干細胞注入至下肢缺血模型的裸鼠體內也得到了相同的結論。郭峘杉等[29]通過模擬慢性難愈性創面長期所處的低氧缺血環境，指出無血清培養后大鼠脂肪干細胞向血管內皮細胞分化效率明顯提高，且分化而來的細胞具備血管內皮細胞的形態及基本功能。

這些研究為脂肪干細胞向內皮細胞誘導機制及提高誘導分化效率的研究提供重要的實驗基礎，為心血管疾病的細胞移植治療尋求可靠的種子細胞來源提供了豐富的理論依據。

2.5 ADSCs向角質細胞分化Seo等[30]通過免疫組織化學和聚合酶鏈反應等技術對與人角質形成細胞共培養和單獨培養ADSCs進行比較，指出共培養可以增強ADSCs分化為角化細胞譜系細胞的能力。角質細胞存在于人的頭部表皮，起到非常重要的保護作用。該研究為角質細胞的再生、整形整容、表皮創傷的恢復，皮膚切口愈合等提供了理論基礎。

2.6其他方向分化在脂肪干細胞的分化潛能方面，研究者進行了大量的實驗，研究數據顯示在體外一定的條件下，脂肪干細胞出來可以分化成骨細胞、心肌細胞、神經細胞、內皮細胞以及角質細胞外，還可以向軟骨細胞、星形膠質細胞、成肌細胞、向神經膜細胞以及平滑肌細胞分化等等。

3 應用前景與展望

脂肪干細胞取材容易，增殖力強，生物相容性好，患者痛苦小，能自體移植，不存在倫理問題等優勢，而且在體外擴增以及誘導分化為其他種類的細胞取得了一定的研究成果。脂肪干細胞的分化能力可用于修復缺損，而旁分泌功能則可調節周圍組織功能。在骨、心肌、神經、血管等領域中開展了大量臨床前研究和初步的臨床試驗，為脂肪干細胞用于治療累計了豐富的實驗室數據。脂肪干細胞的生物學特性及優勢在組織工程、細胞移植與治療、表皮創傷修復、整形整容等方面有著廣闊的應用前景。

但是，目前針對脂肪干細胞的研究大多是在體外或動物體內進行的，且誘導液還常含有與腫瘤發生轉移有關的生長因子，脂肪干細胞本身也分泌很多具有很高生物活性的生物分子，它們是否對惡變細胞存在潛在的促生長作用尚不清楚。最重要的是，ADSCs的局部應用可引發全身反應，引起血清中信號分子水平的升高。因此ADSCs真正用于臨床還面臨著很多考驗。此外，脂肪干細胞增殖分化的具體影響因子和調控機制尚未完全清楚，而且其臨床應用的安全性、可行性、可靠性、有效性需要進一步的研究與探討。

隨著對ADSCs不斷的深入探索與研究，大量展開各個領域相關的臨床實驗，對ADSCs的認識與了解正在不斷的加深，相信其用于臨床治療不再是遙遠的事情。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2015.03.030

2015-02-28；

2015-04-08

*通訊作者，E-mail：cccdon@163.com.

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(此文編輯：朱雯霞)