脂肪组织源性干细胞研究进展

・小专论・脂肪组织源性干细胞研究进展3

李惠侠　屈长青　罗　肖　杨公社△

(西北农林科技大学动物脂肪沉积与肌肉发育实验室,陕西杨凌712100)

摘要　增加具有完整功能的种子细胞数目是细胞移植的首要环节。近来研究发现,成体动物脂肪

组织中含有大量的具有多向分化潜能的间充质干细胞,在特定条件下可分化为多种组织细胞,如脂

肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌细胞及神经星状细胞等,且具有极强的自我复制能力,有望成为组

织工程理想的种子细胞。本文综述了脂肪组织源性干细胞(ADSCs)的发现、生物学特性、多向分化

潜能、应用前景及存在的问题。

关键词　脂肪源性干细胞;细胞分化;组织工程

中图分类号Q81

白色脂肪组织在哺乳类动物整个生命过程中始终处于动态变化之中,不仅在机体整个能量调节中发挥重要作用,而且在胰岛素抵抗和2型糖尿病的发病机制中占有重要地位[1]。随着组织工程的迅速发展,Zuk等[2]2001年首次从人脂肪组织中发现了大量类似于干细胞的细胞,这些细胞在合适诱导剂的作用下可向成骨、软骨、脂肪和成肌等细胞分化。这样,对脂肪组织的研究不再局限于脂肪细胞。这些具有多向分化潜能的干细胞被称为脂肪组织源性干细胞(adi pose2derived ste m cells,ADSCs)。

一、AD SC s的发现

2001年以来,随着脂肪基质细胞分离和培养技术的完善,人们发现脂肪组织中除了能向脂肪与脉管细胞分化的细胞外,还存在着一些与骨髓间充质干细胞(bone marr ow mesenchy mal ste m cells,BM2 SCs)相似的具有多向分化能力的细胞。不同文献中,分别命名为抽脂处理细胞(p r ocessed li poas p irate cells,P LA),脂肪基质微管碎片细胞(str omal2vas2 cularfracti on cells,S VF),脂肪组织源基质细胞(adi2 pose2tissue derived str omal cells,ATSCs),脂肪源中胚层干细胞(adi pose2derived mes oder mal ste m cells, ADMSCs)等。这些不一致的名称均指从脂肪组织中分离的、可在体外大量扩增并具有多向分化潜能的细胞。Guilak等(2006)分离了人S VF细胞,然后通过细胞表面标记选择单一来源的ADSCs,传4代单克隆培养扩增细胞。出现45个克隆时在特异性诱导剂诱导下,发现可以向成脂、成骨、软骨和神经原细胞等分化。其中成骨分化率为48%,软骨43%,神经元细胞占52%,12%为脂肪细胞。进一步证明了ADSCs确实有多向分化潜能,是一类重要的成体干细胞。目前已经证实从人、鼠、猪及兔子等不同物种脂肪组织中均可获得这种细胞,本文通称这种细胞为ADSCs。

二、AD SC s的优点及分子标记

从人类医学角度讲,获取ADSCs比BMSCs容易,给患者带来的痛苦小。皮下脂肪切除术是一种普通的外科手术,其安全性高。其次,脂肪组织比骨髓中所含的间充质干细胞(mesenchy mal ste m cells, MSCs)比率大。成纤维细胞集落形成单位(fibr o2 blast oid2like col onies,CF U2F)试验表明,脂肪组织中干细胞数目至少是骨髓的500多倍[3]。我们以鼠和猪为实验动物,胶原酶消化获得大鼠腹股沟及仔猪肩胛部ADSCs,体外培养观察到ADSCs为梭形、呈平行排列;经过多次传代,细胞增殖速度无明显减慢,衰老和死亡细胞所占比例少,表明脂肪组织蕴含丰富的ADSCs。最后,从经济和社会效益看,从脂肪组织中获取ADSCs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废弃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。

一般认为ADSCs与BMSCs具有相似的生物学特性。ADSCs和BMSCs均表达4种通用多向分化潜能干细胞标记CD105、ST RO21、CD166及CD117。其中CD117是一种干细胞因子受体,在全能或多能

3国家重点基础研究发展计划(973计划)(2004CB117506)资助课题

△通讯作者

干细胞中表达,包括ESCs

。除了上述几种标记外,ADSCs 和BMSC 也表达其他多种分子标记,包括CD29、CD44和CD49e 等(表1)。

表1　ADS Cs 和B M SCs 表面标记比较[4]

表面标记

ADSCs BMSCs CD9++CD10++CD13++CD29+

+

CD3122CD342

2

CD44+

+

CD452

2CD49d +2

CD49e ++CD54+++CD55++CD59++CD90++CD105+

+CD1062

+CD117++CD146++CD166++STRO 21

+

+

三、AD SC s 的多向分化潜能

Zuk 等用0.075%的胶原酶消化人脂肪抽提物30分钟后,得到的ADSCs 可诱导向不同细胞分化。Cousin 等(2003)采用0.2%胶原酶II 型+0.2%BS A 消化C57B1/6小鼠腹股沟皮下脂肪45分钟

后,得到的细胞可重建致死辐射小鼠的造血系统。Rangappa 等(2003)采用胰酶、胶原酶+BS A 联合消化新西兰大白兔腹股沟皮下脂肪2.5小时,得到的ADSCs,在52氮胞苷作用下可向心肌细胞分化。我

们用0.1%胶原酶I 型消化猪肩胛部和皮下脂肪,发现获得的ADSCs 在合适诱导剂下至少也可以向脂

肪、成骨和肌细胞分化[5]

(成肌文献待发表)。综合近几年的研究,ADSCs 可向脂肪、软骨、成骨、神经元细胞、成肌细胞、血管内皮细胞等方向分化。其中脂肪、成骨、软骨和成肌细胞为中胚层来源细胞,而造血细胞和肝实质细胞的分化目前文献较少,需进

一步研究证实(图1)

。

图1　脂肪组织来源干细胞向多种细胞分化

(一)向脂肪细胞分化　在ADSCs 基础培养基

(DME M /10%F BS )中加入不同浓度的32甲基212丁

基黄嘌呤、地塞米松、胰岛素和噻唑烷二酮进行诱导培养。3～10天后,经油红O 或尼罗红染色,发现部分细胞中充满被染成红色的脂滴,表达脂肪酸结合蛋白(aP 22)、脂蛋白酶(LP L )和过氧化物酶体增殖

物激活受体2

γ2(PP AR γ2)。在多种动物模型(鼠、猪)中注入已分化或未分化的ADSCs,并配合不同的生物材料,如藻酸盐、透明质酸、纤维胶、多聚乳酸等,均能形成脂肪。我们的研究发现,从不同物种不同部位提取的ADSCs,其成脂诱导物可能存在差异:大鼠腹股沟脂肪基质细胞在不加任何诱导物的基础培养基中培养5～10天,显微镜下观察到80%以上细胞充脂;猪的肩胛部和皮下脂肪基质细胞需要在成脂诱导剂作用下分化。随着传代次数的增加,二者成脂分化率均降低。因此认为原代细胞中可能含有较多的前体脂肪细胞,传代可以去除脂肪,使AD 2SCs 纯度增加。

(二)向成骨方向分化　ADSCs 在成骨方面的研究已取得了相当快的进展。人、鼠和猪ADSCs 在

有VC 、β2甘油磷酸、地塞米松和1,252VD3的培养基中诱导,ADSCs 由狭长的类成纤维细胞形态转变为圆形、立体形状。2～4周可在细胞外基质中形成磷酸盐钙化沉积物,并表达骨原性基因和蛋白质,如碱性磷酸酶(ALP )、骨桥蛋白(OP N )、骨钙素(OC )

和胶原蛋白2I 等。D ragoo 等[6]

给ADSCs 转染骨形成蛋白22(BMP 22),成骨分化速度快于培养基中添加重组人BMP 22蛋白。比较转染BMP 22基因的