脂肪干细胞的研究及应用进展

脂肪干细胞的研究及应用进展

摘要：脂肪干细胞是源于脂肪组织，可以自我更新、具有多向分化潜能的成体干细胞。从它的获取、分离，多向分化潜能等特性以及应用前景对现在研究现状进行综述。

关键词：脂肪干细胞应用前景研究进展

脂肪干细胞（adipose tissue-derived cells，ADSC）是存在于人或动物不同部位脂肪组织中的一种间充质细胞，具有多向分化潜能。除在体内可多向分化，体外在不同诱导因素下也可以向脂肪细胞、神经细胞、软骨细胞、胰岛细胞等细胞分化[1]。由于脂肪组织有能是机体最大的成体干细胞库，因此有望彻底解决干细胞来源困难的问题。近几年来，已成为干细胞领域的一大研究热点。

1.人类ADSCs的获取

2001年，Zuk等[12]通过脂肪抽吸术，在吸出的人体脂肪悬液中第一次分离得到了多向分化的干细胞，并发现它能分化为脂肪、骨、软骨、肌肉、血管内皮、肝、胰、神经等细胞。传代后的细胞呈纤维细胞样生长，多次传代后细胞生长速度也无减慢趋势。显示出ADSCs 具有易获得、易扩增、不易衰老的明显优势。

2005年，Brian[3]等报道，利用脂肪抽吸术获得ADSCs，每200ml脂肪组织可得到1×106个ADSCs。在培养中发现，它们对培养基中胎牛的血清来源和质量没有严格的要求，直到培养13~15代仍可保持稳定的增长率，其中衰老和死亡的细胞也十分少[12]。

2008年，Traktuev[4]等报道发现ADSCs在脂肪组织的血管周围比较集中，同时可以分泌多种细胞因子，保证了它在结构和功能上的稳定性。实验发现，ADSCs的获取量和分化能力与供者年龄、取材部位、手术方式均相关。供者年龄越小细胞的增生能力越强，反之，越差；取材部位不同，ADSCs凋亡倾向也不相同，如腹部ADSCs不易凋亡[5]；脂肪抽吸术使用的吸管粗细会影响脂肪颗粒的大小，从而影响分离的难易程度，但是辅以超声波抽吸时ADSCs的增殖能力有所降低[6]。

由于脂肪组织在人体大量存在，取材容易，对被采集者身体健康影响小，加上真空负压抽脂术已是成熟的整形技术。因此ADSCs显示出了其他干细胞所不能及的应用前景。

2.ADSCs的特点

2.1 形态特征

传代后培养的ADSCs，多角细胞逐渐减少，传代至第三代时基本消失，大多为梭形细胞，胞浆核仁十分丰富[7]，与骨髓间充质细胞基本没有区别。

2.2 具多向分化潜能

ADSCs可以分化为源于中胚层的多种细胞类型[8]，包括骨骼肌、心肌、软骨、脂肪、成骨等。向心肌细胞分化能力是最低的[9]。向软骨分化骨髓干细胞优于ADSCs。有意思的是，源于中胚层的ADSCs可以分化为源于外胚层的神经细胞和源于内胚层的胰腺细胞。此外，还发现ADSCs可能有助于血管和造血细胞的的生成[8]。

在体外，ADSC向不同细胞类型分化依赖于培养基中的添加剂，如：在含有地塞米松、β-甘油磷酸钠、L-谷氨酰胺和维生素C的培养基中，ADSC可以产生成骨反应；添加胰岛素、吲哚美辛、异丁基-甲基黄嘌呤的DMEM培养液则可分化为脂肪细胞[8]。

在组织工程领域，理想的支架有利于细胞的贴附、生长、分化，最终形组织。如胶原微球支架的ADSC表现出成骨与成脂方向的分化与增殖[10]，结合硫酸软骨素的聚乙二醇水凝胶也可促进ADSC向软骨的分化[11]。

2.3 表面抗原

通过流式细胞技术和免疫组织化学检测可以鉴定ADSCs表面的抗原表达情况[2]。但是其免疫标识会随传代的次数而发生改变，其中CD166、CD106、CD90、CD73、CD63、CD44、C29在最初表达量较低，随传代次数的增加而显著增加；与干细胞相关的表面标志CD34一直持续较高的表达水平。ADSCs一般不表达CD62、CD56等[2]。此外，还发现ADSC: CD9、CD10、CD13、CD29、CD44、CD49d、CD49e、CD54、CD55、CD59、CD90、CD105、CD117、CD146、CD166、STRO-1表达为阳性,而CD31、CD34、CD45、CD106均为阴性。其中CD105、CD166、STRO-1被认为是具有多向分化潜能细胞的标志分子。这与骨髓来源的MSC基本相同,但Zuk[1]发现CD49d脂肪MSCs表达而骨髓MSCs不表达,CD106刚好相反,即骨髓MSCs 表达,而脂肪MSCs不表达[13]。利用这些标志进行筛选可以得到纯度较高的ADSCs，有助于进一步的研究[2]。

2.4 其他特征

ADSCs具有分泌功能，可分泌促进血管生成的相关因子，如血管内皮生长因子、粒细胞集落刺激因子、间质源性因子-1α、肝细胞生长因子等，促进血管再生。ADSCs也可通过旁分泌作用于成纤维细胞,促进其分泌I、III型胶原和纤连蛋白，促进皮肤表皮细胞的成熟，以利于创面愈合和疤痕缩小，这些特性使其在美容方面具有十分可观的应用前景[13]。

3. ADSCs应用前景

3.1在动物疾病模型中的应用

ADSCs在组织工程动物疾病模型中的应用：Cui等[14]将ADSCs作为种子细胞植于网状

支架中，成功修复了犬颅骨损伤模型，为临床治疗骨损伤提供了新途径。鞠晓军等[15]利用人脱皮细胞羊膜富含胶原、蛋白多糖、整合素等多种营养成分的特点，将其与ADSCs复合，至于全层皮肤缺损大鼠创面上，发现移植后创面的愈合率和角蛋白19的表达均高于对照组。提示我们ADSCs在创面修复过程中发挥了积极作用。

ADSCs在心血管疾病动物模型中的作用：Perán 等[16]首次证明ADSCs 可以转变为心肌细胞，预示自体ADSCs 可用来治疗心脏疾病。李良等[17]利用ADSCs 移植对扩张型心肌病（DCM）大鼠心肌损伤及心功能研究发现，ADSCs 移植可在心肌内存活并可分化为心肌细胞，改善大鼠的心脏功能，进一步为临床应用ADSCs 移植治疗DCM 等非缺血性心力衰竭提供了实验依据。其应用前景广泛，有可能将极大地提高中晚期DCM 患者的治愈率，从而减轻患者经济负担。

ADSCs 在脑病及中枢神经系统疾病动物模型中的应用：周向阳等[18]将自体ADSCs 移植治冻伤大鼠脑内，发现ADSCs 可在中枢神经系统中存活并分化为神经元样细胞，它可引起VEGF、脑源性神经营养因子等的高表达，减少了细胞的凋亡，加速了神经的修复过程，从而达到了保护脑组织的目的。Constantin等[19]对大鼠进行静脉注射ADSCs ，发现它能有效改善慢性自身免疫性脑脊髓炎，预测ADSCs 能治疗慢性非炎性中枢神经系统疾病。

3.2 临床应用

KinWS等[13]发现，ADSCs 对伤口的修复与它的分泌物有关，通过旁分泌作用于成纤维细胞，促进其分泌I、III型胶原和纤连蛋白，促进皮肤表皮细胞的成熟以利于创面愈合和疤痕缩小。近亦有大量的研究表明ADSCs可以产生和分泌多种促血管化的细胞因子，如VEGF、HGF、bFGF等，参与了组织损伤的血管化过程。可能的机制是ADSCs直接诱导分化为血管内皮细胞，也可能是分泌促血管化因子以加速血管化。

3.3 美容

皮瓣在整容、重建外科中广泛应用，但是术后经常出现皮瓣部分或全部坏死现象，难以处理。Lu等[1]发现ADSCs可以增加皮瓣的血液供应，提高了皮瓣的成活率，为临床应用奠定了基础。Kim等[1]研究结果显示ADSCs可以防止自由基对皮肤的伤害，而且能通过旁分泌减少UVB导致的皮肤皱纹。其机制是它分泌物激活皮肤的成纤维细胞，从而达到修复皮肤的目的。杨超等[20]于2011年报道了ADSCs-透明质酸复合物注射治疗SD大鼠放射伤的研究。通过形态观察、免疫学检测，发现该手段加速了创伤面血管的再生。此外，Fabien Forcheron[21]首次在大动物Gottingen小型猪CRS模型上应用了ADSCs治疗。通过免疫组化对细胞角蛋白表达进行分析，结果显示皮肤恢复是完全的。以上两项研究显示ADSCs在皮