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脂肪组织源性基质细胞研究进展

发布时间:2024-03-31 作者:admin 来源:讲座

2024年3月31日发(作者:)

脂肪组织源性基质细胞研究进展

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广东医学2006年l0月第27卷第l0期 ・1569・ 综述・讲座 脂肪组织源性基质细胞研究进展* 李发涛综述 宇丽审校 暨南大学医学院生物化学教研室(广州510632) 脂肪组织源性基质细胞(adipose tissue derived stro. eral cells,ADSCs)已成为干细胞研究的又一热点。 ADSCs不但具有来源自体、容易获取、再生能力强及低 衰老性等特点,而且具备多向分化的潜能,经诱导可以 分化为脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、骨骼肌细胞、心 肌细胞、内皮细胞、神经细胞及肝细胞等,显示出了其 在组织工程及基因治疗中的良好应用前景。目前这一 领域的基础研究进展迅速,本文就ADSCs的生物学特 性、多向分化潜能及临床应用前景进行综述。 1 的发现与分离培养 由于在干细胞的研究中已发现越来越多的器官或 组织可分离出成体干细胞,如神经干细胞、血液干细 胞、骨髓间充质干细胞、肌肉干细胞、成骨干细胞、皮肤 干细胞等,而脂肪组织与骨髓组织一样均在胚胎发育 过程中源自中胚层,因此研究者们设想能否从脂肪组 织中有效分离出干细胞成为研究目标。ZUK等【l J以外 科切除或吸脂方式获得人或大鼠的脂肪组织为研究对 象,将脂肪组织切碎,经I型胶原酶消化,离心等简单 处理获得在显微镜下呈成纤维细胞形态的细胞群,称 其为加工过的脂肪抽吸物细胞(processed lipoaspimte cells,PLA细胞)。平均每30o rI1l抽吸脂肪组织中可得 到2×lso~6×l0s个细胞,进行原代培养,传代后的细 胞称为ADSCs。 2 ADSCs的生物学特性 2.1 生长特点ADSCs呈成纤维细胞样生长,胞浆和 核仁丰富,呈平行或漩涡样排列。细胞周期分析显示 GD/q期的细胞占69%,S期占24%,G2/M期占8%。 在胎牛血清的存在条件下传代培养的ADSCs 2~3 d增 殖1倍【2J。多次传代(10~20代)后,细胞增殖速度无 明显减慢,在传代6次后细胞群体中出现衰老细胞,第 15代细胞群体中衰老细胞约占15%【 。 2.2免疫表型 脂肪组织源性基质细胞经流式细胞 仪分析C199,CDIO,CD13,CD29,CD44,CIM9d,CIM9e, CD54,CD55,CD59,CD90,CD105,CDl17,CD146,CD166, STRO—l均为阳性。其中CD105,CD166,STRO一1被鉴 定为多向分化潜能细胞的标志分子,而CD31,CD34, *教育部科学技术研究重点基金资助项目(编号:02910),广东省 自然科学基金资助项目(编号:31875),广东省广州市重大科技攻关 项目(编号:2002Z1一E0032) CD45均为阴性。上述细胞表型与骨髓问充质干细胞 (BMSCs)的表型基本相同。ADSCs缺乏表达造血细胞 及内皮细胞的标记分子,如:CD3,CD4,CD1lc,CD15, CD16,CD19,CD31,CD33,CD38,CD56,CA)62p,CD104, CD144。ADSCs表达CD49d,不表达CD106;而正好相 反,BMSCs表达CD106,不表达CD49dt 3l。 3 ADSCs的多向分化潜能 3.1 向脂肪细胞分化 在ADSCs的基础培养 基(DMEM/10%FBS)中加入异丁基甲基黄嘌呤(isobutyl —methylxanthine,IBMX)、地塞米松、胰岛素和吲哚美辛 诱导分化2周,部分细胞分化为脂肪细胞,经长时间的 培养,ADSCs仍维持此种分化潜能【l J。噻唑烷二酮 (thiazolidiI1ediones)与糖皮质激素(glucocorticoids)可以协 同刺激ADSCs向脂肪细胞分化,使细胞脂滴形成,明显 增加脂肪细胞特异的甘油磷酸脱氢酶(GPDH)和瘦素 (1eptin)的表达。外源性的添加碱性成纤维细胞生长因 子(bmF)或转染bFGF则明显促进ADSCs增殖,在成脂 肪细胞分化条件的诱导下转染bFGF的细胞停止增殖, 并开始向脂肪细胞分化,ADSCs可能是人脂肪组织再 生较合适的细胞来源【4J。 3.2 向软骨细胞分化 ADSCs向软骨细胞分化 的基础培养基是DMEM/1%FBS,在基础培养基中加入 胰岛素,TGF一8和抗坏血酸,诱导分化后的细胞分泌 Ⅱ型胶原和蛋白多糖。ADSCs在藻酸盐培养体系中, 经成软骨诱导2周后,大量合成Ⅱ型胶原、Ⅳ型胶原及 硫酸软骨素,将诱导后细胞与藻酸盐复合物植入裸鼠 皮下12周后形成软骨样组织,免疫组化显示软骨特异 的细胞外基质成分合成明显增多 5。在成软骨细胞诱 导过程中ITS及TGF一8明显刺激细胞增殖和蛋白多 糖的合成与沉积,而地塞米松则不利于蛋白多糖的合 成及沉积。转染绿色荧光蛋白(CFP)的ADSCs仍具有 多向分化潜能,且随其传代及分化荧光的强度并不衰 减,说明ADSCs可以稳定表达外源性基因,因其易于鉴 定及示踪可能会成为体内体外软骨组织工程研究中的 首选细胞【6 :而且ADSCs与BMSCs的成软骨能力相似。 在成软骨诱导培养的方法上,目前多数研究采用聚集 培养或藻酸盐微球培养进行诱导。 3.3 ADSCs向成骨细胞分化ADSCs向成骨细胞分化 的诱导条件为DMEM/10%FBS培养基中加入地塞米 松、抗坏血酸、8一甘油磷酸钠。诱导分化2周,约有 50%的细胞碱性磷酸酶呈阳性表达,有钙化斑出现【】J。 

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・1570・ 生长因子的浓度对其分化能力也有影响,添加1 n ml bFGF则ADSCs易于向成骨细胞分化,而添加 1 000 ng/ml bFGF则ADSCs易于向脂肪细胞分化_7 。 将ADSCs与BMSCs分别接种于胶原或B一磷酸三钙支 架上,经成骨分化诱导,体内和体外结果显示ADSCs与 BMSCs具有同样的成骨特性_8j。将ADSCs接种于聚乳 酸,聚羟基乙酸共聚物(PIGA)支架上用于修复小鼠的 颅骨缺损,12周后x线显示整个缺损区有骨桥形成, 与其他种子细胞相比,ADSCs具有同样的成骨及修复 骨缺损的能力,而且无需进行基因改造和添加外源性 的生长因子。 3.4 ADSCs向骨骼肌细胞分化ADSCs向成肌细胞诱 导分化的基础培养基为DMEM/IO%FBS/5%马血清, 加入地塞米松,氢化考地松,诱导一段时间后培养皿中 出现多核细胞,早期分化的细胞表达肌源性决定因子 (myogenicdeterminationfactorl,MyoD1),6周后终末分化 的成肌细胞表达肌球蛋白,分化为肌细胞的比例为总 细胞的15%左右_9j。用腺病毒介导的LacZ标记的自 体ADSCs移植于受损的胫骨前肌处,15 d后经染色显 示再生的肌纤维中J3一半乳糖苷酶阳性,提示ADSCs 参与了肌纤维的再生,2个月后损伤处肌组织体积明 显增大,肌张力也明显增强,与肌卫星细胞移植所产生 的肌再生效应相似¨o_。 3.5 ADSCs向心肌细胞分化 RANGAPPA等…j以 RPMI为基础培养基加入5一氮杂胞苷诱导培养1周后 细胞形态发生变化,两周后细胞形成了圆形外观,3周 后细胞出现了自发搏动,2个月后免疫组化染色显示 肌球蛋白重链,a一肌动蛋白和肌钙蛋白一1阳性。另 有报道指出ADSCs体外培养无需添加5一氮杂胞苷就 可以鉴定出少量的具有自律性的心肌细胞,提示AD. SCs可以在体外自发地向心肌细胞分化¨ 。即不管是 否需要添加刺激因子,ADSCs均可以分化为心肌细胞。 3.6 向内皮细胞分化 向内皮细胞诱导 分化的基础培养基为、M199/2%FBS,加ⅦGF及bFGF, 48 h后有网格样结构形成。分化后的细胞表达CD31, CD34。CD144及eNOS等内皮细胞特异性抗原,同时表现 内皮细胞标志性地吞噬Dil—Ac—LDL的功能胞,而且 ADSCs能够促进缺血下肢的血管再生¨3l。REHMAN 等【M J提出ADSCs可以分泌VEGF、肝细胞生长因子、转 化生长因子等促血管新生和抗凋亡因子,将ADSCs注 射到缺血部位后采用旁分泌的方式促进血管新生以及 保护缺氧细胞抗凋亡。这说明ADSCs不仅本身可以分 化为内皮细胞,而且可以通过分泌生长因子促进缺血 组织中新生血管的形成。 3.7 ADSCs向神经细胞分化 在DMEM培养基基础 上,应用胰岛素,氢化考地松,丙戊酸和丁酸酯羟基茵 香醚,弗司扣林及氯化钾,诱导ADSCs向神经细胞分 化。培养的ADSCs在细胞骨架和膜表面的形态上都有 明显的改变,并经免疫细胞化学及RT—PCR检测证实 可表达神经细胞的表型,说明ADSCs向神经细胞诱导 分化的可行性。研究发现应用表皮生长因子(EGF)和 成纤维细胞生长因子(bFGF)更易诱导ADSCs向神经细 胞的分化;并且可致细胞骨架重新排列,使其具有与神 经细胞更相似的核及细胞形态;同时可见神经胶质酸 性蛋白(GFAP),N一乙酰神经氨酸(NettN)等的免疫细 胞化学染色呈明显阳性_l 。给ADSCs提供1327、bFGF、 脑源性神经营养因子(BDNF)也显示出明显的向神经 细胞分化倾向。但是目前ADSCs向神经细胞的分化, 停留在只能使其表达早期分化阶段神经细胞特异的标 志分子阶段,表明现在只能使ADSCs分化为早期阶段 的神经细胞,而不能使其分化为成熟的神经细胞。 3.8 ADScs向肝细胞分化 向ADSCs培养基中添加 肝细胞生长因子(HGH)和制瘤素M(oncostatin M, OSM),可以形成类似肝细胞形态的细胞,在此基础上 添加DMSO可以促进ADSCs向肝细胞分化。RT—PCR 和免疫组化结果显示经诱导分化的细胞可以合成清蛋 白,甲胎蛋白;可以摄取低密度脂蛋白(LDL)并产生尿 素【I6j。给切除部分肝脏来刺激肝组织再生的小鼠静脉 注射ADSCs后,有大量的 )SCs聚集在肝脏,参与肝组 织的再生。由此可以证实ADSCs可以向肝细胞分化。 3.9 ADSCs向造血细胞分化 COUSIN等 将c57小 鼠脂肪组织分离出来的基质细胞,经尾静脉输注给经 致死量(10 Gv)照射的同系小鼠,结果,受体小鼠的造 血功能完全恢复,在受体小鼠的骨髓、脾脏及外周血均 可以检测到供体来源的细胞,PCR检测证实其可以持 续10周以上,说明供体小鼠的细胞可以在受体小鼠中 稳定存在,并且可以分化为不同系的血液细胞。国外 有学者报道将c57BL/6小鼠的第3代ADSCs接种在羟 基磷灰石支架上,在成骨诱导培养基中成骨诱导培养 3 d。再将其移植到同系小鼠皮下,从4—10周不同时 间点将其取出进行检测。通过染色,在显微镜下观察 到骨基质、骨髓、脂肪细胞、各种血细胞及小血管。提 示ADSCs可以用来做为骨髓再生的细胞,通过骨髓组 织工程来治疗造血性疾病。 4脂肪组织源性基质细胞的临床应用前景 4.1用于组织工程的种子细胞软骨、骨、神经及肌 肉等组织的缺损是I临床面临的难题,以细胞为基础的 细胞治疗和组织工程的提出为上述疾病的治疗带来了 新的希望。研究者们一直在寻找理想的细胞来源,目 前研究较多是BMSCs。而ADSCs具有如下优势:脂肪 组织抽取比较容易,只需对患者进行局麻,对患者造成 的痛苦较小;脂肪组织中ADSCs含量丰富,ADSCs具有 再生能力强,低衰老性等特点;ADSCs具有多项分化潜 能,而且与BMSCs相比,分化潜能的降低随传代次数的 增加不明显;ADSCs可以合成分泌细胞因子。所以 ADSCs可能会成为首选的种子细胞来源。 4.2作为基因治疗的载体腺病毒、逆转录病毒和慢 

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广东医学2006年l0月第27卷第l0期 病毒是基因治疗的常用载体,MORIZONO等_l 8J研究发 现慢病毒转染ADSCs的效率最高,并且将转染外源基 因的ADSCs诱导分化为脂肪细胞和成骨细胞后仍有外 源基因的表达。杨立业等_l 采用腺病毒载体Ad5 介导法将LacZ转入培养的大鼠脂肪组织源性基质细 胞,Hoechst33258标记细胞,立体定向移植到大鼠的纹 状体,观察到脂肪组织源性基质细胞能够在体内和体 外稳定表达LacZ基因,细胞移植到脑内可以移行,移 植细胞没有过渡增生和肿瘤形成,对宿主脑组织无破 坏。脂肪组织源性基质细胞可以稳定表达外源基因, 与脑组织有很好的相容性,是中枢神经系统基因治疗 的良好载体。 4.3 用于部分心血管疾病的治疗 由于ADSCs在向 心肌细胞和血管内皮细胞分化的同时,又可以分泌细 胞因子,故在发生心肌梗死时,可以局部注射ADSCs, 既可以使心肌细胞再生,又可以尽可能地减少原心肌 细胞的凋亡,最大可能地改善心室的功能。同时也可 以通过冠状动脉注入ADSCs,促进内皮和新血管的再 生,以改善心脏功能。ADSCs也可以同样用于肢体缺 血的治疗。 4.4用于辅助或替代BMT治疗 由于骨髓库规模有 限,能够找到合适骨髓配型进行骨髓移植(BMT)以挽 救患者生命的机率很小。间充质干细胞(MSCs)联合 BMT治疗可以弥补单独BMT的不足,使半相合BMT成 为可能。骨髓来源的MSCs可以分化为造血细胞,由于 脂肪组织来源的MSCs具有取材优势,且脂肪组织不易 受到恶性肿瘤的侵犯;同时ADSCs可以分化为造血细 胞,作为骨髓再生的细胞来源。所以ADSCs比BMSCs 用于辅助或替代BMT治疗更具优势。 5结语 目前在组织工程的种子细胞方面研究的较多的是 骨髓间充质干细胞,而源于中胚层的脂肪组织中的基 质细胞具有与骨髓间充质干细胞相似的多向分化潜 能,而且具有前述的多种优势,所以这种细胞可能会替 代BMSCs成为新的组织工程细胞来源。同时在作为基 因治疗的载体及辅助或替代BMT方面也显示出广阔 的应用前景。但是由于目前对干细胞的鉴定还缺乏有 效的标志分子,对ADSCs的研究现在还处于起始阶段, 所获得的脂肪组织源性基质细胞是一群具有不同特征 的混合细胞。所以对ADSCs的特性及定向分化机制尚 需深入的研究,要使其真正应用于临床,还有很长的路 要走。 参考文献 fI]ZUK P A,ZHU M,MIZUNO H,et a1.Multilineage cells from human adilmse tissue:implications for cell—based therapies[J].Tissue Eng, 2001,7(2):21l一228. [2]GRONI'HOS S,F|UuNKLIN1)M,LEDDYHA,et a1.Surface protein eharacterizatilln of human adit ̄e tisue—d ̄ved str ̄Lal ce1ls[J].J ・ 1571 ・ Cell Physiol,2001,189(1):54~63. 【3 J M B M,mCOK K C,ZHU M,et a1.Multipotential diferentia— tion of adipose tissue—derived,stem cells[Jj.Keio J Med,2O05,54 (3):132—141. 【4J YAMASHIROH,INAMOTOT,YAGIM,et a1.踯cient prolfieration and adipose diferentitaon of human adipose tissue—d ̄ved vascular stwmal cells tranffectde wiht basic fibroblast factor gene[J]. iT8811.e Eng,2OO3,9(5):881—892. [5]CHEN x z,LIN Y F,QIAO J,et a1.Hcterotopic chondmg ̄enesis of uhman adiposetissue—derived stromal celsloading on alginate [J].  ̄onghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi,2OO4,39(4):316—319. [6]LIN Y,CHENX,YAN Z,et a1 Multilineage diferentiation 0f adipose —derived stromal cels from GFP transgenic miec【J J.Mol Cell Biochem,2OO6,285(1/2):69—78. 【7J IN0UE s,HORI Y,HIRAN0 Y,et a1.Effectof culture substrate and ifbroblast乎呻 factor addiitno 0rIthe proliferatino and diferentitaon 0f uhman adipo—stromal cels[J].J Biomater Sci Polym,21X/5,16(1): 57—77. [8]HATFORI H,MAsU0KA K,SATO M.ct a1.Bone fonnaton l1g human adipose itssue—derived sti ̄lla]cels and a biodegradable 8atf- ofld[J].J Biomed Mater Res B Avpl Biomater,2OO6,76(1):230— 239. [9]MIZUNO H,ZUK P A,ZHU M,ct a1.Myogenic Diferentitaan by Human Processed Lipoaspirate Cells【Jj.PIastic and reconstructive  ̄.n'gery,2OO2,109(1):199—209. [10j BACOU F,ANDALOUSI R B,DAUSSIN P A,et a1.Transplnatatino 0f adipose tisue—d ̄ved stromal cels increases mass and functional capacity 0f dallla skeletal muscle[J].ceu Transplnat,2004.13 (2):103一l11. [11]RANGAPPA S,FEN C,LEE E H,ct a1.Transformatino 0f adult II1eS— nachymal sIet1l cells isdatde from the fatty tisue into ea_,diomyocytse [J].Ann 3horac Surg,2003,75(3):775—779. 【12J PLM ̄IAT—BENARD V,MENARD C,ANDl砸M,et a1.Sp0ntarl cardiomyocyte diferentiatino from adipose tissue strotrm cels[Jj.Circ Res,2O04,94(2):223—229. [13]曹莹,盂艳,孙昭.脂肪来源成体干细胞分化为内皮细胞的潜 能[J].中国医学科学院学报,2005,z7(6):678—682. [14]REHMAN J,TRAK3UE'VD,LI J,et a1.Secretino 0f angi曙efIic and antiapcptoticfactors by human adipose stmmal cels[J].Cierlultaon. 2OO4,190(1O):1292—1298. 【l5 J S 0fu)KM,SAFFORDSD,GIMBLE J M,et a1.Characterizatino fo neurnad/#ia]diferentiatino of ̄lir/le adipose—-derived aduh stro-・ eral eclls[J].E印Neurol,20O4.187(2):319—382. [16J SEO M J,SUHS Y,BAE YC,el:a1.D/ferenfitaon fohuman ad/lx ̄e 8n’0lTlal ecllsinto h ̄vatclineagein vitroandinvivo[Jj.Biochem Bio— phys Res CA)llll/lun,20O5,328(1):258—264. [17j COUSIN B,ANDRE M,ARNAUD E,et a1.Reconstritution 0flethally irradiatde m/ce bycelsisoltadefrom adiposetis ̄e[J J.Bicahem 。一 phys Res Cmnmun,2OO3,301(4):1016—1022. [18]MORIZONO K,DE UGARTE"D A,ZHU M,et a1.Multilineage ecls from adipose tissue gane delivery vehicles[J].Hum Gelle 3her,2OO3, 14(1):59—66. [19]杨立业,郑佳坤,惠国桢,等.脂肪组织的干细胞作为神经系 统基因治疗载体的研究[J].四川大学学报:医学版,2oo4,35 (4):463—465. (收稿日期:2006—06—28编辑:张素文) 

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