原創(chuàng) 醫(yī)學參考報 干就有未來
撰文│夏國宏
編輯│鄭天慧
審校│湯紅明
作為最豐富的成人干細胞，脂肪干細胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)分泌多種生長因子和細胞因子，促進組織再生，執(zhí)行免疫調(diào)節(jié)；ADSCs可被誘導分化為多種胚層的組織細胞，在再生醫(yī)學領域有著廣泛的應用潛力并應用于286項臨床試驗中，三種相關藥物已經(jīng)上市。但是，合適細胞來源的選擇，質(zhì)量、生產(chǎn)標準的制定和作用機理的明確等等都是ADSCs作為一類新的臨床治療手段所面臨的挑戰(zhàn)，其產(chǎn)業(yè)化還需要大量的研究投入。本文簡要介紹了人體脂肪組織的種類和功能特點以及從中獲得ADSCs的表面標志物特征。
一、脂肪組織和脂肪干細胞
（一）
脂肪組織
脂肪組織是機體內(nèi)主要結(jié)締組織之一，由脂肪細胞、脂肪前體細胞以及一些非脂肪細胞組成，如成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞、神經(jīng)元、巨噬細胞等。雖然“中胚層起源”是目前流行觀點，但體內(nèi)不同部位脂肪出現(xiàn)的時間差異以及分子水平上特點提示，不同部位的脂肪可能起源不同。脂肪組織呈疏松狀分布于皮下、內(nèi)臟周圍、肌肉間隙、骨髓及乳房組織，主要功能是將能量以脂類形式長期儲存于脂肪細胞中，特別是將體內(nèi)過多的葡萄糖轉(zhuǎn)化為甘油三酯以便在氧化條件下釋放能量，也兼具隔熱、緩沖、支持及填充的作用，同時它還是重要的內(nèi)分泌器官，分泌瘦蛋白leptin、雌激素、抵抗素resistin及細胞因子如TNFα等約500多種因子，統(tǒng)稱為“脂肪因子”。
人體脂肪組織主要分為兩種：白色脂肪（white adipose tissue, WAT）和褐色脂肪（brown adipose tissue, BAT），WAT包含一個充滿整個細胞的脂質(zhì)液滴，細胞核位于細胞的邊緣；BAT包含多個大小不一的脂質(zhì)液滴，細胞核位于中間位置。除形態(tài)差異外，顏色的不同是因為BAT含有大量的線粒體。WAT以甘油三酯和膽固醇酯的形式儲存能量，其主要功能是長期儲能和絕緣，防止低熱量攝入期間機體發(fā)生能量不足而疲勞；BAT通過線粒體內(nèi)膜的解偶聯(lián)蛋白1（UCP1）使線粒體氧化和磷酸化解偶聯(lián)，以產(chǎn)生熱量來代替化學能的形式消耗能量，在低溫和休眠期間控制體內(nèi)溫度平衡。脂肪組織和分布其間的交感神經(jīng)一起，協(xié)同調(diào)節(jié)機體的溫度穩(wěn)定。低溫、運動、交感神經(jīng)活動以及微環(huán)境的信號分子都會刺激WAT向BAT的轉(zhuǎn)化。根據(jù)形態(tài)，人體脂肪組織至少還包括另外三種脂肪：骨髓脂肪、乳腺脂肪和機械性脂肪。
（二）
脂肪干細胞
ADSCs是一類從脂肪組織中分離得到的具有多向分化潛能的多能干細胞，屬間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells, MSCs）。2001年，美國加利福尼亞大學的Patricia Zuk和Min Zhu 首次從人脂肪組織中分離得到ADSCs。蛋白質(zhì)組學分析，ADSCs類似于成纖維細胞和MSCs。盡管目前已成功地從不同組織分離得到MSCs，包括骨髓、骨膜、滑膜、骨骼肌、皮膚、外周血及臍帶等，但來源、獲取途徑以及獲取數(shù)量是這些MSCs臨床應用的限制性因素，在所有成人MSCs中，ADSCs是儲量最豐富、最易獲取的間充質(zhì)干細胞，從300ml的皮下脂肪組織里可以得到大約2~3×108的ADSCs，是同等體積骨髓來源的間充質(zhì)干細胞的100~1000倍，避免了因體外大量擴增造成基因變異的風險。同時，相對于其他MSCs，ADSCs具有更強的擴增能力。這些特點使ADSCs成為臨床應用方面極具吸引力的干細胞來源。相對于BAT，WAT中含有更多的干細胞，而且這些干細胞具有更強的分化能力，所以通常應用上所指的ADSCs是指WAT來源的ADSCs。
脂肪組織通過膠原酶I消化離心，去除上層懸浮的成熟脂肪細胞和底層少量血細胞后，得到的混合細胞為血管基質(zhì)組分（stromal vascular fraction，SVF）細胞，其中包含前體脂肪細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞、成纖維細胞、ADSCs、造血干細胞、紅細胞、淋巴細胞T、B細胞、巨噬細胞、肥大細胞等，SVF培養(yǎng)后得到的貼壁細胞為ADSCs，大約占SVF的3%。
來源于不同解剖位置的ADSCs存在明顯的“來源依賴性”，包括增殖、分化、免疫表型以及基因表達和對體外培養(yǎng)條件的敏感性等，這是他們不同的起源造成的。目前還很難得到統(tǒng)一的ADSCs表面標志物，這也提示ADSCs包含多種亞群細胞。
體外實驗證明，ADSCs可分化為中胚層或跨中胚層譜系細胞，甚至天然狀況下來源于外胚層的細胞，如脂肪細胞、軟骨細胞、肌細胞、成骨細胞、神經(jīng)細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞及胰島細胞等，還可分泌多種促血管生成因子和抗凋亡因子，具有抗炎癥、抗氧化的功能。此外，還可應用于損傷組織的重建，提示ADSCs在再生醫(yī)學領域有著廣泛的應用前景。
二、ADSCs應用于再生醫(yī)學
針對所有造成機體細胞、組織、器官正常功能發(fā)生改變的疾病損傷，進行干預、治療，促進機體自我修復與再生，或構建新的細胞、組織與器官以維持、修復或改善被損傷的功能，是再生醫(yī)學的范疇。這些疾病損傷包括中風、糖尿病、肝病、角膜病變、關節(jié)損傷、心臟病、骨關節(jié)炎等。動物實驗和臨床試驗結(jié)果均顯示，ADSCs對于這類難治性疾病損傷大都表現(xiàn)出明顯的療效，在醫(yī)美領域，ADSCs同樣具有顯著功效。
（一）
ADSCs相關臨床試驗
根據(jù)臨床試驗網(wǎng)站https://clinicaltrials.gov/統(tǒng)計，截至2020年11月30日，共有286個臨床研究與ADSCs有關。其中疾病類型包括骨/關節(jié)42項、神經(jīng)32項、瘺31項、醫(yī)美24項、潰瘍18項、心臟16項、血管/血液13項、肺12項、自身免疫11、生殖9項、腎臟7項、糖尿病6項、眼6項、失禁6項、皮膚5項、口腔5項、肝臟4項、肌萎縮4項、泌尿4項、炎癥3項、腫瘤3項、脂代謝3項、其他15項。這些臨床試驗的ADSCs有來自自體也有來自異體，一些實驗采用ADSCs和生物材料聯(lián)合使用。
（二）
ADSCs藥物
目前，已有三種干細胞藥物在國外被批準上市，分別是2012年在韓國上市的Cuepistem和2018年在歐盟上市的Alofisel，針對克羅恩病和肛瘺，前者細胞來自自體，后者來自異體；AstroStem于2018年在日本上市，適應證是阿爾茲海默癥。
（三）
作用機理
雖然體外可以誘導ADSCs分化成多種類型細胞，但在體內(nèi)ADSCs是否能發(fā)生同樣的變化，目前難以用實驗驗證。越來越多的證據(jù)表明，ADSCs促進器官、組織的細胞再生的功能是通過分泌多種細胞因子和生長因子來刺激恢復組織原有的正常功能和/或減少組織損傷實現(xiàn)的（表1），這些因子對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心臟、肌肉甚至細胞的基本活性都有正向調(diào)節(jié)作用。
表1 ADSCs分泌的細胞因子及其相應功能
細胞因子
功 能
TGF-b、HGF、PGE2、IL-6
免疫調(diào)節(jié)
VEGF、HGF、TGF-b2、FGF-2、bFGF、GM-CSF
血管生成
BDNF、NGF、GDNF、IGF-1
中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生
HGF、GM-CSF、IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、TNF-a
支持造血功能
Adiponectin、angiotensin、cathepsin D、retinol binding protein、CXCL12
其他
三、
問題和展望
作為新興治療手段的干細胞臨床應用，不論機理還是制備過程都遠比傳統(tǒng)的單一成分藥物復雜，質(zhì)量標準、生產(chǎn)標準的建立是所有干細胞治療都面臨的挑戰(zhàn)。體外誘導前使用還是先誘導分化成特異性功能細胞再使用；細胞體內(nèi)應用選擇的給藥途徑、劑量，如何確保沒有致瘤性；干細胞如何影響接受者的其他疾病等，這些都是干細胞臨床應用的共同問題。
對于ADSCs，選擇純化后的ADSCs，還是使用混有其他多種細胞的SVF。由于ADSCs免疫原性低，能否開發(fā)通用型臨床級細胞制劑。由于疾病、年齡都會影響ADSCs的多種活性，包括增殖和分化特性，如何選擇“合適”的干細胞來源。由于外界條件（如溫度變化）影響WAT和BAT之間的相互轉(zhuǎn)化，這種“敏感性”是否帶來臨床效果的差異，這些都需要今后的科學研究才能提供線索，給出答案。大量臨床試驗結(jié)果的有效性表明，ADSCs在再生醫(yī)學中有著廣闊的應用前景，隨著研究的深入，這類天然資源一定會被人類利用好，成為改善健康生活的有益工具。
專家簡介 PROFILE
夏國宏
上海賽傲生物技術有限公司
技術研發(fā)總監(jiān)
1998年底在美國西南醫(yī)學中心（UT Southwestern Medical Center at Dallas）從事博士后研究工作，研究領域涉及細胞信號傳導和細胞有絲分裂調(diào)控以及 HIV 等領域。曾任美國貝勒醫(yī)學中心（Baylor Health Center）高級研究員、美國西南醫(yī)學中心高級科學家、蘇州奧凱生物技術有限公司常務副總經(jīng)理。
《醫(yī)學參考報》干細胞與再生醫(yī)學頻道
由同濟大學附屬東方醫(yī)院承辦
