原創(chuàng) 醫(yī)學(xué)參考報(bào) 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(xì)胞，脂肪干細(xì)胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)分泌多種生長因子和細(xì)胞因子，促進(jìn)組織再生，執(zhí)行免疫調(diào)節(jié)；ADSCs可被誘導(dǎo)分化為多種胚層的組織細(xì)胞，在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力并應(yīng)用于286項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，三種相關(guān)藥物已經(jīng)上市。但是，合適細(xì)胞來源的選擇，質(zhì)量、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制定和作用機(jī)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(diǎn)以及從中獲得ADSCs的表面標(biāo)志物特征。
一、脂肪組織和脂肪干細(xì)胞
（一）
脂肪組織
脂肪組織是機(jī)體內(nèi)主要結(jié)締組織之一，由脂肪細(xì)胞、脂肪前體細(xì)胞以及一些非脂肪細(xì)胞組成，如成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元、巨噬細(xì)胞等。雖然“中胚層起源”是目前流行觀點(diǎn)，但體內(nèi)不同部位脂肪出現(xiàn)的時(shí)間差異以及分子水平上特點(diǎn)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(chǔ)存于脂肪細(xì)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(shí)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(xì)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(gè)充滿整個(gè)細(xì)胞的脂質(zhì)液滴，細(xì)胞核位于細(xì)胞的邊緣；BAT包含多個(gè)大小不一的脂質(zhì)液滴，細(xì)胞核位于中間位置。除形態(tài)差異外，顏色的不同是因?yàn)锽AT含有大量的線粒體。WAT以甘油三酯和膽固醇酯的形式儲(chǔ)存能量，其主要功能是長期儲(chǔ)能和絕緣，防止低熱量攝入期間機(jī)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(xué)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(jī)體的溫度穩(wěn)定。低溫、運(yùn)動(dòng)、交感神經(jīng)活動(dòng)以及微環(huán)境的信號(hào)分子都會(huì)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(jī)械性脂肪。
（二）
脂肪干細(xì)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(xì)胞，屬間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSCs）。2001年，美國加利福尼亞大學(xué)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(xué)分析，ADSCs類似于成纖維細(xì)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(yīng)用的限制性因素，在所有成人MSCs中，ADSCs是儲(chǔ)量最豐富、最易獲取的間充質(zhì)干細(xì)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(xì)胞的100~1000倍，避免了因體外大量擴(kuò)增造成基因變異的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，相對(duì)于其他MSCs，ADSCs具有更強(qiáng)的擴(kuò)增能力。這些特點(diǎn)使ADSCs成為臨床應(yīng)用方面極具吸引力的干細(xì)胞來源。相對(duì)于BAT，WAT中含有更多的干細(xì)胞，而且這些干細(xì)胞具有更強(qiáng)的分化能力，所以通常應(yīng)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(xì)胞和底層少量血細(xì)胞后，得到的混合細(xì)胞為血管基質(zhì)組分（stromal vascular fraction，SVF）細(xì)胞，其中包含前體脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、ADSCs、造血干細(xì)胞、紅細(xì)胞、淋巴細(xì)胞T、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞等，SVF培養(yǎng)后得到的貼壁細(xì)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(dá)和對(duì)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(biāo)志物，這也提示ADSCs包含多種亞群細(xì)胞。
體外實(shí)驗(yàn)證明，ADSCs可分化為中胚層或跨中胚層譜系細(xì)胞，甚至天然狀況下來源于外胚層的細(xì)胞，如脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及胰島細(xì)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(yīng)用于損傷組織的重建，提示ADSCs在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
二、ADSCs應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)
針對(duì)所有造成機(jī)體細(xì)胞、組織、器官正常功能發(fā)生改變的疾病損傷，進(jìn)行干預(yù)、治療，促進(jìn)機(jī)體自我修復(fù)與再生，或構(gòu)建新的細(xì)胞、組織與器官以維持、修復(fù)或改善被損傷的功能，是再生醫(yī)學(xué)的范疇。這些疾病損傷包括中風(fēng)、糖尿病、肝病、角膜病變、關(guān)節(jié)損傷、心臟病、骨關(guān)節(jié)炎等。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)結(jié)果均顯示，ADSCs對(duì)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(lǐng)域，ADSCs同樣具有顯著功效。
（一）
ADSCs相關(guān)臨床試驗(yàn)
根據(jù)臨床試驗(yàn)網(wǎng)站https://clinicaltrials.gov/統(tǒng)計(jì)，截至2020年11月30日，共有286個(gè)臨床研究與ADSCs有關(guān)。其中疾病類型包括骨/關(guān)節(jié)42項(xiàng)、神經(jīng)32項(xiàng)、瘺31項(xiàng)、醫(yī)美24項(xiàng)、潰瘍18項(xiàng)、心臟16項(xiàng)、血管/血液13項(xiàng)、肺12項(xiàng)、自身免疫11、生殖9項(xiàng)、腎臟7項(xiàng)、糖尿病6項(xiàng)、眼6項(xiàng)、失禁6項(xiàng)、皮膚5項(xiàng)、口腔5項(xiàng)、肝臟4項(xiàng)、肌萎縮4項(xiàng)、泌尿4項(xiàng)、炎癥3項(xiàng)、腫瘤3項(xiàng)、脂代謝3項(xiàng)、其他15項(xiàng)。這些臨床試驗(yàn)的ADSCs有來自自體也有來自異體，一些實(shí)驗(yàn)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(xì)胞藥物在國外被批準(zhǔn)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(duì)克羅恩病和肛瘺，前者細(xì)胞來自自體，后者來自異體；AstroStem于2018年在日本上市，適應(yīng)證是阿爾茲海默癥。
（三）
作用機(jī)理
雖然體外可以誘導(dǎo)ADSCs分化成多種類型細(xì)胞，但在體內(nèi)ADSCs是否能發(fā)生同樣的變化，目前難以用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。越來越多的證據(jù)表明，ADSCs促進(jìn)器官、組織的細(xì)胞再生的功能是通過分泌多種細(xì)胞因子和生長因子來刺激恢復(fù)組織原有的正常功能和/或減少組織損傷實(shí)現(xiàn)的（表1），這些因子對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心臟、肌肉甚至細(xì)胞的基本活性都有正向調(diào)節(jié)作用。
表1 ADSCs分泌的細(xì)胞因子及其相應(yīng)功能
細(xì)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(xì)胞臨床應(yīng)用，不論機(jī)理還是制備過程都遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的單一成分藥物復(fù)雜，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的建立是所有干細(xì)胞治療都面臨的挑戰(zhàn)。體外誘導(dǎo)前使用還是先誘導(dǎo)分化成特異性功能細(xì)胞再使用；細(xì)胞體內(nèi)應(yīng)用選擇的給藥途徑、劑量，如何確保沒有致瘤性；干細(xì)胞如何影響接受者的其他疾病等，這些都是干細(xì)胞臨床應(yīng)用的共同問題。
對(duì)于ADSCs，選擇純化后的ADSCs，還是使用混有其他多種細(xì)胞的SVF。由于ADSCs免疫原性低，能否開發(fā)通用型臨床級(jí)細(xì)胞制劑。由于疾病、年齡都會(huì)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(xì)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(xué)研究才能提供線索，給出答案。大量臨床試驗(yàn)結(jié)果的有效性表明，ADSCs在再生醫(yī)學(xué)中有著廣闊的應(yīng)用前景，隨著研究的深入，這類天然資源一定會(huì)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(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)總監(jiān)
1998年底在美國西南醫(yī)學(xué)中心（UT Southwestern Medical Center at Dallas）從事博士后研究工作，研究領(lǐng)域涉及細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞有絲分裂調(diào)控以及 HIV 等領(lǐng)域。曾任美國貝勒醫(yī)學(xué)中心（Baylor Health Center）高級(jí)研究員、美國西南醫(yī)學(xué)中心高級(jí)科學(xué)家、蘇州奧凱生物技術(shù)有限公司常務(wù)副總經(jīng)理。
《醫(yī)學(xué)參考報(bào)》干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)頻道
由同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院承辦
