脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在動物模型中的應(yīng)用進展

杜珍珍，徐鄭美，司琳清，曹立明，劉慶，魯文賡

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)在皮膚、脂肪、肌肉、骨、骨髓、臍帶、臍帶血、胎盤、羊水等中存在[1-2]。間充質(zhì)干細(xì)胞根據(jù)來源不同，可分為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和脂肪來源等的間充質(zhì)干細(xì)胞。間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)滿足國際細(xì)胞治療協(xié)會規(guī)定的三個標(biāo)準(zhǔn)：首先應(yīng)具有貼壁性能；其次細(xì)胞表型也應(yīng)符合規(guī)定，即 CD105、CD73、CD90陽性，CD45、CD34、CD14/CD11b、CD79a/CD19、HLA-DR陰性；最后還應(yīng)具有分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和軟骨細(xì)胞等多分化潛能[3]。由于動物種屬的不同，間充質(zhì)干細(xì)胞表型也存在差異，所以目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

Friedenstein等[5]于上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞，是世界上第一個發(fā)現(xiàn)和分離間充質(zhì)干細(xì)胞的學(xué)者。間充質(zhì)干細(xì)胞首次發(fā)現(xiàn)時被稱為基質(zhì)細(xì)胞，到了1991年美國克利夫蘭西地大學(xué)Caplan才首次正式將該細(xì)胞命名為間充質(zhì)干細(xì)胞。而脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose-derived mesenchymal stem cells，ADMSCs)是Zuk等人于2001年首次分離并培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞，并證實了脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞是從脂肪組織內(nèi)血管周圍分離的[6]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在許多疾病的治療中取得了很好的療效，這使得越來越多的研究人員開始應(yīng)用脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞進行實驗研究并確保了其臨床應(yīng)用的安全性。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞由于其特殊的生物特性被應(yīng)用于治療組織損傷的修復(fù)[7]、炎癥[8]、自身免疫系統(tǒng)病[9]、神經(jīng)退行性疾病[10]等。在這些疾病模型的治療中表現(xiàn)出了間充質(zhì)干細(xì)胞治療獨有的特性。

1 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在物理性皮膚病上的應(yīng)用研究

皮膚是防御病原體侵入機體發(fā)生感染的屏障，更是緩沖外界對機體刺激作用的首要組織。皮膚創(chuàng)傷屬于物理性皮膚病，皮膚的創(chuàng)傷包括燙傷、燒傷以及其他因素所引起的組織損傷。創(chuàng)傷面的愈合是很復(fù)雜的生理過程，包括炎癥反應(yīng)、新組織的形成和組織結(jié)構(gòu)重建這三個階段以及與不同的組織細(xì)胞相互作用來完成傷口愈合。創(chuàng)傷后，盡快愈合創(chuàng)面可以有效抵抗外界病菌感染，減輕炎癥反應(yīng)。不恰當(dāng)?shù)膭?chuàng)面治療會使皮膚創(chuàng)面的愈合能力變差，影響肉芽組織的生長。很多報道已經(jīng)證明了脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以加快小鼠創(chuàng)面的愈合速度[11-15]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞受到損傷應(yīng)激時，它分泌的多種有益細(xì)胞因子如IL-6等會歸巢到受傷部位并進行修復(fù)，減輕炎癥反應(yīng)，增強皮膚愈合能力。

2 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在慢性呼吸系統(tǒng)疾病上的應(yīng)用研究

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)特點為病程緩慢且易復(fù)發(fā)，造成肺損傷，并伴有炎癥癥狀。該病為呼吸障礙疾病。其病因與吸入有害氣體有關(guān)，如吸入過多的香煙煙霧或有害氣體均可引起發(fā)病。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生慢性阻塞性肺疾病時，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化為肺上皮細(xì)胞并表達其表面標(biāo)記物[16]，使其可以逃脫免疫監(jiān)視。除此之外，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過歸巢特性到達慢性肺阻塞性肺病的小鼠肺組織內(nèi)并存活，減輕肺組織病變[17-21]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞對慢性肺阻塞性疾病的主要作用是脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子可以調(diào)節(jié)減輕炎癥反應(yīng)，對肺組織進行修復(fù)，從而改善小鼠的肺功能，達到對慢性阻塞性肺病小鼠的治療作用。

3 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在免疫性疾病上的應(yīng)用研究

3.1 在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中的作用

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)會導(dǎo)致免疫調(diào)節(jié)失衡及體內(nèi)形成大量的抗體，進而引起多個器官受到損傷。該病為自身免疫系統(tǒng)疾病，特點為多種免疫細(xì)胞因子異?；罨?。在臨床上，研究紅斑狼瘡常用MRL/lpr小鼠作為疾病模型來評估脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞對紅斑狼瘡的治療效果[22]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以調(diào)節(jié)狼瘡小鼠的免疫功能并對免疫紊亂起調(diào)節(jié)作用[23-26]，主要通過減少系統(tǒng)性紅白狼瘡小鼠自身產(chǎn)生抗體，加強樹突狀細(xì)胞增殖能力，促進Th細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，從而改變免疫應(yīng)答的類型，提高小鼠存活率。

3.2 在免疫性腦脊髓炎中的作用

免疫性腦脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis，EAE)發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其特征是髓磷脂損失的自身免疫性疾病。本病特點為髓鞘再生機能喪失，神經(jīng)元發(fā)生不可逆損傷，并破壞血腦屏障。研究人員通過建立自身免疫性腦脊髓炎小鼠模型發(fā)現(xiàn)，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞是促進髓鞘再生及修復(fù)的有效方法，通過給小鼠注射脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞，小鼠的神經(jīng)功能缺損會下降[27-28]。在建立免疫性腦脊髓炎小鼠模型時，研究者還發(fā)現(xiàn)免疫性腦脊髓炎小鼠脾臟的Treg細(xì)胞明顯降低，且Th1型和Th2型細(xì)胞關(guān)系失衡[29]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞對免疫性腦脊髓炎的作用機制既包括機體免疫功能異常時的免疫調(diào)節(jié)，又包括炎癥環(huán)境時的抗炎修復(fù)。Th1型細(xì)胞及單核細(xì)胞均會參與免疫性腦脊髓炎小鼠的脫髓鞘過程，并會產(chǎn)生促炎因子如TNF-α和IL-17等，進而促進T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的活化，導(dǎo)致血腦平衡破壞，使炎性細(xì)胞進入大腦神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致神經(jīng)損傷。而Th2型細(xì)胞會產(chǎn)生抗炎因子，這些抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生有助于免疫性腦脊髓炎病程的延緩[30]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞移植后，會使細(xì)胞向Th2型細(xì)胞分化，改變體內(nèi)微環(huán)境，進而抗炎，改善神經(jīng)功能，減少神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生損傷，并使中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)形成一種抑炎的微環(huán)境，從而起到對神經(jīng)髓鞘進行保護的作用，使其有望于成為免疫性腦脊髓炎治療的新方法。

4 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在神經(jīng)性疾病上的應(yīng)用研究

阿爾茨海默癥(Alzheimer’s disease，AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，本病主要的致病機制為Tau蛋白和β淀粉樣蛋白異常堆積造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞異常增生[31]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞主要通過分化成神經(jīng)細(xì)胞并歸巢到病變部位，從而對此類神經(jīng)性疾病發(fā)揮作用。在小鼠模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)通過注射脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以促進小膠質(zhì)細(xì)胞活化，提高小鼠神經(jīng)再生活性，促進神經(jīng)修復(fù)功能，進而緩解小鼠的病情進展[32-34]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞對神經(jīng)退行性疾病作用是多方面的，如促進神經(jīng)細(xì)胞的修復(fù)和減輕炎癥。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞還可以治療肌萎縮側(cè)索硬化等神經(jīng)性疾病[35]，對這些神經(jīng)性疾病起作用可能是與脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的高分化潛能有關(guān)，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞通過分化為神經(jīng)細(xì)胞，遷移到受損的神經(jīng)細(xì)胞周圍，并對其進行修復(fù)，來達到延緩或緩解病情的作用。

5 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在其他疾病上的應(yīng)用研究

5.1 在1型糖尿病中的作用

1型糖尿病(diabetes mellitus type 1，T1DM)主要特征是葡萄糖代謝紊亂及胰島素分泌異常從而引起機體血糖升高及一系列并發(fā)癥，該病是一種代謝性疾病。實驗研究發(fā)現(xiàn)，注射脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以使1型糖尿病動物模型的血糖快速降低[36]。以前的研究證明了間充質(zhì)干細(xì)胞對1型糖尿病起治療作用[37-39]，這可能是因為脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化為胰島細(xì)胞并增強胰島細(xì)胞分泌胰島素能力，加快肝臟代謝葡萄糖的速度，進而降低血糖水平，達到治療1型糖尿病的作用。

5.2 在腦損傷中的作用

腦損傷(brain injury)是由于腦神經(jīng)元受到不可逆損傷而引起的。有研究報道了脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以對凍傷大鼠腦損傷起作用[40]。通過靜脈注射脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過血腦屏障遷移到損傷部位，并可以在腦組織中擴散，促進受損腦組織中神經(jīng)細(xì)胞因子的分泌，使腦損傷區(qū)細(xì)胞凋亡減少，修復(fù)受損部位，減輕炎癥反應(yīng)，使神經(jīng)功能明顯改善，進而對腦損傷起到治療作用。

6 展望

脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞除對上述疾病有治療作用外，還可以治療肝損傷、腎衰竭、腎病綜合征、放射性疾病等。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在炎癥中的積極作用為大家所認(rèn)可，間充質(zhì)干細(xì)胞可以分泌大量抑炎因子進行抗炎，同時在炎癥及損傷刺激下也會分泌許多其他的細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，進而實現(xiàn)對疾病的抗炎修復(fù)。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在免疫性疾病中也表現(xiàn)出了積極的治療作用，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以活化免疫細(xì)胞，如其中激活的淋巴細(xì)胞，它可以增強免疫耐受，減輕免疫反應(yīng)，對疾病進行治療。對于其他疾病，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化成所需的細(xì)胞，并分泌多種細(xì)胞因子對疾病發(fā)揮治療作用。在未來，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞對疾病的作用機制也將變得越來越全面，從而推動醫(yī)學(xué)的發(fā)展，使其達到一個新的階段。