脂肪源性干細(xì)胞在神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展

劉芳芳，樊好飛，李青蔓，郭 豐，易西南，張海英

（海南省熱帶腦科學(xué)研究與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南醫(yī)學(xué)院科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，海南醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，海南 海口 571199）

神經(jīng)退行性疾病是一種跟年齡相關(guān)的疾病，其特點(diǎn)為神經(jīng)元丟失、導(dǎo)致大腦功能漸進(jìn)性下降，以認(rèn)知能力下降或運(yùn)動(dòng)功能喪失為臨床癥狀，嚴(yán)重影響受患者生活質(zhì)量，增加了世界各地醫(yī)療系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)［1］。阿爾茨海默氏?。ˋlzheimer’s disease，AD）是與年齡和認(rèn)知缺陷相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，其他還包括帕金森氏?。≒arkinson′s disease，PD）、多發(fā)性硬化癥（MS）和脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)［2］。

脂肪源性干細(xì)胞（adipose derived stem cells，ADSCs）在體外具有增殖、多向分化潛能特征，ADSCs 誘導(dǎo)、分化后可表達(dá)神經(jīng)元星標(biāo)物（Nestin、MAP2、β-tubulin Ⅲ）和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞星標(biāo)物（GFAP、NG2、p75 NGF Receptor）［3］。植入人體的ADSCs 無致瘤性、染色體異?；蛎庖吲懦獾炔涣几弊饔茫?］。作為潛力的細(xì)胞來源，ADSCs 近年來受到人們多方面關(guān)注。在這篇綜述中，我們主要總結(jié)ADSCs 在神經(jīng)性退行疾病中的研究進(jìn)展，包括AD、腦卒中、PD 等，以期為干細(xì)胞療法臨床應(yīng)用提供參考。

1 ADSCs 生物學(xué)特性

ADSCs 取材便捷、來源充足、易消化、分離孵育方法簡(jiǎn)單、不涉及倫理安全問題，常用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾?。–NS），如AD、亨廷頓?。℉D）、PD［5］。ADSCs 自我繁殖能力強(qiáng)、增殖更新快、多向分化、遺傳學(xué)穩(wěn)定【6］。到目前為止，諸多實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，在適當(dāng)環(huán)境下，ADSCs 在體外不僅能選擇性地分化成間充質(zhì)細(xì)胞系，還能誘導(dǎo)成內(nèi)胚層、外胚層細(xì)胞系［7］。ADSCs 再生特征包括分泌修復(fù)性生長(zhǎng)因子、多系分化能力、激活免疫細(xì)胞、修復(fù)損傷區(qū)域［8］。ADSCs 可分化為骨、脂肪和軟骨，具備免疫抑制功能［9］。因此，ADSCs 治療CNS 疾病具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

2 ADSCs 旁分泌功能

ADSCs 分泌不同類型的因子、酶、激素等（表1）。ADSCs 蛋白表達(dá)受局部?jī)?nèi)環(huán)境的影響，其旁分泌功能在組織再生應(yīng)用中具有實(shí)用價(jià)值［10］。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（（hepatocyte growth factor，HGF）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor，TGF-β）等可促使血管壁生成及傷口部位愈合，促進(jìn)新組織生長(zhǎng)［10-12］。前列腺素E2和IL-10 等因子具有免疫抑制作用，能減少樹突狀細(xì)胞和輔助性T 細(xì)胞活化，從而減輕炎癥和顆粒組織的形成［13］。粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）、IL-6、IL-7 以及TGF-α 是由ADSCs 分泌釋放的促炎細(xì)胞因子，能吸引巨噬細(xì)胞，有助于清除細(xì)胞碎片［14-18］。研究表明，共培養(yǎng)中ADSCs 分泌的Leptin 可加快內(nèi)皮細(xì)胞遷移、血管壁形成、組織血管生成［19］。此外，體外培養(yǎng)的ADSCs 分泌因子還被證明可以減少細(xì)胞凋亡、細(xì)胞纖維化和細(xì)胞肥大［10-12］。動(dòng)物模型中，ADSCs 干預(yù)對(duì)腎損傷、中風(fēng)、心肌梗死、和周圍神經(jīng)受損有一定保護(hù)作用［20］。

表1 與再生相關(guān)的ADSCs 分泌因子Tab 1 Regeneration-related ASDCs secreted factor

3 ADSCs 的多系分化功能

大量研究表明，ADSCs 與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相似，具有間充質(zhì)（脂肪、骨、軟骨、肌肉、神經(jīng)）和非間充質(zhì)系（血管）分化為多種細(xì)胞的能力，表明脂肪組織的確含有多能細(xì)胞［11］。有證據(jù)表明ADSCs 能分化為具有橫紋肌細(xì)胞或心肌細(xì)胞特征的收縮細(xì)胞［20］。

ADSCs 在RPMI 培養(yǎng)2 周后，20%～30%細(xì)胞體積變大、形態(tài)改變。同樣，暴露于大鼠心肌細(xì)胞條件培養(yǎng)液3 周后，ADSCs 表達(dá)心肌細(xì)胞標(biāo)志物，包括肌節(jié)α-肌動(dòng)蛋白、心肌肌鈣蛋白I，以及縫隙連接蛋白-43（CX-43）；在形態(tài)上ADSCs 分化為心室樣、心房樣、起搏樣細(xì)胞，自發(fā)表達(dá)CX-43，并伴有搏動(dòng)觸發(fā)的動(dòng)作電位［20］。此外，分化細(xì)胞表達(dá)心臟轉(zhuǎn)錄因子NKX 2.5、心肌轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子GATA 4 和肌細(xì)胞促進(jìn)因子MEF-2C，表達(dá)心肌結(jié)構(gòu)蛋白、心鈉素、肌球蛋白輕鏈-2 心室和心房，而不表達(dá)骨骼標(biāo)志物肌球蛋白、平滑肌肌動(dòng)蛋白，但表達(dá)肌球蛋白重鏈、輕鏈-2 心室和心房、心鈉素［27，28］。還有研究表明ADSCs 作為單層細(xì)胞片被直接移植到梗死小鼠心臟上后，發(fā)現(xiàn)植片逐漸生長(zhǎng)，形成內(nèi)含新生血管、未分化細(xì)胞和心肌細(xì)胞的厚層［25］。

另外ADSCs 在免疫調(diào)節(jié)、損傷組織修復(fù)方面也能發(fā)揮重要作用，能通過細(xì)胞-細(xì)胞結(jié)合和旁分泌信號(hào)來抑制激活的淋巴細(xì)胞增殖［13，29］。在體內(nèi)，ADSCs 擴(kuò)增在小鼠身上表現(xiàn)出免疫抑制特性，能減輕移植抗宿主病、結(jié)腸炎和關(guān)節(jié)炎［29］。在一項(xiàng)腹腔注射ADSCs 金黃色葡萄球菌腸毒素A 加脂多糖誘導(dǎo)致死性休克小鼠實(shí)驗(yàn)中，ADSCs 顯著降低組織病理學(xué)炎癥嚴(yán)重度，提高了存活率［20］。在另一項(xiàng)研究中，使用ADSCs 治療嚴(yán)重膿毒癥模型小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同靶器官炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)程度減少，血清炎癥介質(zhì)水平降低［30］。

4 ADSCs 對(duì)神經(jīng)退行性疾病的作用

ADSCs 是通過脂肪組織梯度離心篩分出來的干細(xì)胞，以其多能性和分化為多種組織類型能力成為熱門研究對(duì)象，并具有與其他來源的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相似的免疫調(diào)節(jié)特性［9］。由于其生物學(xué)特性，可以考慮用于細(xì)胞治療、促神經(jīng)再生。

4.1 ADSCs 對(duì)AD 的 作 用

干細(xì)胞療法治療AD 新策略值得深入研究。AD 以腦皮質(zhì)萎縮、淀粉樣斑塊沉積為特征，且伴有認(rèn)知能力下降。目前無有效治療AD 的藥物和方法［2］。研究報(bào)道，在人ADSCs（hADSCs）干預(yù)AD小鼠模型Tg2576 轉(zhuǎn)基因（Tg）小鼠中，發(fā)現(xiàn)Tg 小鼠學(xué)習(xí)、記憶功能顯著改善，β-淀粉樣蛋白（amyloid βprotein，Aβ）沉積減少，神經(jīng)病理癥狀得到有效緩解［31，32］。此外，在ADSCs 移植Tg 小鼠腦中，內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖能力提高，突觸以及樹突狀態(tài)趨好，且Tg 小 鼠 組 織 中IL-10 和VEGF 表 達(dá) 上 調(diào)［32］。2013 年，Ma 等［33］研究發(fā)現(xiàn)ADSCs 腦內(nèi)移植可活化小膠質(zhì)細(xì)胞并改善AD 小鼠神經(jīng)病理缺陷，移植ADSCs 可降低APP/PS1 小鼠腦腔內(nèi)Aβ 沉積，恢復(fù)學(xué)習(xí)記憶能力。ADSCs 移植后，海馬和皮質(zhì)的小膠質(zhì)細(xì)胞均被激活，表現(xiàn)為促炎因子表達(dá)水平降低，抗體降解酶和Neprilysin 表達(dá)水平升高。2020 年，Ma 等［34］研究證實(shí)，ADSCs 來源的細(xì)胞外囊泡（ADSCs-duced EVS，EVS）可 削 弱AD 小 鼠 神 經(jīng) 元 受損，促進(jìn)神經(jīng)再生，并強(qiáng)化記憶功能。作用機(jī)制可能是ADSCs 通過鼻腔給藥后，EVS 快速有效地到達(dá)腦內(nèi)，并主要積聚在CNS 里，對(duì)Aβ 寡聚體或谷氨酸誘發(fā)的神經(jīng)元毒性有較強(qiáng)保護(hù)作用，有效改善APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠全腦區(qū)神經(jīng)損傷，顯著增加新生神經(jīng)元數(shù)量，并抑制APP/PS1 小鼠記憶障礙；同時(shí)EVS 也一定程度上減少了Aβ 的沉積和小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。ADSCs 治療AD 具有極大潛在應(yīng)用價(jià)值，為神經(jīng)保護(hù)、神經(jīng)再生和減緩AD 認(rèn)知功能下降提供新的治療方案。

4.2 ADSCs 移植對(duì)腦卒中的作用

腦卒中是由于大腦血管破裂或堵塞，腦局部血液循環(huán)障礙導(dǎo)致神經(jīng)功能缺損綜合癥，引起一系列相應(yīng)腦部神經(jīng)功能障礙，目前尚缺乏有效治療手段［35］。研究表明，給大腦中動(dòng)脈阻塞（MCAO）大鼠模型靜脈注射自體ADSCs，發(fā)現(xiàn)可改善腦部梗死范圍、凋亡、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等方面，逐漸恢復(fù)神經(jīng) 功 能［36］。2011 年Yang 等［37］發(fā) 現(xiàn) 大 鼠ADSCs 移植治療大鼠腦缺血效果顯著，腦功能恢復(fù)程度高，大腦半球萎縮減少，還發(fā)現(xiàn)由大鼠脂肪組織中分離ADSCs 經(jīng)誘導(dǎo)分化可表達(dá)Nestin、MAP2 和GFAP等 因 子。2014 年Du 等［38］給MCAO 大 鼠 模 型 靜 脈注射ADSCs，能縮小缺血性腦損傷和梗死體積。2019 年Gong 等［39］研究發(fā)現(xiàn)靜脈移植hADSCs 對(duì)大鼠腦缺血損傷具有保護(hù)作用，其機(jī)制可能通過刺激神經(jīng)保護(hù)性IL-6 及腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)而改善腦損傷。許多研究已經(jīng)證明了ADSCs 對(duì)腦血管損傷具有積極保護(hù)作用［40］，ADSCs 是治療腦卒中的一種有效手段。

4.3 ADSCs 與肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）

ALS 是由于脊髓、運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)上、腦干下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷造成的神經(jīng)元病，臨床上常表現(xiàn)為肌無力、肌束顫動(dòng)、延髓麻痹，目前仍無法有效治療手段［41］，ADSCs 被認(rèn)為是治療ALS 潛在應(yīng)用價(jià)值的藥物。研究表明，ADSCs 可以分化為神經(jīng)元細(xì)胞，可以調(diào)節(jié)ALS 細(xì)胞表型，減輕超氧化物歧化酶1（SOD1）聚集，降低細(xì)胞內(nèi)SOD1 水平，保護(hù)線粒體功能［42］。ALS 模型小鼠靜脈注射ADSCs 后，脊髓中神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、IGF 和VEGF）表達(dá)水平升高，細(xì)胞凋亡減少，膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子顯著上調(diào)，表明ADSCs 可能在神經(jīng)保護(hù)和緩解癥狀方面發(fā)揮作用［2］。ADSCs 處理Tg 小鼠（SOD1-G93A 突變體）后，能增加小鼠腰部運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元數(shù)量增加，升高膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子水平［43］。Epperly 等［44］最近的一項(xiàng)研究提示在Tg 小鼠體內(nèi)移植ADSCs 可通過產(chǎn)生細(xì)胞/生長(zhǎng)因子發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

4.4 ADSCs 與HD

HD 是常染色體顯性突變引起的罕見遺傳性疾病，導(dǎo)致亨廷頓基因中三個(gè)核苷酸（CAG）異常擴(kuò)增，棘神經(jīng)元丟失和基底神經(jīng)節(jié)病變的遲發(fā)型神經(jīng)退行性遺傳疾病，其特征是肌肉協(xié)調(diào)缺陷、認(rèn)知能力下降和精神障礙［45］。亨廷頓病的臨床治療包括藥物和輔助治療，僅能緩解癥狀，達(dá)不到完全治愈。研究表明，將ADSCs 移植到Y(jié)AC128 亨廷頓病轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)，其旁分泌的保護(hù)性因子能夠阻止細(xì)胞凋亡現(xiàn)象，改善動(dòng)物模型中的行為缺陷［46］。因此，ADSCs 可減緩HD 動(dòng)物模型的疾病進(jìn)展，并成為治療HD 的潛在治療手段。

4.5 ADSCss 與PD

PD 是由黑質(zhì)致密部產(chǎn)生的多巴胺神經(jīng)元退行性變引起。其標(biāo)志性特征是α-突觸核蛋白積累，多巴胺能神經(jīng)元丟失，基底節(jié)、小腦和皮質(zhì)之間連接通路損傷，以及運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)前皮質(zhì)區(qū)域的低興奮性［47］。有研究表明，ADSCs 條件培養(yǎng)基能阻斷6-羥多巴胺誘導(dǎo)的大鼠中腦、小腦神經(jīng)元的神經(jīng)毒性和自由基的生成［48］，并能直接減輕H2O2誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡［49］。研究表明，ADSCs 植入到1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶單側(cè)損毀PD 恒河猴模型，能保護(hù)受損神經(jīng)元，具有替代凋亡神經(jīng)元的作用［50］。

4.6 ADSCs 與脊髓損傷（SCI）

SCI 是由脊髓持續(xù)損傷導(dǎo)致受損神經(jīng)元功能喪失［51］。將誘導(dǎo)ADSCs 移植到SCI 損傷處，在CNS軸突上形成外周神經(jīng)系統(tǒng)型髓鞘。脊髓損傷后立即將ADSCs 提取物（ADSCs-E）與Matrigel 混合直接注入脊髓可減少細(xì)胞凋亡、星形膠質(zhì)細(xì)胞增生和降低髓鞘形成［52］。ADSCs 可作為種子細(xì)胞用于SCI 的治療，軟骨素酶ABC（ChABC）能分化脊髓受損后形成的膠質(zhì)瘢痕中的硫酸軟骨素蛋白多糖，使干細(xì)胞穿透瘢痕，加快神經(jīng)性能恢復(fù)［53］。2016 年Wu［53］等研究表明慢病毒載體轉(zhuǎn)染構(gòu)建的ChABCADSCs 能夠穩(wěn)定表達(dá)ChABC，并且ChABC 的表達(dá)顯著增強(qiáng)了ADSCs 的遷移能力。2020 年Menezes［54］等研究發(fā)現(xiàn)在大鼠球囊壓迫損傷后，注射人脂肪組織來源基質(zhì)干細(xì)胞（hADSCs）或其培養(yǎng)液可誘導(dǎo)損傷部位周圍血管生成，促進(jìn)脊髓損傷組織修復(fù)。

4.7 ADSCs 與多發(fā)性硬化癥（MS）

MS 是一類腦脊髓炎癥性疾?。?5］。研究發(fā)現(xiàn)，使用ADSCs 和間質(zhì)血管分?jǐn)?shù)對(duì)MS 動(dòng)物模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦炎脫髓鞘和病理特征減少，自身免疫性腦炎得到改善，ADSC 明顯改善了運(yùn)動(dòng)功能和減輕炎癥發(fā)生［56］。

5 展望

ADSCs 療法具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是用于治療AD、腦卒中、PD 等認(rèn)知功能障礙。利用ADSCs 增殖和多向分化的能力，定向誘導(dǎo)其分化成為神經(jīng)細(xì)胞、免疫細(xì)胞、心肌細(xì)胞等，可應(yīng)用于神經(jīng)退行性疾病治療。但ADSCs 干預(yù)治療AD、腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的分子機(jī)制尚未明確，其誘導(dǎo)后如何保證高效分泌保護(hù)性因子值得進(jìn)一步研究?？傊?，ADSCs 可能是治療AD 等神經(jīng)退行性疾病的一種有效手段。