脂肪间充质干细胞在动物模型中的应用进展

杜珍珍，徐郑美，司琳清，曹立明，刘庆，鲁文赓

(黑龙江八一农垦大学动物科技学院，黑龙江 大庆 163319)

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)在皮肤、脂肪、肌肉、骨、骨髓、脐带、脐带血、胎盘、羊水等中存在[1-2]。间充质干细胞根据来源不同，可分为骨髓间充质干细胞和脂肪来源等的间充质干细胞。间充质干细胞应满足国际细胞治疗协会规定的三个标准：首先应具有贴壁性能；其次细胞表型也应符合规定，即 CD105、CD73、CD90阳性，CD45、CD34、CD14/CD11b、CD79a/CD19、HLA-DR阴性；最后还应具有分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞等多分化潜能[3]。由于动物种属的不同，间充质干细胞表型也存在差异，所以目前还没有统一的标准[4]。

Friedenstein等[5]于上世纪70年代发现间充质干细胞，是世界上第一个发现和分离间充质干细胞的学者。间充质干细胞首次发现时被称为基质细胞，到了1991年美国克利夫兰西地大学Caplan才首次正式将该细胞命名为间充质干细胞。而脂肪间充质干细胞(adipose-derived mesenchymal stem cells，ADMSCs)是Zuk等人于2001年首次分离并培养的间充质干细胞，并证实了脂肪间充质干细胞是从脂肪组织内血管周围分离的[6]。脂肪间充质干细胞在许多疾病的治疗中取得了很好的疗效，这使得越来越多的研究人员开始应用脂肪间充质干细胞进行实验研究并确保了其临床应用的安全性。脂肪间充质干细胞由于其特殊的生物特性被应用于治疗组织损伤的修复[7]、炎症[8]、自身免疫系统病[9]、神经退行性疾病[10]等。在这些疾病模型的治疗中表现出了间充质干细胞治疗独有的特性。

1 脂肪间充质干细胞在物理性皮肤病上的应用研究

皮肤是防御病原体侵入机体发生感染的屏障，更是缓冲外界对机体刺激作用的首要组织。皮肤创伤属于物理性皮肤病，皮肤的创伤包括烫伤、烧伤以及其他因素所引起的组织损伤。创伤面的愈合是很复杂的生理过程，包括炎症反应、新组织的形成和组织结构重建这三个阶段以及与不同的组织细胞相互作用来完成伤口愈合。创伤后，尽快愈合创面可以有效抵抗外界病菌感染，减轻炎症反应。不恰当的创面治疗会使皮肤创面的愈合能力变差，影响肉芽组织的生长。很多报道已经证明了脂肪间充质干细胞可以加快小鼠创面的愈合速度[11-15]。脂肪间充质干细胞受到损伤应激时，它分泌的多种有益细胞因子如IL-6等会归巢到受伤部位并进行修复，减轻炎症反应，增强皮肤愈合能力。

2 脂肪间充质干细胞在慢性呼吸系统疾病上的应用研究

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)特点为病程缓慢且易复发，造成肺损伤，并伴有炎症症状。该病为呼吸障碍疾病。其病因与吸入有害气体有关，如吸入过多的香烟烟雾或有害气体均可引起发病。研究人员发现，当发生慢性阻塞性肺疾病时，脂肪间充质干细胞可以分化为肺上皮细胞并表达其表面标记物[16]，使其可以逃脱免疫监视。除此之外，脂肪间充质干细胞可以通过归巢特性到达慢性肺阻塞性肺病的小鼠肺组织内并存活，减轻肺组织病变[17-21]。脂肪间充质干细胞对慢性肺阻塞性疾病的主要作用是脂肪间充质干细胞分泌的细胞因子可以调节减轻炎症反应，对肺组织进行修复，从而改善小鼠的肺功能，达到对慢性阻塞性肺病小鼠的治疗作用。

3 脂肪间充质干细胞在免疫性疾病上的应用研究

3.1 在系统性红斑狼疮中的作用

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)会导致免疫调节失衡及体内形成大量的抗体，进而引起多个器官受到损伤。该病为自身免疫系统疾病，特点为多种免疫细胞因子异常活化。在临床上，研究红斑狼疮常用MRL/lpr小鼠作为疾病模型来评估脂肪间充质干细胞对红斑狼疮的治疗效果[22]。脂肪间充质干细胞可以调节狼疮小鼠的免疫功能并对免疫紊乱起调节作用[23-26]，主要通过减少系统性红白狼疮小鼠自身产生抗体，加强树突状细胞增殖能力，促进Th细胞的转化，从而改变免疫应答的类型，提高小鼠存活率。

3.2 在免疫性脑脊髓炎中的作用

免疫性脑脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis，EAE)发生在中枢神经系统，其特征是髓磷脂损失的自身免疫性疾病。本病特点为髓鞘再生机能丧失，神经元发生不可逆损伤，并破坏血脑屏障。研究人员通过建立自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型发现，脂肪间充质干细胞是促进髓鞘再生及修复的有效方法，通过给小鼠注射脂肪间充质干细胞，小鼠的神经功能缺损会下降[27-28]。在建立免疫性脑脊髓炎小鼠模型时，研究者还发现免疫性脑脊髓炎小鼠脾脏的Treg细胞明显降低，且Th1型和Th2型细胞关系失衡[29]。脂肪间充质干细胞对免疫性脑脊髓炎的作用机制既包括机体免疫功能异常时的免疫调节，又包括炎症环境时的抗炎修复。Th1型细胞及单核细胞均会参与免疫性脑脊髓炎小鼠的脱髓鞘过程，并会产生促炎因子如TNF-α和IL-17等，进而促进T细胞和巨噬细胞的活化，导致血脑平衡破坏，使炎性细胞进入大脑神经系统，导致神经损伤。而Th2型细胞会产生抗炎因子，这些抗炎细胞因子的产生有助于免疫性脑脊髓炎病程的延缓[30]。脂肪间充质干细胞移植后，会使细胞向Th2型细胞分化，改变体内微环境，进而抗炎，改善神经功能，减少神经细胞发生损伤，并使中枢神经系统内形成一种抑炎的微环境，从而起到对神经髓鞘进行保护的作用，使其有望于成为免疫性脑脊髓炎治疗的新方法。

4 脂肪间充质干细胞在神经性疾病上的应用研究

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease，AD)是一种神经退行性疾病，本病主要的致病机制为Tau蛋白和β淀粉样蛋白异常堆积造成中枢神经系统损伤以及神经胶质细胞异常增生[31]。脂肪间充质干细胞主要通过分化成神经细胞并归巢到病变部位，从而对此类神经性疾病发挥作用。在小鼠模型中，研究人员发现通过注射脂肪间充质干细胞可以促进小胶质细胞活化，提高小鼠神经再生活性，促进神经修复功能，进而缓解小鼠的病情进展[32-34]。脂肪间充质干细胞对神经退行性疾病作用是多方面的，如促进神经细胞的修复和减轻炎症。脂肪间充质干细胞还可以治疗肌萎缩侧索硬化等神经性疾病[35]，对这些神经性疾病起作用可能是与脂肪间充质干细胞的高分化潜能有关，脂肪间充质干细胞通过分化为神经细胞，迁移到受损的神经细胞周围，并对其进行修复，来达到延缓或缓解病情的作用。

5 脂肪间充质干细胞在其他疾病上的应用研究

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谢紊乱及胰岛素分泌异常从而引起机体血糖升高及一系列并发症，该病是一种代谢性疾病。实验研究发现，注射脂肪间充质干细胞可以使1型糖尿病动物模型的血糖快速降低[36]。以前的研究证明了间充质干细胞对1型糖尿病起治疗作用[37-39]，这可能是因为脂肪间充质干细胞可以分化为胰岛细胞并增强胰岛细胞分泌胰岛素能力，加快肝脏代谢葡萄糖的速度，进而降低血糖水平，达到治疗1型糖尿病的作用。

5.2 在脑损伤中的作用

脑损伤(brain injury)是由于脑神经元受到不可逆损伤而引起的。有研究报道了脂肪间充质干细胞可以对冻伤大鼠脑损伤起作用[40]。通过静脉注射脂肪间充质干细胞，脂肪间充质干细胞可以通过血脑屏障迁移到损伤部位，并可以在脑组织中扩散，促进受损脑组织中神经细胞因子的分泌，使脑损伤区细胞凋亡减少，修复受损部位，减轻炎症反应，使神经功能明显改善，进而对脑损伤起到治疗作用。

6 展望

脂肪间充质干细胞除对上述疾病有治疗作用外，还可以治疗肝损伤、肾衰竭、肾病综合征、放射性疾病等。脂肪间充质干细胞在炎症中的积极作用为大家所认可，间充质干细胞可以分泌大量抑炎因子进行抗炎，同时在炎症及损伤刺激下也会分泌许多其他的细胞因子来调节炎症反应，进而实现对疾病的抗炎修复。脂肪间充质干细胞在免疫性疾病中也表现出了积极的治疗作用，脂肪间充质干细胞可以活化免疫细胞，如其中激活的淋巴细胞，它可以增强免疫耐受，减轻免疫反应，对疾病进行治疗。对于其他疾病，脂肪间充质干细胞可以分化成所需的细胞，并分泌多种细胞因子对疾病发挥治疗作用。在未来，脂肪间充质干细胞对疾病的作用机制也将变得越来越全面，从而推动医学的发展，使其达到一个新的阶段。