脂肪干细胞与组织再生的研究进展

李 鹏 冯 锐

天津市中心妇产科医院乳腺科，天津300100

脂肪干细胞与组织再生的研究进展

李 鹏 冯 锐

天津市中心妇产科医院乳腺科，天津300100

脂肪干细胞(ADSCs)从2001年被分离并研究，目前已经成为组织工程和再生医学领域应用最为广泛的成体干细胞。与其他来源干细胞相比，ADSCs具有来源丰富、取材方便、增殖活性高、多向分化潜能等独特优势，而自体脂肪移植技术在创伤和修复重建领域的应用也越来越广泛。本综述着重总结近年来应用ADSCs进行修复重建的研究进展，尤其是动物实验的模型和方法。

脂肪干细胞;自体脂肪移植;细胞辅助的脂肪移植;组织修复

脂肪组织遍布全身，具有保护和维持人体正常外观的作用。当人体结构受到破坏时，如女性患乳腺癌接受手术治疗后，可通过重建手术再造其组织。根据美国整形外科学会(ASPS)的统计，2010年全美国共完成了超过180 000例的乳房重建和头颈部重建手术［1］，但假体的长期效果仍不肯定，可能会出现移位、泄漏以及包膜挛缩。近年来，自体脂肪移植这一微创技术越来越受到关注，尽管从长期效果来看，其存活率和持久性仍然具有很大的不确定性，但具备自我更新和多向分化潜能的脂肪干细胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)依然有着良好的应用前景。

1 ADSCs与脂肪移植

ADSCs于2001年被Zuk等［2］分离并研究，并发现其具有多向分化潜能。其可分化为多种细胞，如脂肪细胞、骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞、心肌细胞和神经细胞等［3-9］。同时，由于来源于血管丰富的血管基质部分，ADSCs也可分化为血管内皮细胞［10-11］。多项实验表明，ADSCs可表达和分泌多种生长因子，如胰岛素样生长因子、肝细胞生长因子、转化生长因子和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)［12-16］。由于其获取途径简单，组织损伤小，ADSCs可直接从体内获得，而省去了体外培养阶段。基于以上生物学特性，脂肪组织已成为具有重要临床应用价值的干细胞来源。

与骨髓来源干细胞相比，相同体积的脂肪组织所含干细胞数量是骨髓组织的1000倍［17］。因此，ADSCs在组织修复或再生中的应用非常广泛，包括心血管组织再生、骨/软骨修复、尿道重建、椎间盘修复和外周神经修复等，甚至在阴茎勃起功能障碍中也有应用。Zuk［15］的综述阐述了ADSCs广泛的临床应用前景，尽管其中部分研究还处在早期阶段，但ADSCs最为突出的应用已出现在脂肪游离移植领域。虽然其分子机制不明，但临床上已经观察到ADSCs可改善脂肪移植的长期效果，增加成活率，诱导血管生成和向脂肪细胞分化［18］。

随着材料科学以及组织工程技术的发展，脂肪移植的临床应用也越来越为广泛。Coleman技术作为一种脂肪移植技术在全世界范围内被整形外科医生广泛应用［18］。该技术由Sydney Coleman医生发明，技术细节包括脂肪的获得(从腹部、大腿或臀部抽吸脂肪)、脂肪的纯化以及脂肪的移植。脂肪移植时需要将其以非常小的体积注射到多个层次中。为了改善移植脂肪的效果，Yoshimura等［19］发明了细胞辅助的脂肪移植技术(cell-assisted lipotransfer，CAL)。另一备受关注的脂肪移植技术是脂肪移植前，进行组织外扩张，以提供受区组织床的技术。这一技术主要用于乳房重建手术，受区预扩张可扩大腺体内空间，促进血管新生，利于移植脂肪的成活［20］。Del Vecchio［21］的病例报道显示，组织预扩张在乳房不对称和乳房畸形方面也有应用价值。Zocchi等［22］的一项包含181例女性患者的临床研究显示，脂肪移植术前30 d开始，每天12 h的丰胸治疗可以改善脂肪移植效果。Del Vecchio等［20］的一项临床实验表明，移植术前3周进行丰胸治疗可提高64%的脂肪成活率。尽管这些研究缺少足够的对照组来证实预扩张的作用，但就其取得的效果而言，也值得进一步的研究和推广。

2 ADSCs辅助脂肪移植的动物实验研究

目前国内外已经有多种动物模型用于研究不同技术对于移植脂肪的细胞存活影响。在最早的关于啮齿类动物的研究中，Masuda等［23］将网膜组织混合来自附睾脂肪组织中的前脂肪细胞移植到Wistar大鼠的背部皮肤中。12周后，可测到高水平的三酰甘油，毛细血管密度以及VEGF的表达;更为重要的是，与网膜组织共移植显著提高了脂肪组织的存活。在另一项关于细胞辅助移植和非细胞辅助移植的研究中，Matsumoto等［11］发现在SCID大鼠中，细胞辅助移植效果更好，平均比非细胞辅助移植成功率高35%，微血管形成也更好。ADSCs可从人体脂肪组织中方便的分离出来，并具有分化为成熟脂肪组织的能力。当ADSCs与成熟脂肪组织混合移植后，可迅速促进ADSCs向脂肪组织分化［11］。某些研究发现低氧环境可以促进ADSCs合成和分泌多种脂肪源性生长因子［24-26］，同时促进微血管的生成［11,27］。Moseley等［27］的一项相似研究发现将裸鼠脂肪组织与ADSCs共同移植，可以维持其脂肪细胞形态，且成活后是单独移植的脂肪组织重量的2.5倍。最近，两项研究表明ADSCs辅助脂肪移植可以改善移植脂肪的存活率［8-9］。在一项为期6个月的研究中，Lu等［28］发现与非ADSCs辅助移植对照组相比，VEGF转导ADSCs辅助脂肪移植具有以下优势:①可显著提高移植脂肪成功率;②可显著提高脂肪组织中毛细血管密度。组织学检查发现ADSCs来源的血管内皮细胞与毛细血管增多有关。另外，一项关于鼠类脂肪移植的研究也发现，ADSCs与脂肪共移植6个月和9个月后，移植脂肪的存活率和毛细血管密度升高［29］。大多数的此类研究均使用非常高的细胞负荷，这在临床研究中是极难实现的。同时，目前尚不存在标准化的ADSCs获取、成脂诱导及移植流程。

此外，组织工程技术也被应用到脂肪组织生长和再生研究中。使用生物材料支架来促进ADSCs的附着、增殖、成脂分化和脂肪新生是一个新的研究热点。目前，文献报道过的合成和生物材料有基质胶［30-32］、真丝［33］、明胶［34］、聚乳酸共同乙醇酸微球［35-37］和藻酸纤维［38］。在某些研究中，已经使用这些支架材料制成稳定的组织工程化组织［30,34，36-37,39］，尤其是作为控制释放胶囊化生长因子的载体。Choi等［40］发现从人ADSCs中提取的可注射细胞外基质粉末可在体外培养中作为细胞黏附或生长的基板，体内培养中可促进新脂肪组织的生长。文献证实，天然或合成的“皮肤”基质可以促进皮肤移植物的存活［41］，那么以基本相同的方式，天然脂肪或类似脂肪的生物物质也可能促进脂肪组织的成活。

3 ADSCs辅助脂肪移植的临床研究

自体脂肪移植已在临床广泛应用多年，并有多篇临床病例报道。2006年文献报道了3例患者应用Coleman技术进行面部脂肪移植术［18］。长期随访发现(1例患者随访接近12年)，脂肪移植可显著改善面部轮廓并且存活良好;全部患者的移植脂肪组织均与周围组织融合良好。Coleman等［42］于1995～2000年进行了17例应用Colmen技术实施的自体脂肪注射隆乳术，患者均表示移植术后乳房的体积明显增大，外观自然，手感柔软。自体脂肪注射入乳腺组织最大的问题在于微钙化形成，会影响乳腺癌的筛查。但是在这组患者中，作者发现所有患者在术后1年均成功进行了乳腺影像学检查。脂肪移植术是否会导致乳腺癌这一安全问题只能依靠长期临床实验的结果来回答。

细胞辅助的脂肪移植技术(CAL)在日本已被Kotaro Yoshimura医生应用，在其他国家也有应用。这些临床研究的结果显示了移植脂肪的长期存活情况。在其早期发表的文献中，Yoshimura等［43］将CAL技术应用于6例面部脂肪萎缩患者中，术后随访9～13个月，CAL组比非CAL组脂肪移植临床效果评分更高。非CAL组仅有1人出现并发症，为脂肪坏死。Yoshimura等［43-44］将CAL技术应用于55例隆乳或乳房再造患者，术后随访6个月，也取得了很好的效果。Kitamura等［45］将CAL技术应用于5例乳腺癌术后再造患者也取得了类似的效果。

迄今为止，没有文献报道CAL或非CAL技术会增加女性患乳腺癌的风险。自2003年以来，Yoshimura等［43］已成功将CAL技术应用于近500例隆乳或乳房再造患者。尽管动物实验证实ADSCs与脂肪组织共移植可以增加成活后体积，但目前尚无明确研究证实在人体内进行CAL技术效果优于传统的脂肪移植手术，仍需随机对照实验证实其优越性，并且在临床应用中，对于细胞剂量等基本问题还需进一步完善和研究。

4 脂肪移植研究的不足:尚无标准化流程

为了准确比较现有关于人类或动物体内脂肪移植的数据，必须建立标准化的方法学。同时，也需要制订统一的、与体内环境相似的体外培养条件，来帮助改善临床实验的效果。不幸的是，目前文献中没有关于人来源ADSCs进行体内实验的动物模型来评估脂肪移植的短期或长期效果，也没有相关的文献报道。例如，大鼠与小鼠相比，是否更具代表性?大动物用于实验研究是否更好?无胸腺或非免疫功能低下的啮齿类动物是否对此类研究更合适?也许两种啮齿类都是合适的动物模型，尽管其种系、年龄和性别需要考虑，因为这些因素可能影响异种移植存活率。另外，需要考虑实验的研究时间和移植部位。例如，8周的时间用于研究人类脂肪移植是否足够长?头部移植模型［27,29］或兔耳模型［46-47］是否比传统的侧腹部或背部皮下组织移植模型更为稳定?这些模型在脂肪移植的长期存活率方面是否有显著差别?注射方法也是研究中需要考虑的影响因素。很明显弥散扇形移植更加符合临床上面部和乳房重建的注射模式。考虑到移植后脂肪与周围组织的接触面更大，从理论上说，扇形移植的脂肪存活率应该更高，但目前并无这方面的比较数据。Thanik等［48］研究发现在转基因小鼠中应用Colmen技术进行扇形脂肪移植，不分离、不扩增的人ADSCs细胞可以促进血管新生并有较高的脂肪存活率。

如何进行脂肪组织的获取和ADSCs的分离才能最大程度地提高脂肪成活率?在自体脂肪移植方面，Coleman技术可在3 min内获得大约1200 g的纯化脂肪［49］，离心后，顶层(油)和底层(水)被抛弃，保留中部的脂肪层。研究表明Colmen技术比传统的脂肪获得技术可以得到数量更多地脂肪细胞［50］。此外，文献中还有多种关于Colmen技术和ADSCs分离和纯化技术的方法学报道［51-52］。在所需脂肪体积较大的乳房手术中，Coleman技术引起注射器容量较小而不够有效，临床上常使用其他技术。Yoshimura等［19，53］报道基质血管组分(stromal vascular fraction，SVF)单独注射，而不与纯化脂肪混合的话，可能会引起SVF的不定向分化和迁移，并因此导致局部皮下脂肪组织的纤维化。

除了脂肪的处理过程，还需要考虑的问题包括供区部位，处理脂肪的类型等。年龄，性别和部位都会影响ADSCs的功能和分化潜能［54-55］，何处的脂肪用于脂肪移植长期存活率最高?如何培养所得脂肪组织更适合于面部填充或者更适于脂肪填充?众所周知，雌激素对于脂肪细胞的生物学功能具有重要意义，17-β雌二醇对于调节男性或女性的脂肪细胞发展和成人脂肪细胞数量都具有重要意义［56-57］。对于脂肪移植的长期效果而言，Coleman等［18］更推荐低速离心所得的纯化脂肪。

5 小结

总之，尽管ADSCs的获取和培养方法仍有待于标准化，目前临床实验的长期效果仍有待观察，但ADSCs仍然在增强脂肪移植效果和减少重建手术损伤方面具有良好的应用潜能。期待在不久的将来，会有革命性的技术进一步增强ADSCs移植治疗，促进整形外科领域和组织工程技术的发展。

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Research advances of adipose-derived stem cells and tissue regeneration

LI Peng FENG Rui
Department of Breast Surgery,Tianjin Central Hospital of Gynecology Obstetrics,Tianjin 300100,China

Adipose-derived stem cells(ADSCs)were isolated and researched from 2001,have become one of the most populations for research in tissue engineering and regenerative medicine applications.Compared with other sources of stem cells,ADSCs has rich source,conveniently,high proliferation activity,multi-directional differentiation potential of unique advantages,and autologous fat transplantation in trauma and is becoming more and more widely applied in the field of rehabilitation.This paper reviews on the application research progress of ADSCs repair reconstruction in recent years,especially the model and method of animal experiments.

Adipose-derived stem cells;Autologous fat transplantation;Cell-assisted fat transplantation;Tissue repair

R329.2

A

1673-7210(2015)03(a)-0037-05

2014-12-10本文编辑:任念)

李鹏(1983-)，男，硕士;研究方向:乳腺外科。

冯锐(1970-)，男，博士，主任医师;研究方向:乳腺外科、整形外科。