组织工程脂肪微环境中影响血管化的因素

刘晓慧　刘毅

[摘要]脂肪组织工程中构建的组织块体积较小，主要与所构建的脂肪组织中新生血管生成不充分有关。脂肪组织是人体组织中血管分布最丰富的组织，每一个脂肪细胞都被丰富的毛细血管网所围绕，因此如何有效构建血管化组织工程脂肪成为再生医学的热点问题。脂肪组织工程三要素：种子细胞；与种子细胞具有良好生物相容性的三维支架和调控脂肪组织生长的微环境。本文拟就调控脂肪组织生长的微环境来分析影响构建血管化组织工程脂肪的因素。

[关键词]脂肪组织工程；脂肪组织；组织工程微环境；血管化；细胞因子

[中图分类号]R622 [文献标志码]A [文章编号]1008-6455（2017）06-0129-04

脂肪组织工程中修复软组织缺损时，构建出的脂肪组织体积往往较小，主要与所构建的脂肪组织中新生血管生成不充分有关。而脂肪组织中每一个脂肪细胞都被丰富的毛细血管网所围绕，是人体中血管分布最丰富的组织，在再生医学领域，如何构建血管化组织工程脂肪成为一大难题。脂肪组织工程具有三要素：种子细胞；与种子细胞具有良好生物相容性的三维支架和调控脂肪组织生长的微环境；每一个要素都直接影响血管化组织工程脂肪的形成。本文拟就调控脂肪组织生长的微环境来分析影响构建血管化组织工程脂肪的因素。

1组织工程脂肪的血管生成

脂肪组织工程中脂肪组织血管的生成主要表现为内皮细胞的增殖及迁移，通过细胞间连接进而形成管腔，在血管周围支持细胞协同下，与现有的血管吻合，从而形成循环。脂肪组织中脂肪干细胞、前脂肪细胞、脂肪细胞以及炎性细胞可通过旁分泌作用，分泌各种细胞因子促进血管的形成。白色和棕色脂肪组织均可产生多种促血管生成生长因子，包括血管内皮生長因子A（VEGF-A），肝细胞生长因子（HGF），酸性和碱性成纤维细胞生长因子（aFGF/bFGF），瘦素等以及抗血管生成因子，包括血小板反应蛋白-1（TSP-1）或其他血管生成调节剂如纤溶酶原激活物抑制剂或脂联素，这些因子共同决定脂肪组织中生成的血管表型。巨噬细胞、其他炎性细胞和基质细胞同样参与血管生成的调节。

2促进血管生成的因素

2.1血管内皮生长因子（Vascular endothel ial growthfactor，VEGF）：VEGF家族在脂肪组织工程微环境中与血管生成的关系最为密切，活性最强，是1989年Ferrara和Henze从牛垂体滤泡细胞体外培养液中首次分离纯化出来的，主要由血管基质成分及成熟的脂肪细胞表达。在所有的脂肪组织中，大网膜表达最高水平的VEGF。VEGF家族包括A、B、C、D、E、F以及胎盘生长因子（Placental growthfactor，PIGF），以不同的方式与三种酪氨酸激酶受体结合，即VEGFR1，VEGFR2，VEGFR3。VEGF家族成员中主要发挥作用的是VEGF-A，许多研究表明，VEGF-A在生理性和病理性血管形成中至关重要。VEGF-A主要结合VEGFR1和VEGFR2，VEGFR1表达于血管内皮细胞、周皮细胞、单核细胞、巨噬细胞、胎盘滋养细胞和造血干细胞，诱导单核细胞、巨噬细胞增殖及血管的发生及生成。而VEGFR2主要表达于血管内皮细胞，诱导血管的形成。VEGF-C和VEGF-D主要作用于VEGFR3，VEGFR3在发育期间存在于所有内皮细胞，但在成体中局限于淋巴管及部分网状血管内皮表面，因此VEGF-CS和VEGF-D主要参与淋巴管的形成及细胞外基质（EcM）的降解。胎盘生长因子（PIGF）仅在病理条件下作用于VEGFR1促进血管的生成。亢婷等将携带VEGF165基因的慢病毒转染脂肪间充质干细胞，VEGF呈持续表达，在Wistar大鼠体内成功构建出组织工程脂肪；Zhang Q等将含有VEGF的PLGA/PEG微球包裹于接种脂肪干细胞的胶原壳聚糖支架中，并种植于裸鼠的体外组织工程室模型中，8周后相比较对照组，实验组新生血管以及脂肪组织明显增加。

2.2肝细胞生长因子（HGF）：HGF由间充质产生，并且通过激活c-Met受体的酪氨酸磷酸化，刺激各器官中的上皮细胞进行有丝分裂，进而增殖、运动，导致人体形态的发生和血管生成。HGF/c-Met信号通路同时可协同VEGF/VEGFR信号通路参与血管生成的调节。研究表明与VEGF和bFGF不同的是，HGF在诱导成熟的血管形成的过程中，不激活NK-KB途径，而NK-KB途径激活引起炎症，可导致血管通透性的升高，因此，HGF仅仅促进血管的生成，而不诱导炎症的发生及血管通透性的增加。

2.3碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）：bFGF是由Gospodarowiz等于1974年在牛脑垂体中分离纯化，bFGF可通过激活Akt/MMP-2信号通路等多种机制显著诱导血管生成，Monti等发现激活PKCε可显著促进内皮细胞分泌bFGF，而bFGF可上调VEGF受体的表达，进而促进血管新生。研究表明，在含有脂肪间充质干细胞的移植物中加入bFGF，相对于对照组，实验组中VEGF呈现高表达，而血小板源性生长因子BB（platelet derived

growthfactor-BB，PDGF BB）以及基质金属蛋白酶-2（matrixmetalloproteinase-2，MMP-2）的表达无明显变化，说明bFGF是通过依赖VEGF途径来诱导血管的生成，二者协同作用从而诱导血管的生成。

2.4胰岛素样生长因子（IGF）：IGF是一种天然生长激素，IGF家族由IGF-1和IGF-2两种组成，二者特异性结合细胞表面受体，并激活各种细胞内信号传导，从而调节细胞功能。对IGF的细胞应答主要由IGF-1受体介导，IGF-1受体属于酪氨酸激酶生长因子受体。s.galajfi等最近研究通过建立小鼠体内及体外伤口模型，证实了IGF-1可促进伤口愈合，促使血管生成，但IGF-1不会导致VEGF的上调，其诱导血管生成并不依赖于VEGF途径。目前IGF-1促进血管生成的具体机制尚未清楚，需进一步研究证实。endprint

2.5瘦素（Leptin）：瘦素是由脂肪细胞合成分泌的内分泌激素，在中枢和外周组织中的能量稳态平衡中起关键作用，参与生殖、免疫、骨增殖和血管生成的调节，并通过作用于弓状核来调节脂肪储存。多项研究表明瘦素可以是有效的血管生成因子或血管生成诱导剂，在角膜囊及鸡绒毛尿囊膜（CAM）两种体内血管生成测定模型中发现瘦素可直接作用于血管内皮细胞和平滑肌细胞的瘦素受体，诱导血管的生成，同时也可通过调节VEgF，TSP-1和Ang-2，作为间接血管生成因子起作用。瘦素通过Jak/stat3信号通路调节VEGF的表达，并通过JAtC2和MAPK依赖性通路来上调血管平滑肌细胞中的TSP-1表达，在血管生成的稳定性中发挥作用。

2.6神经肽Y（NPY）：NPY是另一种内分泌和旁分泌因子，是具有多效作用的交感神经递质，神经肽Y和NPY受体在哺乳动物中枢神经系统中广泛表达。主要在中枢和外周组织起作用，影响脂肪组织的形成。在脂肪组织生成过程中，NPY通过激活血管内皮细胞中的Y2受体，从而在体外和体内刺激血管生成，并且实验表明小鼠体内Y2受体的缺失会导致伤口愈合延迟。进一步证实了NPY在组织缺损修复中具有促进血管生成的作用。

2.7低氧诱导因子1-α（HIF-1α）：HIF-1α是缺氧信号的主要介质，是生理或病理状况下血管生成的主要触发因素。实验表明，在低氧环境中，VEGF和b-FGF的mRNA和蛋白质含量明显上升，明显促进血管内皮细胞的生长，减少内皮细胞凋亡。以低氧环境处理ADSCs，以延长其生存能力和激发干细胞特性，促使血管生成可能是今后研究的方向之一。同时，ADSCs在缺氧的环境中可以释放氧化物质、自由基及分子伴侣、热休克蛋白等，清除受损局部区域的细胞毒性物质，促进存活细胞的生物学活性。

3参与调节血管生成的因素

3.1血管生成素（Ang）：kng是VEGF的重要的配体。该系统包括血管生成素-1和-2（Ange-1和Ang-2），并且结合与Ig和表皮生长因子具有同源结构域的酪氨酸激酶（Tie：Tiel和Tie2）受体。Tiel受体对于血管发生无明显活性，Ang-1和Ang-2通过活化Tie2受体促进血管的发生：Ange-1主要参与血管壁重塑，成熟和稳定，介导内皮细胞的迁移，粘附和存活；Ang-2则破坏内皮和血管周围细胞之间的连接并促进细胞死亡和血管退化。但Ang-2联合VEGF又能促进新血管形成。

3.2转化生长因子B（TGF-β）：TGF-β家族包括TGF-β₁，TGF-β₂和TGF-β₃，主要作用于细胞的增殖、分化及迁移，参与炎症，也参与血管生成。许多小鼠和人类的遗传研究发现了在血管生成过程中转化生长因子-β信号转导的关键作用。TGF-β主要通过两种相对的Ⅰ型受体/Smad通路活化内皮细胞，即ALK1和ALK5，直接作用于内皮细胞的生长和迁移，并间接参与调节血管生成。TGF-β在脂肪细胞和基质细胞中表达，可以根据内皮细胞中的浓度和受体类型正向和负向调节血管生成。TGF-β在体内诱导血管生成的机制尚不清楚。

3.3血小板反应蛋白（TSP）：TSP是由血小板分泌的糖蛋白，TSP-1和TSP-2是血管发生的有效内源性抑制剂。它们直接作用于内皮细胞，并通过拮抗VEGF的活性来抑制血管生成。TSP-1作用于血管内皮细胞上的CD36和CD47受体，调节内皮细胞的迁移、增殖及凋亡，从而抑制新血管的生长，并可活化处于休眠期的TGF-β，而TSP-2可竞争性抑制TSP-1介导的TGF-B活化，共同参与脂肪组织中血管形成的调节。

3.4脂联素（adiponectin）：脂联素是由脂肪细胞分泌的脂肪因子，脂联素在循环中主要有三个亚型：低分子量的三聚体，中等分子量的六聚体和高分子量的多聚体。高分子量多聚体是主要的活性蛋白。在内皮细胞上主要有两种脂联素受体，即R1和R2受体。脂联素的主要作用靶点在内皮细胞，激活半胱氨酸蛋白酶，诱发内皮细胞凋亡，抑制单核细胞黏附到内皮细胞，最终抑制内皮细胞及血管平滑肌细胞的增殖、迁移和存活。脂联素同时具有胰岛素增敏、抗动脉粥样和抗炎特性。

3.5炎性细胞：脂肪组织中炎性浸润细胞和脂肪细胞可产生高水平的促血管生成因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白细胞介素（IL）-1β，IL-6和IL-8。其中，TNF-α在炎症反应中作用显著，TNF-α在体外可促进内皮细胞形成并抑制内皮细胞增殖。除了其直接的血管生成活性，TNF-α是一种有效的炎性细胞因子，将炎症、血管生成和脂肪的形成联系起来。TNF-α还可以抑制脂肪细胞中脂联素的mRNA表达。此外，IL-6可促进脂肪组织产生VEgF，从而促进血管的形成。

3.6基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）：许多证据表明了基质金属蛋白酶（MMP）系统在脂肪组织血管生成的潜在作用，其位于细胞外基质（ECM），包括切割所有ECM和非ECM组分的蛋白酶以及MMP的组织抑制剂（TIMP）。组织蛋白酶属于半胱氨酸蛋白酶家族，对ECM中的弹性蛋白和胶原蛋白具有水解作用，在人类病原生物学中发挥重要作用，其中，组织蛋白酶B由脂肪组织分泌，可以同时调节促血管生成因子和抗血管生成因子。另外，ADAM（去整合素和金属蛋白酶）和ADAMTS（具有TSP基序的ADAM）蛋白也具有调节血管生成和脂肪生成的功能。

4展望

脂肪组织微环境中存在各种细胞因子，它们分别发挥着不同的效应，共同调节血管的形成、生长及维持血管的稳定性。在构建组织工程脂肪过程中，脂肪干细胞分化成脂肪细胞、内皮细胞，脂肪细胞再与内皮细胞相互作用，共同调节脂肪组织的生长。微环境中的各种细胞因子是必不可少的，要实现组织工程脂肪的血管化，需要了解微环境中各種影响脂肪组织血管生成的因素，从而建立一个良好的微环境。因此进一步完善各种影响因子的调控机制及相互作用，研究如何使组织工程微环境中各种促进血管生成因子在血管形成及生长过程中维持适当的浓度，对构建血管化组织工程脂肪具有重要的意义。

[收稿日期]2017-01-18

[修回日期]2017-05-21

编辑/张惠娟endprint