脂肪间充质干细胞治疗急性肝衰竭机制的研究进展

赵高远，谭雪莹，王占春

(青岛大学医学院附属青岛市市立医院，山东青岛 266011)

急性肝衰竭最有效的治疗方法为原位肝移植，行紧急肝移植的患者预期生存率约为75%[2]。但目前因存在肝脏供体严重不足、手术损伤、免疫排斥反应及费用昂贵等诸多问题，使得急性肝衰竭的治疗成为了一个国际性的难题[2，3]。肝细胞移植是将分离纯化的肝细胞植入患者体内暂时性地对遗传性代谢性肝病和急性肝衰竭等患者提供代谢性支持，与原位肝移植比较，具有价廉、操作简单、可重复进行、移植细胞可体外培养增殖及冷冻保存，还可进行基因修饰等优点[4]，是目前的研究热点。但肝细胞来源短缺、肝细胞移植后增殖能力差及免疫排斥等问题限制了其临床应用。目前细胞来源的研究主要集中于胚胎干细胞(ESC)与成体干细胞(ASC)上，二者虽各有优点，但ESC的应用仍有伦理、道德、法律等方面的争议，向肝细胞系分化的报道局限于鼠体外研究。ASC可分化成为其他组织细胞，亦即具有可塑性。目前成体干细胞移植方面的研究主要是骨髓间充质干细胞以及脂肪间充质干细胞(ADSCs)，脂肪组织中的间充质干细胞(MSC)可分化为神经元、内皮细胞、肌细胞、成骨细胞、成软骨细胞等[5,6]，并可以横向分化为肝前体细胞和肝细胞[7]，其具有取材容易，增殖能力强，体外培养、传代及扩增容易，可以直接取材于患者本人，能避免移植后免疫排斥反应的发生等特点。用ADSCs替代成熟肝细胞进行移植治疗肝病，有望使细胞移植在肝病治疗方面取得重大突破。本文就脂肪间充质干细胞(ADSCs)移植治疗急性肝功能衰竭的机制作一综述。

1 抑制肝细胞

大量研究表明急性肝衰竭与肝细胞凋亡的关系十分密切，肝细胞凋亡是肝衰竭发病的关键环节[8]。ADSCs可以分泌大量抗凋亡因子，如VEGF、Caspase、HGF等因子[9,10]。VEGF作为一种促进血管再生的重要因子，在ADSCs治疗急性肝衰竭时表达上升[11,12]。Caspase是一组含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶，是一种存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶。Caspase与真核细胞凋亡密切相关，并参与细胞的生长、分化与凋亡调节，急性肝衰竭时其表达上升，邓利娟等[13]研究发现，应用Caspase抑制剂后急性肝衰竭小鼠肝细胞凋亡率明显下降。HGF是存在于急性肝损伤动物血浆中的蛋白因子，能刺激肝细胞的DNA合成，在肝再生过程中起重要作用。HGF不同于再生肝和胚胎肝细胞中的肝刺激物质(HSS)，愈来愈多的报道表明，HGF不仅作用于肝再生，且对许多组织和细胞的生长、分化起重要调控作用[14]。Nishino等[15]研究发现,HGF基因移植能够在早期改善行部分肝切除术的肝纤维化大鼠生存,其机制可能与HGF上调Bcl-xl的表达从而抑制肝细胞凋亡有关。许多研究证实ADSCs治疗急性肝衰竭小鼠后，较模型组相比治疗组肝细胞凋亡率明显下降[16]。以上研究说明ADSCs可以通过抑制肝细胞凋亡进而治疗急性肝衰竭。

2 抑制肝纤维化

急性肝衰竭时细胞大量凋亡伴随而来的是肝内星状细胞(成纤维细胞)大量增生，肝脏纤维化形成。因此抑制肝脏纤维化可以延缓肝衰竭的进程。如前所述，ADSCs移植治疗急性肝衰竭小鼠时，VEGF和HGF分泌增加；而VEGF可通过减少胶原蛋白的沉积减轻肝脏纤维化[17]。Narmada等[18]研究表明，对肝纤维化小鼠靶向输注HGF基因后其肝纤维化标志物α-SMA和胶原蛋白的表达显著下降，这可能与HGF抑制Ⅰ型胶原合成酶有关。Jin等[19]报道，经CCl4处理后肝硬化小鼠移植转染Bcl-2基因的ADSCs后HLCs、mRNA、ALB及CK18蛋白水平明显上升，肝纤维化程度及肝功能较模型组改善明显。肝星状细胞(HSCs)在肝纤维化形成过程中起关键性作用[20],其活化可以通过自分泌和旁分泌信号通路，其中一条主要通路是PDGF-β通路。PDGF-β通路可以激活其他通路，如Ras/MAPK、PKC、Phosphoinositide 3-kinase-AKT通路，导致HSCs增殖。陈国忠等[21]将间充质干细胞与HSCs共培养后研究发现，HSCs的增殖明显受到抑制。目前对ADSCs治疗肝纤维化的基因及通路研究较少，有待进一步完善。

3 抑制炎症反应及免疫调节

炎性因子浸润及免疫介导的肝损伤是肝衰竭发生中的核心环节之一。研究表明，免疫因子(如NK细胞、Kupffer细胞、DC细胞等)的活化在肝衰竭的发病中起到关键作用。ADSCs的免疫原性很低而能显著的表现出一些免疫调节的特点，其免疫原性可以通过成软骨分化和IFN-γ的处理后得到加强[22]。在急性肝衰竭早期，免疫细胞尤其是Kupffer细胞分泌大量炎性介质。而He等[23]通过静脉注射ADSCs治疗急性胰腺炎小鼠，检测发现TNF-α、IL-1β、IL-6、IFN-γ等炎性因子表达明显下降，这表明ADSCs可以通过抑制炎症因子的分泌起到抗炎的作用。Shen等[24]的研究发现间充质干细胞可以促进M2型巨噬细胞的增殖及VEGF的分泌，抑制炎症反应。以上研究表明ADSCs可以在抗炎及免疫调节方面治疗急性肝衰竭。

4 肝样细胞分化

目前国内外有大量的实验证明了ADSCs的多向分化潜能[25～30]，其肝样分化治疗肝衰竭的潜能同样受到了广泛的关注。Guan等[28]研究发现ADSCs具有肝向分化潜能，并发现这种肝向分化可能与Caveolin-1通过MAPK通路调节有关。肝衰竭的发生与病毒性肝炎密切相关，Wang等[29]的研究发现与骨髓间充质干细胞相比ADSCs分化为肝细胞的潜能更大。研究发现，从慢性乙肝患者身上分离出的ADSCs在试管内培养时不易感染HBV病毒；Lee等[30]从人大腿脂肪组织分离ADSCs，加入细胞因子等诱导其向肝细胞分化，发现肝细胞标志mRNA表达上调，亦检测到白蛋白表达，本实验为得到ADSCs提供了新的选择。目前国内外研究骨髓间充质干细胞肝样分化较多，关于ADSCs分化为肝细胞的机制研究较少，有待进一步完善。

目前对ADSCs移植治疗急性肝衰竭的研究很多，但主要集中在细胞体外培养及诱导分化方面，体内移植实验较少，且移植后细胞存活率较低。目前已有研究者通过基因工程的方法对移植前ADSCs进行靶基因转入，以提高移植后细胞的存活率及目的基因的表达[31]。靶基因的转染及移植前预处理ADSCs已成为新的研究热点。

[1] Sugawara K, Nakayama N, Mochida S. Acute liver failure in Japan:definition, classification, and prediction of the outcome[J]. Gastroenterol, 2012,47(8):849-861.

[2] Donnelly MC, Hayes PC, Simpson KJ. Role of inflammation and infection in the pathogenesis of human acute liver failure: clinical implications for monitoring and therapy[J]. World J Gastroenterol, 2016,22(26):5958-5970.

[3] 赵钦军，任红英，韩忠.间充质干细胞的来源及其对肝脏损伤及修复的研究进展[J].中华细胞与干细胞杂志:电子版,2014,4(4):258-267.

[4] Zheng YW， Ohkohchi N, Taniguchi H. Quantitative evaluation of long-term liver repopulation and the reconstitution of bile ductules after hepatocellular transplantation[J]. World J Gastroenterol, 2005,11(39):6176-6181.

[5] Gu H, Xu J, Huang Z, et al. Identification and differential expression of microRNAs in 1, 25-dihydroxyvitamin D3-induced osteogenic differentiation of human adipose-derived mesenchymal stem cells[J]. Am J Transl Res, 2017,9(11):4856-4871.

[6] Miao C, Lei MM, Hu WN, et al. A brief review:the therapeutic potential of bone marrow mesenchymal stem cells in myocardial infarction [J]. Stem Cell Res Ther, 2017,8(1):242.

[7] Kholodenko IV, Konstantin NY. Cellular mechanisms of liver regeneration and cell-based therapies of liver diseases [J]. Biomed Res Int, 2017(14):8910821.

[8] Monsel A, Zhu YG, Gennai S, et al. Cell-based therapy for acute organ injury: preclinical evidence and on-going clinical trials using mesenchymal stem cells[J]. Anesthesiology, 2014,121(5):1099-1121.

[9] Berardis S, Lombard C, Evraerts J, et al. Gene expression profiling and secretome analysis differentiate adult-derived human liver stem/progenitor cells and human hepatic stellate cells[J]. PLoS One, 2014,9(1):e86137.

[10] 金银鹏，陈光风，傅青春，等.人脂肪干细胞治疗急性肝功能衰竭大鼠疗效的探索[J].中国肝脏,2013,18(8):530-534.

[11] WangYN, Yu XP, Chen EM, et al. Liver-derived human mesenchymal stem cells: a novel therapeutic source for liver diseases[J]. Stem Cell Research & Therapy, 2016,7(1):1-8.

[12] Chen G, Jin Y, Shi X, et al. Adipose-derived stem cell-based treatment for acute liver failure[J]. Stem Cell Research & Therapy, 2015,6(1):40.

[13] 邓利娟，李湛军，罗楹，等.急性肝衰竭大鼠肝细胞凋亡的影响.中国临床药理学与治疗学,2010,15(11):1229-1233.

[14] Kato T. Biological roles of hepatocyte growth factor-Met signaling from genetically modified animals[J]. Biomed Rep, 2017,7(6):495-503.

[15] Nishino M, Iimuro Y, Ueki T, et al. Hepatocyte growth factor improves survival afterpartial hepatectomy in cirrhotic rats suppressing apoptosis of hepatocytes[J]. Surgery, 2008,144(3):374-384.

[16] Jin G, Qiu G, Wu D, et al. Allogeneic bone marrow-derived mesenchymal stem cells attenuate hepatic ischemia-reperfusion injury by suppressing oxidative stress and inhibiting apoptosis in rats[J]. Int J Mol Med, 2013,31(6):1395-1401.

[17] Fang B, Shi M, Liao L, et al. Systemic infusion of FLK1(+) mesenchymal stem cells ameliorate carbon tetrachloride-induced liver fibrosis in mice[J]. Transplantation, 2004,78(1):83-88.

[18] Narmada BC, Kang Y, Venkatraman L, et al. Hepatic stellate cell-targeted delivery of hepatocyte growth factor transgene via bile duct infusion enhances its expression at fibrotic foci to regress dimethylnitrosamine-induced liver fibrosis[J]. Hum Gene Ther, 2013,24(5):508-519.

[19] Jin S, Li H, Han M, et al. Mesenchymal Stem Cells with Enhanced Bcl-2 Expression Promote Liver Recovery in a Rat Model of Hepatic Cirrhosis[J]. Cell Physiol Biochem, 2016,40(5):1117-1128.

[20] Berardis S, Dwisthi Sattwika P, Najimi M, et al. Use of mesenchymal stem cells to treat liver fibrosis: current situation and future prospects[J]. World J Gastroenterol， 2015,21(3):742-758.

[21] 陈国忠,姜海行,陆正峰,等.骨髓间充质干细胞共培养对肝星状细胞增殖、凋亡和RohA表达的调控[J].世界华人消化杂志,2010,18(16):1643-1649.

[22] Zhu XS, Zhang B, Zhao HY, et al. Jagged-2 enhances immunomodulatory activity in adipose derived mesenchymal stem cells[J]. Scientific Reports, 2015,5:14284.

[23] He ZG, Hua J, Qian DH, et al. Intravenous hMSCs Ameliorate Acute Pancreatitis in Mice via Secretion of Tumor Necrosis Factor-α Stimulated Gene/Protein 6[J]. Scientific RepoRts, 2016,6:38438.

[24] Shen H, Kormpakis I, Havlioglu N, et al. The effect of mesenchymal stromal cell sheets on the inflammatory stage of flexor tendon healing[J]. Stem Cell Research & Therapy， 2016,7(1):144.

[25] Fu YL, Deng J, Jiang QY，et al. Rapid generation of functional hepatocyte-like cells from human adipose-derived stem cells[J]. Stem Cell Research & Therapy， 2016,7(1):105.

[26] Roato I, Alotto D, Belisario DC, et al. Adipose Derived-Mesenchymal Stem Cells Viability and Differentiating Features for Orthopaedic Reparative Applications: Banking of Adipose Tissue[J]. Stem Cells Int， 2016(4):4968724.

[27] Griffin MF, Ibrahim A, Seifalian AM, et al. Chemical group-dependent plasma polymerisation preferentially directs adipose stem cell differentiation towards osteogenic or chondrogenic lineages[J]. Acta Biomater， 2016,50:450-461

[28] Guan X， Wang N, Cui FG, et al. Caveolin-1 is essential in the differentiation of human adipose-derived stem cells into hepatocyte-like cells via an MAPK pathway-dependent mechanism[J]. Mol Med Rep， 2016,13(2):1487-1494.

[29] Wang Y, Wang F, Zhao H, et al. Human adipose-derived mesenchymal stem cells are resistant to HBV infection during differentiation into hepatocytes in vitro[J]. Int J Mol Sci, 2014,15(4):6096-6110.

[30] Lee JH, Lee KH, Kim MH, et al. Possibility of undifferentiated human thigh adipose stem cells differentiating into functional hepatocytes[J]. Arch Plast Surg, 2012,39(6):593-599.

[31] Ma HC, Shi XL, Ren HZ, et al. Targeted migration of mesenchymal stem cells modified with CXCR4 to acute failing liver improves liver regeneration[J]. World J Gastroenterol, 2014,20(40):14884-14894.