引用本文: 熊佳超, 宋建星. 脂肪來源干細胞治療難愈性創面的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2018, 32(4): 457-461. doi: 10.7507/1002-1892.201712078 復制
脂肪來源干細胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)是一種從脂肪組織提取得到的多向分化潛能干細胞,具有來源廣泛、易提取擴增、低免疫原性等優點。ADSCs 可通過自身多向分化潛能遷徙至受損部位,分化為皮膚附屬器表型,并用分化細胞重新修復受損皮膚;同時亦可分泌多種生長因子,加快創面血管生成,促進創面愈合。難愈性創面是指在傷后 30 d 內未達到解剖學和功能完整的皮膚創面[1]。難愈性創面會導致感染、截肢甚至死亡等嚴重后果[2]。近年來,ADSCs 在難愈性創面修復方面取得了許多研究進展,現綜述如下。
1 ADSCs 的生物學特性
ADSCs 的形態類似于成纖維細胞,由粗面內質網和細胞核組成,多聚集在血管周圍區域。由于其具有易構性,因此不僅難以在脂肪組織中定位識別,而且無特異性標志物[3]。目前認為其抗原的表達可能與 BMSCs 類似,一般可表達 CD10、CD13、CD29、CD34、CD44、CD54、CD71、CD49b、CD90、CD105、CD117 和 STRO-1 等標志物,而 CD14、CD16、CD31、CD45、CD56、CD61、CD62E、CD104、CD106、CD144 和血管性血友病因子等造血標志物較少表達[3-5]。 此外,由于 ADSCs 是免疫豁免細胞,因此不存在 HLA-DR 的表達[6-7]。
1.1 ADSCs 的分化潛能及促分化作用
ADSCs 起源于中胚層,能分化成脂肪、成骨和軟骨細胞系,甚至是肌原細胞系,進而分化為骨骼肌、平滑肌和心肌細胞[8-11]。ADSCs 最重要的功能是在某些生長因子的作用下,刺激周圍細胞分化為特化細胞,如軟骨細胞、骨細胞、肌肉細胞、神經元、成纖維細胞以及角質形成細胞的細胞前體等[12-14]。Zhang 等[15]研究表明 ADSCs 是皮膚中表皮干細胞活化所必需的。在許多細胞因子如 EGF、FGF-β、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF)、TGF-α、TGF-β、VEGF、角質形成細胞生長因子、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子、基質因子 1-α 和 IL-6、IL-8、IL-11、IL-12 等作用下,可動員包括如毛囊“隆起”區域的表皮干細胞在內的其他外源性干細胞[4, 12, 14]。同時,ADSCs 能通過抑制促炎性細胞因子、增強抗炎物質 IL-10、刺激調節性 T 細胞等方式分化成內皮細胞,來促進血管生成[4, 16]。
1.2 ADSCs 促血管生成作用
ADSCs 的促血管生成作用對于修復難愈性創面以及重建血液供應極其重要[17-18]。目前有多種 ADSCs 表達分泌的細胞因子,如基質細胞衍生因子 1(stromal cell-derived factor 1,SDF-1)、VEGF、PDGF、bFGF、血管生成素 1、IGF-1、基質金屬蛋白酶、IL-6 和 IL-8 等均對血管生成起重要作用[18]。此外,Park 等[14]研究發現 ADSCs 增殖、遷移和分化的首要刺激因素是缺氧(氧濃度為 1%~5%)。研究表明,脂肪組織中的局部缺氧會誘發自由基的形成,并導致生長因子的分泌,刺激新生血管形成,其機制可能與缺氧誘導因子 1α 的表達,并增加參與新血管形成的生長因子(VEGF、bFGF 和 HGF)生成有關[12-13]。
1.3 ADSCs 抗氧化凋亡作用
Kim 等[19]通過觀察 ADSCs 條件培養基,發現 ADSCs 具有抗氧化和減少細胞凋亡的能力;Baregamian 等[20]研究發現 IGF 能清除自由基,起到抗氧化作用;Shibuki 等[21]研究發現 HGF 能起到抗氧化應激的作用。這些研究均表明 ADSCs 旁分泌多種生長因子具有抗氧化作用。另外,Lee 等[22]研究發現,人 ADSCs 中過表達的 miRNA-301a 可抑制凋亡信號調節激酶 1 表達,起到抗凋亡作用。
1.4 ADSCs 免疫調節作用
ADSCs 通過免疫調節減少難愈性創面炎性反應,促進難愈性創面愈合。Kokai 等[23]研究發現,ADSCs 通過旁分泌 TGF-β、半乳糖凝集素 1、3,促進輔助性 T 細胞(T helper cells,Th)向調節性 T 細胞分化并減少 T 細胞增殖,因此 Th1 炎性反應被下調,促進了免疫耐受。研究同時表明,一旦 ADSCs 在創面被單核細胞和白細胞激活,ADSCs 可分泌一氧化氮、前列腺素 E2、吲哚胺 2,3 雙加氧酶和 IL-6 等可溶性分子,阻止細胞毒性 T 細胞增殖和 B 淋巴細胞分化為漿細胞,阻礙樹突狀細胞的分化、發育、成熟和功能。
2 ADSCs 治療難愈性創面的進展
目前關于 ADSCs 治療難愈性創面的研究進展,主要側重于應用各種方法,如單支架技術、片材技術等,將人體組織脂肪抽吸提取 ADSCs 并進行體外培養,制成多種制劑應用于難愈性創面,觀察創面愈合情況。
2.1 支架技術
研究顯示,細胞注射移植法的細胞移植率較低,已顯著限制了干細胞療法的臨床轉化[24]。因此,Huang 等[25]和 Yang 等[26]研究了如端膠原凝膠支架或絲素蛋白-殼聚糖懸浮液的 ADSCs 支架進行細胞移植,提高了細胞移植率。Sivan 等[27]使用纖維蛋白和纖連蛋白構建體外支架,將支架應用于模擬體內環境的仿生纖維蛋白復合基質,顯示 ADSCs 所分化分泌的細胞及細胞因子的存留率提高,提示支架具有加速細胞附著和生長,并促進分化細胞存活的作用。Kao 等[28]使用聚乳酸涂層和仿生涂層構建 3D 打印支架,顯著增強了 ADSCs 的黏附、增殖、分化和細胞周期。
2.2 片材技術
片材技術是通過細胞與細胞和細胞與細胞外基質相互作用,使移植的 ADSCs 更穩定,大大提高了移植 ADSCs 的效率。Cerqueira 等[6]使用人 ADSCs 與細胞外基質結合制成一種細胞薄片,將這種薄片疊加 3 層,形成一個三維結構組織工程構建體(被稱為“技術薄片”);然后將細胞薄片轉移到完全切除皮膚的小鼠創面上,通過觀察新毛囊和新血管形成情況,評估皮膚創面恢復狀況,結果顯示使用細胞薄片組皮膚創面恢復狀況顯著優于標準培養基細胞培養組。Sukho 等[29]研究發現,將移植 ADSCs 的細胞薄片應用于難愈性創面,顯示出較快的愈合速度、更高的血管生成度及創面成熟度。
2.3 三維培養基
研究者們致力于 ADSCs 的三維培養體系,以構建具有細胞外基質的三維細胞培養基,其可提高干細胞移植率并表現出更好的治療難愈性創面的效果[30-31]。Feng 等[30]研究出一種將脂肪來源的干細胞或基質細胞的三維培養基制備成即用型注射劑的簡單方法。他們將單層培養的人 ADSCs 懸浮液轉移至含有透明質酸凝膠(天然來源的細胞外基質組分)的注射器中,然后將該注射器作為三維培養容器進行培育,將富含人 ADSCs 的透明質酸凝膠應用于難愈性創面小鼠模型,顯示出良好愈合效果,證實了 ADSCs 在體內病理性創面修復中的較好療效。Mineda 等[32]使用相同的實驗方法,將富含人 ADSCs 的透明質酸凝膠用于缺血再灌注損傷小鼠模型,證實 ADSCs 的三維培養基具有促血管生成和組織再生的能力。
2.4 原位可交聯水凝膠
研究發現,在懸浮搖擺培養系統中,當 MSCs 的球狀體直徑達到 200 μm 時會產生中央壞死[2, 30]。半滲透聚合物網絡(semi-IPN)結構新技術的產生,解決了這個難題。它是一種將半滲透聚合物與透明質酸結合而產生的原位可交聯水凝膠,在二維和三維細胞培養模型中表現出孔隙率顯著增加、溶脹能力增強,并改善了細胞黏附性和生存力[33]。同樣,Lozano Picazo 等[34]研究發現,ADSCs 可以在 semi-IPN 中更好地吸附、增殖及傳遞細胞。
2.5 可注射聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)-明膠水凝膠
目前研究熱點是尋找類似干細胞生理生態位的其他材料,以提高細胞保留能力。Dong 等[24]已開發出具有高度可調性能的可注射 PEG-明膠水凝膠,模擬干細胞生理生態位,該技術可將小鼠 ADSCs 便捷地封裝至水凝膠中,從而支持 ADSCs 生長并保持其多能性,為創面愈合和其他組織再生遞送細胞。Dong 等將 PEG-明膠水凝膠應用于鼠創面愈合模型上,結果顯示細胞滯留率提高、血管生成增強,并加速了創面閉合。此外,Dong 等[35]將可注射 PEG-明膠水凝膠應用于體外細胞培養(21 d)和大鼠背側全層創面模型(14 d),觀察細胞活力、增殖、代謝以及創面愈合、炎性反應、血管生成狀況等,發現 PEG-明膠水凝膠中可維持 ADSCs 增殖存活,顯著促進創面血管化與愈合。Hassan 等[36]將人 ADSCs 封裝至 PEG-明膠水凝膠中,同樣觀察到高度的細胞存留率。以上研究均證實了該水凝膠系統聯合使用 ADSCs 作為促進創面愈合的生物活性水凝膠敷料的潛力。
2.6 ADSCs 與富血小板血漿(platelet-rich plasma,PRP)聯合應用
PRP 是創面愈合所必需的生長因子來源,如 PDGF、TGF、IGF 和 EGF 等,同時 ADSCs 具有促進細胞增殖和提高創面皮膚修復質量的作用。一方面,PRP 與 ADSCs 具有協同作用,二者聯合使用使得體外成纖維細胞和角質形成細胞更快速增殖;另一方面,10% 濃度的 PRP 體外培養可以減緩蛋白水解酶(如 PRP 膠原酶、彈性蛋白酶和組織蛋白酶)抑制的細胞再生,提高細胞再生速度[37-40]。Raposio 等[41]將 ADSCs 與 PRP 聯合應用于 16 例難愈性潰瘍患者,隨訪觀察創面愈合狀況顯示,與標準創面治療的對照組相比,試驗組患者治療過程痛苦更少且創面愈合率更高。
3 ADSCs 治療難愈性創面的機制
類固醇皮質激素的使用、持續感染、組織缺氧、肥胖癥、糖尿病和鱗狀細胞癌等均可造成創面愈合延緩,形成難愈性創面[3, 42]。皮膚中大量促炎細胞因子和中性粒細胞延長了炎癥階段,基質金屬蛋白酶的分泌增多引起細胞外基質的降解,均可能導致皮膚創面愈合困難[3, 43]。目前研究認為,ADSCs 治療難愈性創面主要通過旁分泌、抗氧化凋亡及多向分化等多種機制發揮促進組織再生作用。
3.1 ADSCs 旁分泌機制
ADSCs 間接地通過旁分泌多種生長因子(IGF、TGF-β1、VEGF、HGF 和 FGF-2 等)和抗炎細胞因子,刺激新生血管形成,從而激活皮膚的角質形成細胞和成纖維細胞生成,促進創面愈合[6, 44-45]。Zografou 等[46]認為 ADSCs 的移植可以通過旁分泌生長因子(VEGF 和 TGF-β3),提高皮膚移植的存活率,抑制瘢痕,促進體內膠原蛋白組織的改善,調節創面的再上皮化。Nie 等[47]研究發現 ADSCs 旁分泌 VEGF,并可刺激創面環境中內源性細胞的募集、遷移和增殖。值得注意的是,ADSCs 可以通過旁分泌方法特異性地影響皮膚組織中的其他細胞類型,如 BMSCs[3]。
3.2 ADSCs 抗氧化凋亡機制
抗氧化凋亡在難愈性創面治療中起重要作用。ADSCs 的一個重要特征是能產生抗氧化劑,保護成纖維細胞免受氧化應激[48]。目前研究認為創面部位缺氧是誘導 ADSCs 增加生長因子和抗凋亡因子分泌的因素之一。Kim 等[13]研究發現,在低氧條件下培養 ADSCs 可以提高其結合黏附分子(細胞間黏附分子 1、血管細胞黏附分子 1)的能力,從而加快了新生血管的生成,提高 bFGF 的產量,增加 ADSCs 的增殖。另外,Li 等[2]研究表明,SDF-1 通過激活 ADSCs 中的半胱氨酸蛋白酶信號通路,來保護在缺氧和無血清條件下的細胞凋亡,增加 ADSCs 在皮膚慢性創面中的治療效果。
3.3 ADSCs 分化機制
難愈性創面修復需要多種細胞共同參與。Sivan 等[27]研究發現,ADSCs 可以轉化為表達細胞角蛋白 5、14、19 和整合蛋白 α6 的上皮細胞進行創面修復。Shingyochi 等[45]研究發現,ADSCs 可分化為成纖維細胞,不僅表現出形態相似性,而且可表達成纖維細胞表面蛋白(包括波形蛋白和纖連蛋白)的能力。同時,ADSCs 可以直接轉化為成纖維細胞和角質形成細胞進行創面修復。
4 小結與展望
ADSCs 來源充足,從自體脂肪組織中易提取且易培養,無免疫排斥性,具有多向分化潛能和顯著的促血管生成潛能,與三維支架具有高度親和力,已成為組織再生醫學理想的細胞類型。對于應用 ADSCs 相關制劑治療皮膚慢性難愈性創面的研究雖有很大進展,但目前仍處于研究初期階段,ADSCs 的作用機制尚未完全明確,其安全性、局限性、不確定性還需進一步進行實驗研究,為臨床難愈性創面的治療提供更理想手段;同時提高干細胞傳遞技術,開發更有利于臨床使用的生物材料,以提高難愈性創面的治愈率。
脂肪來源干細胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)是一種從脂肪組織提取得到的多向分化潛能干細胞,具有來源廣泛、易提取擴增、低免疫原性等優點。ADSCs 可通過自身多向分化潛能遷徙至受損部位,分化為皮膚附屬器表型,并用分化細胞重新修復受損皮膚;同時亦可分泌多種生長因子,加快創面血管生成,促進創面愈合。難愈性創面是指在傷后 30 d 內未達到解剖學和功能完整的皮膚創面[1]。難愈性創面會導致感染、截肢甚至死亡等嚴重后果[2]。近年來,ADSCs 在難愈性創面修復方面取得了許多研究進展,現綜述如下。
1 ADSCs 的生物學特性
ADSCs 的形態類似于成纖維細胞,由粗面內質網和細胞核組成,多聚集在血管周圍區域。由于其具有易構性,因此不僅難以在脂肪組織中定位識別,而且無特異性標志物[3]。目前認為其抗原的表達可能與 BMSCs 類似,一般可表達 CD10、CD13、CD29、CD34、CD44、CD54、CD71、CD49b、CD90、CD105、CD117 和 STRO-1 等標志物,而 CD14、CD16、CD31、CD45、CD56、CD61、CD62E、CD104、CD106、CD144 和血管性血友病因子等造血標志物較少表達[3-5]。 此外,由于 ADSCs 是免疫豁免細胞,因此不存在 HLA-DR 的表達[6-7]。
1.1 ADSCs 的分化潛能及促分化作用
ADSCs 起源于中胚層,能分化成脂肪、成骨和軟骨細胞系,甚至是肌原細胞系,進而分化為骨骼肌、平滑肌和心肌細胞[8-11]。ADSCs 最重要的功能是在某些生長因子的作用下,刺激周圍細胞分化為特化細胞,如軟骨細胞、骨細胞、肌肉細胞、神經元、成纖維細胞以及角質形成細胞的細胞前體等[12-14]。Zhang 等[15]研究表明 ADSCs 是皮膚中表皮干細胞活化所必需的。在許多細胞因子如 EGF、FGF-β、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF)、TGF-α、TGF-β、VEGF、角質形成細胞生長因子、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子、基質因子 1-α 和 IL-6、IL-8、IL-11、IL-12 等作用下,可動員包括如毛囊“隆起”區域的表皮干細胞在內的其他外源性干細胞[4, 12, 14]。同時,ADSCs 能通過抑制促炎性細胞因子、增強抗炎物質 IL-10、刺激調節性 T 細胞等方式分化成內皮細胞,來促進血管生成[4, 16]。
1.2 ADSCs 促血管生成作用
ADSCs 的促血管生成作用對于修復難愈性創面以及重建血液供應極其重要[17-18]。目前有多種 ADSCs 表達分泌的細胞因子,如基質細胞衍生因子 1(stromal cell-derived factor 1,SDF-1)、VEGF、PDGF、bFGF、血管生成素 1、IGF-1、基質金屬蛋白酶、IL-6 和 IL-8 等均對血管生成起重要作用[18]。此外,Park 等[14]研究發現 ADSCs 增殖、遷移和分化的首要刺激因素是缺氧(氧濃度為 1%~5%)。研究表明,脂肪組織中的局部缺氧會誘發自由基的形成,并導致生長因子的分泌,刺激新生血管形成,其機制可能與缺氧誘導因子 1α 的表達,并增加參與新血管形成的生長因子(VEGF、bFGF 和 HGF)生成有關[12-13]。
1.3 ADSCs 抗氧化凋亡作用
Kim 等[19]通過觀察 ADSCs 條件培養基,發現 ADSCs 具有抗氧化和減少細胞凋亡的能力;Baregamian 等[20]研究發現 IGF 能清除自由基,起到抗氧化作用;Shibuki 等[21]研究發現 HGF 能起到抗氧化應激的作用。這些研究均表明 ADSCs 旁分泌多種生長因子具有抗氧化作用。另外,Lee 等[22]研究發現,人 ADSCs 中過表達的 miRNA-301a 可抑制凋亡信號調節激酶 1 表達,起到抗凋亡作用。
1.4 ADSCs 免疫調節作用
ADSCs 通過免疫調節減少難愈性創面炎性反應,促進難愈性創面愈合。Kokai 等[23]研究發現,ADSCs 通過旁分泌 TGF-β、半乳糖凝集素 1、3,促進輔助性 T 細胞(T helper cells,Th)向調節性 T 細胞分化并減少 T 細胞增殖,因此 Th1 炎性反應被下調,促進了免疫耐受。研究同時表明,一旦 ADSCs 在創面被單核細胞和白細胞激活,ADSCs 可分泌一氧化氮、前列腺素 E2、吲哚胺 2,3 雙加氧酶和 IL-6 等可溶性分子,阻止細胞毒性 T 細胞增殖和 B 淋巴細胞分化為漿細胞,阻礙樹突狀細胞的分化、發育、成熟和功能。
2 ADSCs 治療難愈性創面的進展
目前關于 ADSCs 治療難愈性創面的研究進展,主要側重于應用各種方法,如單支架技術、片材技術等,將人體組織脂肪抽吸提取 ADSCs 并進行體外培養,制成多種制劑應用于難愈性創面,觀察創面愈合情況。
2.1 支架技術
研究顯示,細胞注射移植法的細胞移植率較低,已顯著限制了干細胞療法的臨床轉化[24]。因此,Huang 等[25]和 Yang 等[26]研究了如端膠原凝膠支架或絲素蛋白-殼聚糖懸浮液的 ADSCs 支架進行細胞移植,提高了細胞移植率。Sivan 等[27]使用纖維蛋白和纖連蛋白構建體外支架,將支架應用于模擬體內環境的仿生纖維蛋白復合基質,顯示 ADSCs 所分化分泌的細胞及細胞因子的存留率提高,提示支架具有加速細胞附著和生長,并促進分化細胞存活的作用。Kao 等[28]使用聚乳酸涂層和仿生涂層構建 3D 打印支架,顯著增強了 ADSCs 的黏附、增殖、分化和細胞周期。
2.2 片材技術
片材技術是通過細胞與細胞和細胞與細胞外基質相互作用,使移植的 ADSCs 更穩定,大大提高了移植 ADSCs 的效率。Cerqueira 等[6]使用人 ADSCs 與細胞外基質結合制成一種細胞薄片,將這種薄片疊加 3 層,形成一個三維結構組織工程構建體(被稱為“技術薄片”);然后將細胞薄片轉移到完全切除皮膚的小鼠創面上,通過觀察新毛囊和新血管形成情況,評估皮膚創面恢復狀況,結果顯示使用細胞薄片組皮膚創面恢復狀況顯著優于標準培養基細胞培養組。Sukho 等[29]研究發現,將移植 ADSCs 的細胞薄片應用于難愈性創面,顯示出較快的愈合速度、更高的血管生成度及創面成熟度。
2.3 三維培養基
研究者們致力于 ADSCs 的三維培養體系,以構建具有細胞外基質的三維細胞培養基,其可提高干細胞移植率并表現出更好的治療難愈性創面的效果[30-31]。Feng 等[30]研究出一種將脂肪來源的干細胞或基質細胞的三維培養基制備成即用型注射劑的簡單方法。他們將單層培養的人 ADSCs 懸浮液轉移至含有透明質酸凝膠(天然來源的細胞外基質組分)的注射器中,然后將該注射器作為三維培養容器進行培育,將富含人 ADSCs 的透明質酸凝膠應用于難愈性創面小鼠模型,顯示出良好愈合效果,證實了 ADSCs 在體內病理性創面修復中的較好療效。Mineda 等[32]使用相同的實驗方法,將富含人 ADSCs 的透明質酸凝膠用于缺血再灌注損傷小鼠模型,證實 ADSCs 的三維培養基具有促血管生成和組織再生的能力。
2.4 原位可交聯水凝膠
研究發現,在懸浮搖擺培養系統中,當 MSCs 的球狀體直徑達到 200 μm 時會產生中央壞死[2, 30]。半滲透聚合物網絡(semi-IPN)結構新技術的產生,解決了這個難題。它是一種將半滲透聚合物與透明質酸結合而產生的原位可交聯水凝膠,在二維和三維細胞培養模型中表現出孔隙率顯著增加、溶脹能力增強,并改善了細胞黏附性和生存力[33]。同樣,Lozano Picazo 等[34]研究發現,ADSCs 可以在 semi-IPN 中更好地吸附、增殖及傳遞細胞。
2.5 可注射聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)-明膠水凝膠
目前研究熱點是尋找類似干細胞生理生態位的其他材料,以提高細胞保留能力。Dong 等[24]已開發出具有高度可調性能的可注射 PEG-明膠水凝膠,模擬干細胞生理生態位,該技術可將小鼠 ADSCs 便捷地封裝至水凝膠中,從而支持 ADSCs 生長并保持其多能性,為創面愈合和其他組織再生遞送細胞。Dong 等將 PEG-明膠水凝膠應用于鼠創面愈合模型上,結果顯示細胞滯留率提高、血管生成增強,并加速了創面閉合。此外,Dong 等[35]將可注射 PEG-明膠水凝膠應用于體外細胞培養(21 d)和大鼠背側全層創面模型(14 d),觀察細胞活力、增殖、代謝以及創面愈合、炎性反應、血管生成狀況等,發現 PEG-明膠水凝膠中可維持 ADSCs 增殖存活,顯著促進創面血管化與愈合。Hassan 等[36]將人 ADSCs 封裝至 PEG-明膠水凝膠中,同樣觀察到高度的細胞存留率。以上研究均證實了該水凝膠系統聯合使用 ADSCs 作為促進創面愈合的生物活性水凝膠敷料的潛力。
2.6 ADSCs 與富血小板血漿(platelet-rich plasma,PRP)聯合應用
PRP 是創面愈合所必需的生長因子來源,如 PDGF、TGF、IGF 和 EGF 等,同時 ADSCs 具有促進細胞增殖和提高創面皮膚修復質量的作用。一方面,PRP 與 ADSCs 具有協同作用,二者聯合使用使得體外成纖維細胞和角質形成細胞更快速增殖;另一方面,10% 濃度的 PRP 體外培養可以減緩蛋白水解酶(如 PRP 膠原酶、彈性蛋白酶和組織蛋白酶)抑制的細胞再生,提高細胞再生速度[37-40]。Raposio 等[41]將 ADSCs 與 PRP 聯合應用于 16 例難愈性潰瘍患者,隨訪觀察創面愈合狀況顯示,與標準創面治療的對照組相比,試驗組患者治療過程痛苦更少且創面愈合率更高。
3 ADSCs 治療難愈性創面的機制
類固醇皮質激素的使用、持續感染、組織缺氧、肥胖癥、糖尿病和鱗狀細胞癌等均可造成創面愈合延緩,形成難愈性創面[3, 42]。皮膚中大量促炎細胞因子和中性粒細胞延長了炎癥階段,基質金屬蛋白酶的分泌增多引起細胞外基質的降解,均可能導致皮膚創面愈合困難[3, 43]。目前研究認為,ADSCs 治療難愈性創面主要通過旁分泌、抗氧化凋亡及多向分化等多種機制發揮促進組織再生作用。
3.1 ADSCs 旁分泌機制
ADSCs 間接地通過旁分泌多種生長因子(IGF、TGF-β1、VEGF、HGF 和 FGF-2 等)和抗炎細胞因子,刺激新生血管形成,從而激活皮膚的角質形成細胞和成纖維細胞生成,促進創面愈合[6, 44-45]。Zografou 等[46]認為 ADSCs 的移植可以通過旁分泌生長因子(VEGF 和 TGF-β3),提高皮膚移植的存活率,抑制瘢痕,促進體內膠原蛋白組織的改善,調節創面的再上皮化。Nie 等[47]研究發現 ADSCs 旁分泌 VEGF,并可刺激創面環境中內源性細胞的募集、遷移和增殖。值得注意的是,ADSCs 可以通過旁分泌方法特異性地影響皮膚組織中的其他細胞類型,如 BMSCs[3]。
3.2 ADSCs 抗氧化凋亡機制
抗氧化凋亡在難愈性創面治療中起重要作用。ADSCs 的一個重要特征是能產生抗氧化劑,保護成纖維細胞免受氧化應激[48]。目前研究認為創面部位缺氧是誘導 ADSCs 增加生長因子和抗凋亡因子分泌的因素之一。Kim 等[13]研究發現,在低氧條件下培養 ADSCs 可以提高其結合黏附分子(細胞間黏附分子 1、血管細胞黏附分子 1)的能力,從而加快了新生血管的生成,提高 bFGF 的產量,增加 ADSCs 的增殖。另外,Li 等[2]研究表明,SDF-1 通過激活 ADSCs 中的半胱氨酸蛋白酶信號通路,來保護在缺氧和無血清條件下的細胞凋亡,增加 ADSCs 在皮膚慢性創面中的治療效果。
3.3 ADSCs 分化機制
難愈性創面修復需要多種細胞共同參與。Sivan 等[27]研究發現,ADSCs 可以轉化為表達細胞角蛋白 5、14、19 和整合蛋白 α6 的上皮細胞進行創面修復。Shingyochi 等[45]研究發現,ADSCs 可分化為成纖維細胞,不僅表現出形態相似性,而且可表達成纖維細胞表面蛋白(包括波形蛋白和纖連蛋白)的能力。同時,ADSCs 可以直接轉化為成纖維細胞和角質形成細胞進行創面修復。
4 小結與展望
ADSCs 來源充足,從自體脂肪組織中易提取且易培養,無免疫排斥性,具有多向分化潛能和顯著的促血管生成潛能,與三維支架具有高度親和力,已成為組織再生醫學理想的細胞類型。對于應用 ADSCs 相關制劑治療皮膚慢性難愈性創面的研究雖有很大進展,但目前仍處于研究初期階段,ADSCs 的作用機制尚未完全明確,其安全性、局限性、不確定性還需進一步進行實驗研究,為臨床難愈性創面的治療提供更理想手段;同時提高干細胞傳遞技術,開發更有利于臨床使用的生物材料,以提高難愈性創面的治愈率。