
脂肪来源干细胞移植在创面修复治疗中的应用研究进展
作者:王 丰 卢学兰 李林玲 刁杰林等,川北医学院附属医院 整形美容烧伤科
创面修复是指机体在遭受外力作用后,皮肤、肌肉等组织出现损伤后的修复过程,涉及到骨、软骨、神经、肌腱等组织的修复,还包含各类组织的再生、增生性瘢痕形成等复杂病理过程[1-2] 。其发病机制复杂且治疗难度大,目前仍是临床医师亟需解决的问题。近些年,由于交通事故的剧增以及老年化骨质疏松
、糖尿病发病率的升高,为临床医师带来巨大的挑战。对于创面面积大、愈合能力差的患者,临床多采用皮瓣或皮片移植修复,但易形成瘢痕,且存在供皮区缺损等劣势[3-4] 。脂肪来源干细胞(ADSCs)来源充足、易获取,且具备多向分化潜能,为创面修复提供了新的治疗思路[5] 。将ADSCs与支架材料相结合,并将其植入皮肤缺损处,诱导ADSCs向皮肤表皮细胞分化,能实现对皮肤组织创面的修复[6-7] 。以上技术可发挥良好的创面愈合能力,从而对创面进行及时覆盖,能有效抑制瘢痕的过度增生[8] 。
1 ADSCs的来源
ADSCs是存在于脂肪组织中、中胚层来源的一种成体干细胞,从腹部废弃的脂肪中分离及培养,包含多种优势,如获取便捷、细胞易于扩增等[9-10] 。1 g脂肪组织可提取约5×103个ADSCs,ADSCs具备类似骨髓干细胞的形态、表面标志及分化特性。ADSCs质量与患者年龄、取材部位培养环境、脂肪组织类型等因素相关,以上因素均能影响其增殖与分化潜能。Schipper BM等[11] 认为,前臂脂肪中存在更多的ADSCs,且年龄越小,细胞增殖及分化能力越强。由于ADSCs在脂肪组织中含量相对减少,无法满足所需,故需要借助其他方法获取更多,如分离及体外扩增等。现阶段分离该物质的方法包括组织块贴壁法及酶消化分离法,其中组织块贴壁法分离ADSCs的具体操作过程如下,是将所获取的脂肪块剪碎,然后使其贴附于瓶壁,再进行培养工作,完成后将具备贴壁特性的ADSCs筛选出来,并将其分离。相关研究指出[12] ,使用组织块贴壁法对小鼠ADSCs进行分离、培养,证实上述方法能有效缩减操作步骤,提高效率,也可不使用消化酶,避免对细胞活性产生影响。脂肪组织中存在一定的杂质,酶消化分离法主要是借助消化酶将其进行清除,然后实施过滤、离心等操作,将其中多余的油脂进行清除,从而获取到一定量的ADSCs。该方法的优势体现在操作流程不复杂,细胞所受到损伤相对较少,且在一定时间内获得大量的活细胞。在赵雅丽等[13] 的研究中,使用该方法获得梭形纤维样大鼠ADSCs,且生长迅速。值得注意的是消化酶对其活性产生一定影响,故通过该方法获得的ADSCs其中常包含成纤维细胞、内皮细胞等。以上方法分离得到的ADSCs均为混合细胞,故如何有效纯化依然是该领域有待解决的问题。
2 ADSCs的功能
ADSCs较为明显的功能是具备定向分化特性,该功能使其广泛应用于不同学科中,如整形外科、骨科等。ADSCs可以分化成多种类型的细胞,包含上皮细胞、成骨细胞、骨骼肌细胞以及心肌细胞等;将以上不同类型的细胞设定在特定培养环境下,可跨胚层分化成为内胚层细胞及外胚层细胞,继而实现创面修复的目的,且更加符合机体修复的生理特性[14-15] 。除此之外,ADSCs还具有分泌功能,其分泌的外泌体包含多种蛋白质、细胞因子、mRNA、miRNA以及长链非编码(lcn)RNA等,在细胞间的信息传递中发挥重要作用,这一过程在创面修复中发挥重要作用[16-17] 。
3 ADSCs在创面修复治疗中的可能机制
Gimble JM等[18] 对ADSCs细胞周期进行分析,结果显示大部分ADSCs处在静止阶段,其中G0~G1期比例为82.1%,S期比例为15.2%,G2~M期为2.8%,说明只有少部分细胞处于活跃的增长期,当机体出现炎症、创伤等可对其激活,继而产生修复效果。ADSCs参与创面修复的过程,并通过多种机制发挥作用,其中包含诱导多向分化、对免疫炎症反应进行调节、旁分泌各种因子、抑制瘢痕等,因此在临床应用中具有重要意义。在陈仕星等[19] 的研究中,将ADSCs应用于慢性创面中疗效显著,能降低MMP-2、MMP-9的表达水平。邹译娴等[20] 研究证实,对糖尿病足
患者进行ADSCs局部注射,能够促进患者创面的修复,还能影响细胞因子分泌,并对Wnt/β-catenin通路激活进行调节。现将ADSCs在创面修复中的作用机制进行综述。
3.1 促进血管化:创面愈合的影响因素之一为毛细血管的新生,其原因在于组织再生所需要的营养及氧气需要流动的血液进行提供,且血液流动能有效清除创面内的废物;除此之外,血液充足可改善局部循环,以及减少感染的发生风险[21] 。多项临床研究均证实,ADSCs几乎可以分泌所有参与创面愈合的生长因子;生长因子的作用在于能促进对应细胞迁徙、分化以及改善局部组织的微环境,对周围细胞进行调控[22-23] 。有研究指出[24] ,将ADSCs及皮肤成纤维细胞放在同一培养容器中,结果发现成纤维细胞的增殖及迁移能力受到影响,其影响机制为ADSCs的旁分泌功能。成纤维细胞生长因子(bFGF)作为常见生长因子,对成纤维细胞生长有明显的促进作用,还能加快创伤愈合以及组织修复。国内一项研究证实,ADSCs移植能加快脑缺血
大鼠缺血区微血管的生成速度,其机制与促进bFGF及血管内皮生长因子(VEGF)有关[25] 。血小板源性生长因子(PDGF)能促进成纤维细胞以及神经胶质细胞生成,还能使平滑肌细胞的分裂增殖速度加快。研究指出,在脂肪干细胞条件培养液(ACS-CM)中加入PDGF,诱导皮肤成纤维细胞迁移24 h后,结果显示PDGF对细胞迁移有明显的促进作用,且随着浓度升高而升高[26] 。VEGF可促进血管内皮增殖,继而促进血管生成。另外,仇利红等[27] 研究显示,向大鼠背部随机注射脂肪组织bFGF或VEGF,均能刺激血管生成,继而提高移植脂肪的成活率。
3.2 调节炎症反应:在创面愈合的炎症期,炎症细胞可清除异物、坏死组织以及自身凋亡细胞,还能分泌多种细胞因子,继而对中性粒细胞及巨噬细胞的迁移、趋化及聚集产生诱导作用,释放促炎因子及抗炎因子,以增强自身抗感染能力。若炎症期后,其炎症反应还在继续进行,从而造成创面愈合困难。ADSCs通过增加抗炎因子的分泌及减少促炎因子的分泌,对炎症反应进行调节。在朱海等[28]
的研究中,在大鼠背部皮瓣中注射ADSCs,结果显示大鼠皮瓣中的炎性因子白介素-6(IL-6)及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)显著减少,说明ADSCs可以通过下调以上炎症因子的表达,达到抑制炎症反应的目的,组织损伤得到显著减少,因此皮瓣成活的面积显著增大。此外,ADSCs还具备调节巨噬细胞活性的功能,能对炎症反应产生有效的抑制作用。在炎症性肠病
小鼠模型及肺炎
小鼠模型中[29-30] ,ADSCs对巨噬细胞活化发挥抑制作用及对巨噬细胞凋亡产生诱导作用均得到证实。除此之外,炎症反应会导致组织水肿
,其原因是炎症反应介导的毛细血管压力升高,致使血管通透性增强。而ADSCs可有效降低血管通透性,研究指出,将ADSCs注入羊体中,其血管通透性显著下降[31] 。
3.3 促进成纤维细胞增殖、迁移及分泌:一项临床研究中,将成纤维细胞放置在ADSCs培养基中,实验结果证实ADSCs可促进成纤维细胞的增殖和迁移[32] 。以此证明成纤维细胞可通过迁移、增殖及分泌等来促进创面的生长及修复。另外,ADSCs的旁分泌功能,可对成纤维细胞产生间接影响。国外研究发现,在缺血性创面小鼠中应用ADSCs,对其创面愈合结果进行观察,发现ADSCs分泌的lcnRNA对成纤维细胞的迁移产生促进作用,继而加快小鼠创面愈合[33] 。
除此之外,ADSCs对于Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的分泌也能发挥促进作用。在赵诗艺等[34] 的研究中,将ADSCs与增生性瘢痕来源的成纤维细胞共同培养,发现Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白水平下降,表明ADSCs可降低增生性瘢痕成纤维细胞的增殖能力,下调Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白水平,继而对增生性瘢痕产生抑制作用。
3.4 促进上皮化:创面一旦形成,皮下组织便会长期暴露在空气中,致使伤口受到细菌及污染物的侵袭,而细菌所分泌的大量蛋白质可生成一层生物膜;生物膜的存在减少了细胞间的信息交换,继而减弱了免疫细胞对细菌的作用,故创面愈合速度减缓。国外一项研究中,通过建立兔牙龈创面模型,发现经过ADSCs治疗的组织中TGF-β1和纤连蛋白表达增加[35] 。创面伤口愈合进程中,纤连蛋白能快速识别上皮细胞上的蛋白受体,继而对上皮组织再生产生诱导作用。由此可见创面上皮化能缩短愈合进程。Altman AM等[36] 将绿色荧光蛋白-1标记的ADSCs种植在大鼠创面,术后2周发现创面位置血管密度增加,且成纤维热休克
蛋白、平滑肌肌动蛋白和绿色荧光蛋白标记物呈阳性,说明ADSCs能分化成上皮细胞,有利于创面的修复。
4 ADSCs在创面修复中的基础研究
皮肤在机体免疫中发挥重要作用,可确保内环境的稳定,但其受到损伤,机体会启动自我修复机制。ADSCs以旁分泌的方式可有效促进创面愈合,其中外泌体作为重要成分,在创面愈合及修复中发挥重要作用。在王义等[37]的研究中,构建裸鼠皮肤创伤模型,分别于创缘周围注射ADSCs细胞和磷酸盐缓冲液
,结果前者皮肤愈合率显著高于后者,此过程与外泌体显著相关。邹泽娴等[38] 选择糖尿病足患者为研究对象,局部注射自体ADSCs,患者创面愈合率较高,且能促进创面中VEGF、表皮生长因子(EGF)、转化生长因子-β1(TGF-β1 )的含量以及Wnt1β连环蛋白(β-catenin)的mRNA表达量升高,表明ADSCs能调节细胞因子分泌。ADSCs可自体移植,且不涉及到相关伦理问题,可作为组织工程的种子细胞,现阶段在组织工程中应用逐渐增多。ADSCs在体外诱导下,可分化成上皮细胞及角质细胞。相关研究中,将ADSCs种植在人脱细胞真皮上,并添加表皮生长因子,ADSCs能分化成为角质形成细胞,继而形成正常皮肤组织中的复层表皮结构[39] 。除此之外,ADSCs还能与皮肤组织支架材料进行结合,引导ADSCs的增殖及黏附,构建复合皮肤组织,并进行局部应用,继而促进创面愈合。李作为等[40] 研究中采用静电纺丝和细胞生物电喷雾相结合的方法,将ADSCs整合到聚丙交酯-乙交酯支架中,所制备的细胞支架具有良好的力学性能及稳定性,有利于ADSCs的增殖及黏附,促进创面愈合。
5 小结和展望
ADSCs因具备取材便捷、供应量大、损伤较小等优势,使其成为干细胞研究领域的焦点。ADSCs可有效解决皮肤来源紧张问题,并加快难愈性创面的愈合速度,其临床应用价值较高。值得注意的是,免疫排斥反应、向其他组织诱导分化等问题需要引起临床重视。现阶段关于ADSCs的研究大多是在体外或者鼠、兔等动物体内进行,而以上模型与人体皮肤结果层次存在一定差异,故ADSCs在人体复杂内环境调控下的详细状况尚不清楚。除此之外,ADSCs所具备的分化潜能与肿瘤的形成及发展具备一定的相关性,长时间ADSCs培养可能会造成小鼠出现免疫缺陷,因此存在的致瘤性还需要深入探讨。综上所述,ADSCs在创面修复治疗中的研究较多,且已获得一定的进展,但仍有许多问题需要深入分析及探讨。
参考文献略。
来源:中国美容医学2025年7月第34卷第7期