脂肪來源干細胞在脂肪移植中的作用及其臨床應用進展

長期以來，對于各種原發的和繼發的軟組織缺損的治療一直是困擾整形外科醫生的難題之一。自體脂肪作為一種軟組織填充物，由于其諸多的并發癥曾一度被人們放棄，但隨著組織工程技術及細胞生物學的不斷發展，自體脂肪移植又逐漸被人們認可。現將脂肪干細胞在脂肪移植中的作用及其臨床應用現狀綜述如下。

1脂肪移植的發展概況

20世紀初，自體顆粒脂肪移植開始應用于臨床，由于其吸收率高、存活率低，且并發癥較多，限制了其在臨床中的應用。21世紀初，通過改進脂肪獲取技術，加速了脂肪血管化，提高了脂肪顆粒移植的成活率。但是壞死、吸收仍然是顆粒脂肪移植的主要并發癥。1998年，Coleman發明了結構脂肪(liposuction)移植技術，即在脂肪移植的整個過程中保證脂肪細胞具有更多的完整性和活性，也就是后來所說的Coleman技術，使脂肪移植的存活率有了很大的提高。而自Zuk等[1]首次從自體脂肪組織中分離獲得具有多向分化潛能的細胞—脂肪來源干細胞(Adipose-derived stem cells，ASCs)以來，其研究越來越深入，因為其來源豐富，取材方便，且組織中干細胞含量豐富，因而ASC被認為是組織再生和修復的理想細胞來源，可為多種疾病的治療提供充足的種子細胞[2]。近年來，隨著組織工程技術的迅速發展，為克服常規注射顆粒脂肪移植的問題，如吸收、囊腫、硬結等，Yoshimura等[4]又發明了細胞輔助的脂肪移植術(cell-assisted lipotransfer，CAL)，為脂肪移植提供了一種更為可靠的方法。該技術是將自體脂肪來源干細胞(Adipose-derived stem cells，ASCs)與脂肪細胞混合，聯合注射移植。

2脂肪移植中的細胞基礎

脂肪組織通常被認為是貯存能量及內分泌器官，是軟組織填充和吸脂處理的必要組織。同時還被認為是成體干細胞的有效來源，因為脂肪組織含有多種的祖細胞，可分化為多種譜系[3]。脂肪組織中主要包含脂肪細胞、ASCs、血管內皮細胞、壁細胞、成纖維細胞、巨噬細胞及細胞外基質等[4]，其中脂肪細胞和ASCs是近年來研究的熱點。脂肪細胞是脂肪組織的基礎，其體積占總體積的90%以上，但數量卻少于50%[5-6]。ASCs被認為是一種表現脂肪細胞和血管細胞的祖細胞[7]，它位于脂肪細胞之間、血管周圍或細胞外基質中，可促進脂肪組織的轉歸[8]。但脂肪組織的轉歸是一個很漫長的過程，成年人平均每年大約有10%左右的脂肪細胞被更新[8-9]，而ASCs又存在于脂肪組織的間質血管碎片中(stromal vascular fraction，SVF)[10]。間質血管碎片(SVF)是干細胞輔助脂肪移植中最重要的組分。通過膠原酶消化，從脂肪組織中分離的多種細胞混合物形成的細胞團就叫做間質血管碎片(SVF)。間質血管碎片中含有豐富的間充質細胞，可分化為多種譜系的細胞，是再生醫學、組織工程等最理想的種子細胞。獲取SVF的方法主要是[5]將吸脂后的脂肪用PBS (phosphate-buffered saline)反復沖洗兩次，然后在37℃條件下用0.075%的膠原酶消化30min，再用含10%胎牛血清的DMEM終止消化，1200g離心10min后就會獲得高密度的SVF碎片[1]。其中主要包括間質細胞、血管內皮細胞和壁細胞。另外， SVF中也包括一些血管來源的細胞，如白細胞和紅細胞等，而血管來源細胞的比率主要取決于個體出血的多少。在CAL中，不需經過人工的分選及培養，直接將分離的新鮮的自體SVF用來做脂肪移植補充物[11-12]。另外，有研究指出新鮮分離的脂肪干細胞與培養增殖的干細胞相比可能在治療方面更具有安全性和有效性[4，13]。現在正在進行的一些臨床試驗也經常應用新鮮分離的SVF，而不是純化或培養的ASCs。因為SVF包含其他細胞，如血管內皮細胞或巨噬細胞等，許多研究發現它們之間有一種協同效應[14-16]。

3ASCs在脂肪移植中的作用

脂肪移植后脂肪組織的存活和萎縮的機制并未得到證明。移植后無微血管的脂肪組織被安置于異位組織中—相對缺血區，最初幾天的營養灌注來自于宿主組織周圍組織，直到形成新的微血管。對于損傷的反應，損傷的宿主組織，特別是細胞外基質和死亡的細胞會釋放FGF[16]。在修復過程中，脂肪細胞(對缺氧很敏感)在氧壓低于其閾值的情況下24h內可能死亡。但是ASCs更能耐受缺氧，其在缺氧情況下可保持功能72h[17]。在動物模型的缺血再灌注損傷的脂肪組織中，ASCs在脂肪移植的修復過程中及在脂肪化和血管化中起著重要的作用[18]，其可調節周圍組織中生長激素及細胞因子的釋放[19]，并通過分泌各種生長因子如VEGF，IGF-1防止細胞凋亡[20]，使脂肪組織的再生和凋亡達到平衡。

ASCs存在于脂肪細胞之間、血管壁、結締組織中，但大部分聚集在血管周圍。其在缺氧條件下可釋放血管形成因子[21-22]，并可分化為血管內皮細胞[23-24]，表現為成血管特性，成為治療局部缺血性疾病血管發生的最理想細胞來源。一些研究表明存在血管壁的細胞群落可分化為血管[25-26]。最近發現大鼠的脂肪祖細胞像血管管壁細胞一樣存在于脂肪組織的血管中[27]。因此，ASCs被認為是一種脂肪細胞和血管細胞的雙重祖細胞。ASCs可為脂肪組織的轉歸和下一代的再生提供原始細胞，脂肪組織細胞凋亡后可被ASCs來源的下一代細胞取代[6-7]。脂肪組織會隨著發育、肥胖而增殖，也會隨著老齡化、缺血而發生萎縮，還可在損傷后修復、缺血再灌注的損傷及脂肪移植后起到塑形作用。發生這些塑形過程可能是因為脂肪細胞的凋亡壞死和ASCs引起的脂肪化之間的失衡，在這些變化過程中同時也伴隨著微血管的重塑。同時，Caplan[28]也指出脂肪組織隨著年齡的增長而萎縮可能由于ASCs的減少，凋亡和再生失去了平衡。一些前期的研究還發現即使存活的脂肪細胞在移植的最初幾個月內也會發生死亡并被下一代細胞所取代，其原因可能由于局部缺血。因此，有功能的ASCs的數量可能在組織修復和塑形中具有重要作用。

4ASCs在細胞輔助的脂肪移植術(CAL)中的作用

CAL技術是將新抽取脂肪分成兩份:一份用來提取SVF，另一份作為提取的細胞外基質，兩部分聯合注射于受區[12]。Sterodimas[10]指出吸脂的脂肪組織與完整脂肪組織相比， ASCs的數量只有原來的一半。其原因可能是因為一部分ASCs停留在大血管周圍或留在受體組織中，一部分ASCs釋放入吸脂脂肪的液體成分中[12]。這種低ASCs比率可能是移植的脂肪組織長時間后萎縮的主要原因。最近的研究表明[10，29-30]脂肪來源干細胞輔助治療可提高存活脂肪組織的體積和質地。在CAL中[31-32]，脂肪組織可作為有活力的生物支架，使新鮮的包含ASCs的SVF粘附于脂肪組織上，不僅增加了前體細胞的數量，還有利于組織血管的形成和ASCs向脂肪組織的轉歸，提高了脂肪組織的成活率。Yoshimura[32]認為ASCs在CAL中的作用可能是:①分化成脂肪細胞并促進脂肪再生;②分化成血管內皮細胞和壁細胞，以促進血管化作用;③在缺氧、損傷等條件下可促進血管生長因子釋放，如肝細胞生長因子(HGF)， 基質細胞衍生因子-1(SDF-1);④最有可能的就是ASCs作為原始的ASCs而成活。

5ASCs的臨床應用現狀

Ogawa[33]指出干細胞在臨床上的應用應考慮三方面的因素:①如何在無損傷的條件下獲取、處理及增殖細胞，操作的簡單性及高效性等;②如何使干細胞分化成所需細胞及如何建立起有效的三維組織結構;③如何保證分化后細胞的存活及組織的再生，因為組織再生必須具有一定的脈管系統來保證組織和分化后細胞的存活。而脂肪來源干細胞可分化為內皮細胞和脂肪細胞，促進血管和脂肪組織的形成，并且來源豐富、操作簡單，可滿足軟組織填充的基本要求。臨床前研究及早期的臨床研究也指出ASCs復合可注射型支架材料可作為軟組織填充物應用于整形外科中[30]。目前，歐洲和亞洲已有許多國家已經開始利用人類ASCs構建組織工程脂肪組織，用于修復軟組織的缺損。

Yoshimura[32]是首位將ASCs的臨床經驗公布的作者，2003～2008年，Yoshimura 等[34]利用細胞輔助的吸脂術進行了臨床研究，共做了307例患者(女性303例、男性4例)，乳房手術269例(177例隆胸術，52例乳房植入物替代術和40例乳房切除術后再造)面部手術48例(3例紅斑狼瘡，2例Romberg病和1例硬皮病)，臀部4例，手部3例。結果顯示患者對移植后皮膚的自然紋理、柔軟度、軟組織填充后的塑形等都很滿意。3D檢測顯示隆胸后移植物存活率在40%～80%[31]，CT及MRI顯示脂肪組織存活很好，在乳房腺體周圍及腺體和胸肌之間形成了一定厚度的脂肪層。在面部脂肪萎縮的治療中，其有效性得到了充分的證實，另外，CAL在治療半側顏面萎縮及深部紅斑狼瘡中也有明顯的效果[34]。但是在臨床試驗中，有2例患者注射SVF后3個月發生了異位的纖維組織形成，CT顯示皮下脂肪層中有纖維組織形成。這種結果可能由于微環境的變化使ASCs產生了非必要的細胞分化，Yoshimura [35]指出為了避免這種情況，ASCs盡量與脂肪組織充分粘附，使其向必需細胞方向轉化。在臨床上，ASCs也被應用于治療其他疾病，如急性心肌梗死、周圍血管疾病、軟組織及骨骼的缺損、皮膚損傷等，結果表明都有很好的治療效果[38]。CAL也被應用于放療后并發癥的治療，臨床結果顯示所有患者的癥狀都有明顯的改善，其原因可能是由于組織血管的形成和器官功能的恢復[37]。

綜上所述，新鮮分離的SVF含有豐富的脂肪來源干細胞，血管內皮細胞等前體細胞。在CAL中它與其他細胞相互影響并通過自分泌，分泌多種促血管化的細胞因子，可增加組織的血管化程度，改善移植物的質地，極大地提高了脂肪移植的存活率。雖然自體脂肪移植的安全性和長期有效性等有待進一步的評估，其作用機制也有待進一步的研究，但筆者相信由于SVF復合自體脂肪移植獨特的優越性，其必將在整形美容外科領域成為一種理想的軟組織填充物。

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[收稿日期]2010-05-09[修回日期]2010-06-30

編輯/李陽利