脂肪干細胞在軟骨組織工程中的應用

蔡增苗 林昭靜 任富亮

（中國醫科大學臨床醫學七年制，遼寧 沈陽 110001）

脂肪干細胞在軟骨組織工程中的應用

蔡增苗 林昭靜 任富亮

（中國醫科大學臨床醫學七年制，遼寧 沈陽 110001）

軟骨組織工程的興起為軟骨缺損的修復重建提供了新的治療途徑，但是由于缺乏合適的種子細胞，發展相對緩慢。脂肪干細胞來源廣，含量豐富，創傷小，有望成為理想的種子細胞。本文就脂肪干細胞軟骨誘導的幾種方法做一綜述，希望為以后脂肪干細胞在軟骨組織工程的應用和發展提供理論基礎。

脂肪干細胞；軟骨組織工程；軟骨誘導

軟骨組織缺乏血管和神經，軟骨細胞主要靠關節滑液及細胞周圍的基質供給營養，其自身修復能力相當有限。軟骨缺損和軟骨退行性改變一直是醫學面臨的挑戰之一。自體軟骨移植供區有限，損傷大，異體軟骨移植存在強烈的免疫排斥反應。軟骨組織工程為軟骨缺損的修復重建提供了新的治療途徑。

1 種子細胞

軟骨是最早應用組織工程技術成功構建的組織之一，但是目前軟骨組織工程的發展卻遠遠落后于骨和皮膚，主要原因就是缺乏合適的種子細胞。理想的軟骨種子細胞應具有以下特點：①取材方便，對機體創傷小；②植入受體后對機體免疫排斥反應小；③在體外培養時有較強的增殖能力；④能穩定保持軟骨細胞表型[1]。

1.1 軟骨細胞

軟骨細胞是最早應用的軟骨組織工程種子細胞，但是軟骨細胞來源有限，取材過程對供體損傷大，而且是終末細胞，增殖能力較弱，體外培養三代以上就會出現去分化現象[2]，喪失成軟骨能力，軟骨細胞移植后軟骨下骨通常得不到有效修復，移植物與軟骨下骨間的愈合不良常導致移植物脫落或退變。因此軟骨細胞不是理想的種子細胞。

1.2 骨髓間充質干細胞

骨髓間充質干細胞（MSC）能夠自我繁殖，具有多向分化潛能，能夠定向誘導分化成軟骨細胞，且隨細胞的擴增，細胞的性狀和分化保持不變，是較理想的種子細胞。但是MSC表達多種表面標志物，目前還沒有一個特異性的表面標志物，因此MSC的分離鑒定比較困難。而且取材困難、給病人帶來的痛苦大，加之骨髓中的間充質干細胞含量非常少，上述不足限制了MSC的應用。

1.3 脂肪干細胞

2001年，Zuk等發現脂肪抽吸物中存在具有多項分化潛能的細胞，并首次命名為脂肪干細胞（ADSC）。以后的實驗發現ADSC貼壁能力強，對培養基的營養需求低，對血清無特殊選擇性，體外易于培養，體外倍增速度快于骨髓間充質干細胞，而且傳代過程中，細胞增殖能力穩定。另外，ADSC來源于脂肪組織，來源廣，含量豐富，提取過程簡單，創傷小，有望成為理想的種子細胞。

2 脂肪干細胞構建軟骨組織的應用現狀

軟骨的形成是基因在體內特定微環境下選擇性表達的結果，ADSC構建軟骨組織的根本點就是要模仿體內微環境，誘導基因選擇性表達。目前應用于ADSC軟骨誘導的方法主要有如下幾種：

2.1 生長因子

多種生長因子在軟骨的發生中起重要作用。轉化生長因子β（TGF-β）超家族作用于軟骨分化的始終，該家族包括TGF-β和骨形態發生蛋白（BMP）兩個亞家族，TGF-β亞家族抑制軟骨細胞的肥大分化，維持生長板中適量的軟骨細胞；BMP亞家族能起始間充質細胞向軟骨細胞分化并維持軟骨細胞的特性，而且促進軟骨細胞的成熟。常染色體性別反轉基因（SOX9）家族是軟骨生成中發揮主導作用的另一調節因子，SOX9促進前體干細胞的聚集，維持軟骨細胞增殖，抑制其向肥大軟骨細胞分化。此外胰島素樣生長因子（IGF-1）、軟骨形態發生蛋白（CDMP1）等均發揮重要作用。在培養基中加入一種或多種生長因子可以誘導脂肪干細胞定向分化為軟骨細胞。如CDMP1的單獨應用、TGF-β1和IGF-1的聯合應用。聯合應用的效果要優于單獨應用。較為理想的添加細胞因子的方法是細胞因子的序貫應用，但由于干細胞向軟骨細胞分化的機制尚不完全清楚，該方法受到限制。

2.2 共培養

軟骨細胞不僅可以分泌多種細胞因子如TGF-β等，還可以分泌Ⅱ型膠原等特異的軟骨細胞外基質。軟骨細胞與脂肪干細胞共培養，在無需添加生長因子的條件下就能提供脂肪干細胞向軟骨細胞分化的微環境，誘導軟骨細胞形成，解決了生長因子造價高昂的缺點。張勇等分離共培養正常新西蘭大白兔的脂肪干細胞和軟骨細胞，證實與軟骨細胞共培養后，脂肪干細胞可以被誘導成軟骨樣細胞。這一研究成果為共培養體內修復軟骨損傷提供了依據。

2.3 轉基因

外源性生長因子持續時間短，需反復添加，造價高昂，基因工程技術與軟骨組織工程技術相結合構建基因工程化軟骨解決了上述問題。將各種生長因子的基因導入種子細胞中，使細胞在增殖分化的同時表達所需的生長因子，繼而通過自分泌或旁分泌途徑促進其進一步增殖分化，這已成為構建軟骨組織工程的新途徑。賀明等用SOX-9和TGF-β1共同轉染大鼠脂肪干細胞，結果TGF-β1和Ⅱ型膠原表達均以SOX-9和TGF-β1共轉染組最多，證實SOX-9和TGF-β1共轉染ADSC成功誘導大鼠ADSC向軟骨細胞分化。這為外源性基因轉染脂肪干細胞構建軟骨組織工程種子細胞提供了依據。

2.4 疏密波

吳廣文等分離培養大鼠骨髓間充質干細胞，用疏密波誘導第三代細胞，誘導14d后，大鼠骨髓間充質干細胞分化為軟骨細胞表型，并證實疏密波誘導的機制是上調核心結合因子a1和SOX-9 的mRNA的表達從而促進糖胺聚糖和Ⅱ型膠原的表達。鑒于脂肪干細胞與骨髓間充質干細胞的諸多相似性，我們有理由推測疏密波也可用于誘導脂肪干細胞向軟骨細胞的分化。

3 面臨問題

雖然軟骨誘導的方法在不斷地改善，但是目前ADSC應用于軟骨組織工程依然面臨很多問題。ADSC的成軟骨率有待提高，ADSC構建軟骨組織的效果不如骨髓間充質干細胞理想。目前尚未發現ADSC的特異性標記物，無法得到純化的ADSC亞群，因此尋找ADSC特異性的表面標志物對于ADSC的分離純化至關重要。另外ADSC體外長期培養的安全性有待進一步證實，有研究稱長時間培養的ADSC可使免疫缺陷的小鼠發生腫瘤。

4 展 望

雖然ADSC在軟骨組織工程中的應用還面臨問題，但是ADSC在取材和多向分化潛能方面的優勢是肯定的。我們有理由相信，隨著生物技術的不斷進步，諸多問題將被一一解決，ADSC在軟骨組織工程方面的前景將會更加美好。

[1] 張世浩,朱立新.關節軟骨組織工程種子細胞的研究進展[J].中國修復重建外科雜志,2008,22(12):1505-1507.

[2] 楊柳,羅卓荊,胡蘊玉,等.關節軟骨細胞體外培養不同時間去分化現象發生過程及規律[J].中國臨床康復,2002,6(12):1372-1373.

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1671-8194（2011）16-0217-02