脂肪間充質干細胞對肝衰竭治療作用機制的研究進展

張亞東，史光軍

(青島大學附屬青島市市立醫院，山東青島　266000)

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脂肪間充質干細胞對肝衰竭治療作用機制的研究進展

張亞東，史光軍

(青島大學附屬青島市市立醫院，山東青島266000)

脂肪間充質干細胞(ADMSCs)是一類具有多向分化潛能、免疫調控功能和自主更新能力的干細胞。ADMSCs可通過誘導分化為肝樣細胞，參與細胞趨化與黏附、抗纖維化及免疫調節而發揮治療肝衰竭的作用。通過搭載目的基因來強化或改善ADMSCs干細胞功能活性的方法對急性肝臟衰竭的保護作用明顯增強，基因水平的實驗研究對進一步發掘ADMSCs的作用和價值意義重大。

肝功能衰竭；脂肪間充質干細胞；干細胞移植；細胞因子；免疫調節

肝功能衰竭患者的臨床癥候多險惡，病死率高，預后較差。針對急、慢性肝功能衰竭，目前臨床上多采用人工肝和原位肝臟移植治療，然而由于供體缺乏、移植代價高、術后并發癥多等問題，使得肝移植在臨床上的應用受到限制[1]。人工肝治療技術雖然可以降低肝衰竭病死率，但并非病因治療，而且有感染的風險，患者最終的恢復效果仍需依賴肝細胞的再生，故臨床效果一般。近年來細胞移植成為眾多學者探尋除肝臟移植外治療終末期肝臟衰竭的方法，脂肪間充質干細胞(ADMSCs)具有強大的免疫調控功能和自主更新能力，不僅取材方便、來源廣泛、免疫原性較低，而且增殖速度快、血清選擇性低。近年研究[2]發現ADMSCs移植可明顯改善肝衰竭大鼠的肝功能情況，降低病死率，提示其在肝組織再生領域中的巨大潛能。本文就ADMSCs移植技術、治療肝衰竭的分子機制、基因搭載及移植存在的問題進行總結。現綜述如下。

1　ADMSCs移植技術

ADMSCs最早是由Zuk等[3]從抽脂術中抽取的脂肪組織懸液中分離、培養得到。 Strem等[4]證實ADMSCs具有多向分化的潛能，在體外一定的誘導條件下可以分化為相應的組織細胞。2005年德國學者首次將間充質干細胞用于肝臟疾病治療，并證實間充質干細胞可以促進肝臟再生。Banas等[5]研究發現，將ADMSCs移植到經CCl4誘導肝損傷的裸鼠體內，裸鼠體內血氨、ALT 、AST水平逐漸降低并趨于正常，表明ADMSCs對受損肝臟具有明顯保護作用。此外，采用PKH26對ADMSCs進行標記(細胞標記率達95%以上)，熒光顯微鏡下觀察肝組織冰凍切片，可見散在分布的紅色標記細胞,免疫熒光染色顯示大部分標記細胞白蛋白表達陽性，從而證實由ADMSCs分化的肝樣細胞可以替代凋亡肝細胞，改善肝功能[6]。

ADMSCs移植后表現出的強大生物學功能得益于其高度活躍的代謝能力，不但可以分泌細胞外基質，還可以通過“旁分泌作用”分泌一系列的細胞因子激活內源性干細胞、通過免疫調節減輕炎癥反應、抑制受損肝細胞凋亡、促進新生血管形成等，從而促進肝臟組織的再生，很多人稱之為“細胞因子工廠”。Ranganath等[7]提出MSCs 轉錄組、分泌組和蛋白質組的概念，并通過研究發現ADMSCs并非通過直接細胞替代，而是分泌蛋白及細胞因子發揮組織再生作用。ADMSCs可表達肝細胞生長因子(HGF)、血管上皮生長因子、轉移生長因子、IL-6以及肝細胞特異性基因[8,9]，提示ADMSCs移植在肝衰竭治療方面的巨大潛力和研究價值。

2　ADMSCs治療肝衰竭的相關機制

2.1ADMSCs誘導分化為肝樣細胞 ADMSCs在體外經HGF誘導可分化為肝樣細胞，HGF主要由肝臟Kupffer細胞、肝血竇內皮細胞分泌，通過作用于HGF受體c-met,從而啟動下游細胞外調節蛋白激酶1/2和磷脂酰肌醇-6 激酶(PI3k)/Akt轉錄因子，誘導ADMSCs分化；此外，成纖維細胞生長因子通過激活酪氨酸激酶受體、啟動 PI3K/Akt/PKB信號通路等途徑與HGF相互作用，兩者共同調節ADMSCs向肝樣細胞的分化。有研究發現此分化過程可能是通過下調Wnt/β-catenin信號通路來完成的[10]。

2.2細胞趨化與黏附作用 趨化因子基質細胞衍生因子1(SDF-1)與SDF-1受體(CXCR4)分別屬于CXC 類趨化因子和CXCR類G蛋白偶聯受體超家族，SDF-1/CXCR4信號通路參與細胞內信號轉導，影響細胞的趨化、運動、黏附、分泌、血管生成、生長等生物學行為[11]。Jung等[12]將ADMSCs移植到 CCl4誘導的肝損傷模型大鼠體內，發現模型鼠的肝脾腫大及壞死均得到較大改善，肝功酶學指標降低，流式細胞儀及免疫組織化學法檢測發現損傷肝組織內CXCR4和SDF-1表達明顯增加，提示細胞趨化與黏附為ADMSCs發揮生物學作用奠定了重要基礎。

2.3 抗纖維化作用 由肝損傷引發的進行性加重的肝纖維化是肝臟發生衰竭的重要原因之一，Philips 等[13]在肝損傷小鼠模型中用GDC-0449抑制hedgehog通路，發現小鼠肝臟肌成纖維細胞減少，肝纖維程度降低，小鼠病死率降低。此外，有學者將ADMSCs培養液離心并取上清液進行提取濃縮，注入肝衰竭小鼠體內，發現小鼠體內TGF-β/Smad信號通路被抑制，Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白合成量明顯減少，肝臟纖維化的進展明顯減慢[14]。肝星狀細胞(HSC)與肝纖維化的發生發展密切相關[15]，研究[16～18]表明ADMSCs可以激活NF-κB途徑和Fas/FasL途徑，誘導HSC凋亡，從而發揮抗纖維化作用。

2.4 免疫調節作用 免疫反應在肝細胞壞死過程中扮演重要的角色。ADMSCs可分泌大量細胞因子，抑制免疫細胞增殖、遷移，發揮抗炎作用[19]；此外，ADMSCs還可分泌SDF-1、血管內皮生長因子[20]，其培養上清能顯著降低肝衰竭大鼠體內炎性因子水平，抑制巨噬細胞的遷移浸潤[21]；Ji等[22]通過提取肝衰竭小鼠肝組織內的 CD4+T細胞，體外與ADMSCs共培養，結果顯示CD4+T 細胞分泌IFN-γ和TNF-α的水平明顯下降。Higashimoto等[23]發現ADMSCs能夠抑制CD4+T細胞和CD11b+髓系細胞TNF-α、CXCL10的分泌，從而發揮抗炎作用。

3　ADMSCs移植技術新思路-基因搭載

近來有學者將ADMSCs治療肝衰竭的研究領域進一步深化，通過逆轉錄、基因剪接、復合等技術完成對ADMSCs的基因修飾，將IGF-1、HGF、Trx-1基因片段成功導入ADMSCs內，結果顯示ADMSCs移植后對急性肝臟衰竭的保護作用明顯增強[24～26]。Du等[27]在實驗中誘導間充質干細胞的CXCR4高表達，發現其改善肝功能衰竭的能力得到提高。這種通過搭載目的基因來強化或改善干細胞功能活性的方法為科研工作提供了新思路，基因水平的實驗研究對進一步發掘ADMSCs作用和價值意義重大。

4　存在的問題

對于ADMSCs的研究目前主要集中在體外培養條件，對于移植入生物體內之后的原位實驗研究仍然較少，各種學說及機制的建立未能在生物體內特定微環境下得到進一步證實。研究發現體內ADMSCs表面高表達δ核心蛋白聚糖，但在體外培養條件下，ADMSCs表面并未見δ核心蛋白聚糖表達，提示體外實驗結果與體內情況存在一定的差異；抑制趨化因子受體CXCR4/CXCL12，雖對肝細胞再生有利，但可能有引發細胞癌變等風險[28]，鑒于其療效和安全性，還需要多環節、大樣本的臨床研究來進一步驗證。

5　總結與展望

肝細胞壞死和肝功能衰竭是目前臨床工作和基礎研究中面臨的難點問題，ADMSCs以其獨特的優勢，在肝衰竭治療領域具有良好的應用前景。我們有理由設想，運用基因重組等技術，敲除在肝細胞壞死凋亡過程中起關鍵作用的基因位點，搭載有利于肝臟再生的基因片段，從而更好地發揮ADMSCs的免疫調節作用；又如是否能通過基因靶向技術在基因水平調節ADMSCs向肝細胞的分化，這些設想的合理性和可行性均需要通過大量的實驗來進一步驗證。

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史光軍(E-mail:sgjzp@hotmail.com)

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