引用本文: 刘琴, 陈芳, 王丽平, 张宜. 影响脂肪干细胞成脂分化的供体因素和实验因素研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2017, 31(11): 1390-1395. doi: 10.7507/1002-1892.201704057 复制
1993 年,Langer 等[1]首次提出了组织工程的基本含义;随后组织工程得到了飞速发展,脂肪组织工程也发展迅速。脂肪组织工程为软组织缺损的修复重建带来了新思路,尤其是乳腺癌术后乳房的修复,它能够在一定程度上克服临床上修复乳房所用方法存在的一些缺点,如自体游离组织瓣引起的新的创伤,自体脂肪移植物高坏死率和吸收率,人工填充材料组织相容性差导致的假体破裂、炎性肉芽肿、纤维囊包裹等并发症[2]。脂肪组织工程的关键之一是选择合适的种子细胞,脂肪干细胞因具有来源丰富、取材方便、有多向分化潜能等特点,是脂肪组织工程理想的种子细胞之一[3-4]。目前,已有较多关于利用脂肪干细胞的成脂能力构建组织工程脂肪的研究,但仍缺乏脂肪干细胞成脂分化的系统综述。故本文从供体因素和实验因素两个方面综述影响脂肪干细胞成脂分化的部分因素,并对其未来研究方向进行展望。
1 供体因素
1.1 供体种属
目前已从很多种属中分离出脂肪干细胞,如人、马、兔、猪、鼠等。但有研究表明,不同种属分离出来的脂肪干细胞成脂能力不同,而且研究结果存在差异。倪永伟等[5]分离了人、新西兰大白兔、SD 大鼠 3 种种属脂肪干细胞,并进行成脂诱导,油红 O 染色后 3 种细胞中红染细胞数均占 80% 以上,但来源于人的脂肪干细胞形成脂滴更明显。有区别的是,李江璇等[6]比较了来源于人、SD 大鼠脂肪干细胞的成脂能力,用图像软件分析油红 O 染色后的吸光度(A)值时,发现二者的累积 A 值无明显差异。
1.2 供体性别
关于供体性别对脂肪干细胞成脂能力影响的研究比较少。Yang 等[7]的研究结果显示,来源于同一年龄阶段男性和女性的脂肪干细胞的成脂能力不存在明显区别。
1.3 供体年龄
供体年龄是否影响脂肪干细胞的成脂能力还存在一定争议。Choudhery 等[8]对比了来源于<30 岁、30~35 岁、>60 岁 3 种年龄阶段男性和女性的脂肪干细胞成脂能力,发现随着年龄增加,脂肪干细胞的成脂能力下降。Yang 等[7]分析了来源于 10~19 岁、20~29 岁、30~39 岁、40~49 岁、50~59 岁、60~69、>70 岁 7 种年龄阶段男性和女性的脂肪干细胞成脂能力,同样认为年龄越大,脂肪干细胞成脂能力越弱。Ye 等[9]分离了来源于 20~38 岁、50~67 岁 2 种年龄阶段女性下眼睑突出脂肪垫的脂肪干细胞,并进行成脂诱导,认为随着年龄增加,脂肪干细胞成脂能力下降。Beane 等[10]获取了来源于 4~6 个月和 4~5 年 2 种年龄阶段新西兰大白兔的脂肪干细胞,发现来源于前者的脂肪干细胞成脂能力优于后者。另有研究者比较了来源于 1 周、8 个月大的猪脂肪干细胞成脂能力,发现雌性猪脂肪干细胞成脂能力随着年龄增加而下降,而雄性猪脂肪干细胞成脂能力随着年龄增加无变化[11]。不同的是,刘美辰[12]研究了来源于儿童组(6~12 岁)、青年组(22~27 岁)、老年组(60~73 岁)3 种年龄阶段的男性和女性脂肪干细胞成脂能力,发现 3 组脂肪干细胞体外成脂能力不存在显著差异。Ding 等[13]对比了来源于 30~39 岁、40~49 岁、50~60 岁 3 种年龄阶段女性脂肪干细胞的成脂能力,结果表明年龄并不影响脂肪干细胞的成脂能力。然后有研究者认为随着年龄增加,脂肪干细胞的成脂能力增强。Kornicka 等[14]分析了来源于 20~29 岁、50~60 岁、60~69 岁 3 种年龄阶段男性和女性脂肪干细胞的成脂能力,发现随着年龄增加,脂肪干细胞诱导后产生的脂滴和油红 O 染色面积增加。
1.4 供体健康状态
迄今为止,对于供体健康状态是否影响脂肪干细胞的成脂能力尚无定论。De Girolamo 等[15]对比了消瘦者和肥胖者脂肪干细胞的成脂能力,认为肥胖会降低脂肪干细胞的成脂能力。同样,Pachón-Peña 等[16]的研究结果也显示,来源于肥胖者的脂肪干细胞成脂诱导后脂滴积累少于来源于消瘦者的脂肪干细胞。Marycz 等[17]从健康马和患有代谢综合征马的尾部分离出脂肪干细胞,并进行成脂诱导,发现两者的成脂能力并无明显区别。Inatani 等[18]认为来自非典型脂肪瘤的脂肪干细胞成脂能力与来自正常脂肪组织的脂肪干细胞无明显区别。然而,Yang 等[7]研究了体质量指数<25、25~30 和>303 种情况下人脂肪干细胞的成脂能力,发现随着体质量指数的增加,脂肪干细胞成脂能力增强。Park 等[19]从患有软骨发育不全患者的皮下脂肪和软骨周围脂肪组织处获得人脂肪干细胞并进行成脂诱导,发现两处所得人脂肪干细胞成脂能力均强于健康人脂肪干细胞。
2 实验因素
2.1 脂肪组织取材部位
对于脂肪组织取材部位是否影响脂肪干细胞的成脂能力仍无定论。De Girolamo 等[15]从人皮下和内脏脂肪组织中分离出脂肪干细胞并进行成脂诱导,发现皮下脂肪干细胞成脂能力优于内脏脂肪干细胞。Russo 等[20]从人皮下、大网膜、胸腔内(心包和胸腺)脂肪组织中分离出脂肪干细胞并进行成脂诱导,认为来源于人皮下和胸腔内的脂肪干细胞成脂能力优于来源于大网膜的脂肪干细胞。同样,Shah 等[21]也认为,来源于人皮下脂肪组织的脂肪干细胞成脂能力强于来源于大网膜脂肪组织的脂肪干细胞。Di Taranto 等[22]的研究表明,由女性浅层脂肪组织分离所得脂肪干细胞的成脂能力优于深层脂肪组织脂肪干细胞。Siciliano 等[23]的研究结果显示,与来源于胸隔的脂肪干细胞相比,来源于纵膈处的脂肪干细胞展现出更优秀的成脂能力。另有研究者对比了来源于兔腹股沟、腹膜后、颈背部 3 个部位的脂肪干细胞成脂能力,细胞染色后发现腹股沟部脂肪干细胞阳性结节最大,腹膜后及颈背部脂肪干细胞阳性结节无明显区别[24]。不同的是,Choudhery 等[25]的研究结果显示,来源于 31 岁男性乳房、背部、腹部、侧腹深处、腋窝处脂肪干细胞的成脂能力无明显区别,来源于 21 岁女性斯卡帕筋膜、右上臂、右前臂 3 处的脂肪干细胞成脂能力无明显区别,来源于 55 岁女性斯卡帕筋膜和颏下面颊处脂肪干细胞的成脂能力无明显区别。Kouidhi 等[26]认为来自女性下颌和膝盖的脂肪干细胞成脂诱导后形成的脂滴无明显区别,表达相似水平的脂联素和脂肪酸结合蛋白 4。另有研究者认为来源于骆驼驼峰和腹部的脂肪干细胞成脂能力也无明显区别[27]。
2.2 脂肪组织取材方法
脂肪组织取材方法是否影响脂肪干细胞成脂能力尚无定论。有研究者认为由组织切除术或抽脂术所得到的人脂肪干细胞成脂能力无明显区别[28-29]。也有不同观点,Gnanasegaran 等[30]比较了由抽脂术和组织活检所得人脂肪干细胞的成脂能力,发现由组织活检所得脂肪干细胞成脂诱导后过氧化物酶增殖物激活受体 γ-2 的表达量显著高于由组织活检所得脂肪干细胞。Chen 等[31]采用(–30±5)、(–55±5) kPa 两种压力抽取人脂肪组织,发现由前者所得脂肪干细胞的成脂能力高于后者。
2.3 分离方法
分离脂肪干细胞的方法很多,如胶原酶法、组织块贴壁法、胰蛋白酶消化法等。有研究者对现有脂肪干细胞的分离方法对其成脂能力的影响进行了对比。Markarian 等[32]采用 0.1% Ⅰ 型胶原酶消化 30 min、12.5 μg/mL 或 25 μg/mL 胰蛋白酶消化 30 min 或 60 min、37.5 μg/mL 胰蛋白酶消化 30 min 等几种方法分离人脂肪干细胞,并进行成脂诱导,发现上述所得脂肪干细胞成脂能力相似,但未分析脂滴的 A 值,以及未从基因水平比较上述方法是否存在差异。Priya 等[33]认为采用组织块贴壁法和 0.1% Ⅰ 型胶原酶处理 60 min 所得的人脂肪干细胞成脂诱导后,脂滴的 A540 值无统计学差异。Busser 等[34]的研究结果显示,由组织块贴壁法和 0.1% 胶原酶 D 消化 2 h 所得人脂肪干细胞成脂诱导后,脂滴 A540 值无统计学差异。
2.4 培养条件
培养条件如培养方法、培养液的种类、血清浓度、糖浓度、氧浓度等可影响脂肪干细胞的成脂能力。
2.4.1 培养方法 培养方法在一定程度上影响脂肪干细胞的成脂能力。Lin 等[35]将人脂肪干细胞分别培养于 2D、3D 两种环境中,发现在 3D 培养环境下,人脂肪干细胞在 14~21 d 的成脂分化率明显优于 2D 培养环境。同样,有研究者用一种锥形聚集 3D 培养装置进行人脂肪干细胞的成脂诱导,与 2D 培养方法相比,3D 培养法下人脂肪干细胞诱导后产生的甘油三酯数量更高[36]。
2.4.2 培养液 培养液的种类很多,如 RPMI-1640、α-MEM、L-DMEM、DMEM/F12 等,培养液种类的不同可能影响脂肪干细胞的成脂能力。Roxburgh 等[37]将人脂肪干细胞在 H-DMEM+10%FBS、L-DMEM+10%FBS、IMDM∶HAM/F12(1∶1)+10%FBS、L-DMEM∶MCDB201(60∶40)+2%FBS+10 ng/mL FGF+10 ng/mL PDGF+5 μg/mL 胰岛素+5 μg/mL 转铁蛋白+200 U/mL LIF、MesenPRO 基础培养液+2 mmol/L L-谷氨酰胺几种培养条件下进行成脂诱导,结果显示 H-DMEM+10%FBS、L-DMEM+10%FBS、IMDM∶HAM/F12(1∶1)+10%FBS 3 种条件下其成脂能力较好,但未对比哪种培养条件下成脂能力最好。
2.4.3 血清 血清浓度是否影响脂肪干细胞的成脂能力还存在争议,大多数学者采用 10%FBS 进行成脂诱导。Sato 等[38]创建了一种无血清人脂肪干细胞培养体系,与传统的含 FBS 人脂肪干细胞培养体系相比,人脂肪干细胞在无血清培养体系中的成脂能力更强。Al-Saqi 等[39]认为人脂肪干细胞在 Mesencult-XF 无血清培养体系中的成脂能力强于 DMEM+10%FBS 培养体系。然而,李婷等[40]用含不同浓度 FBS 的脂肪组织提取液诱导培养大鼠脂肪干细胞,结果显示 FBS 的浓度不影响其成脂能力。同样,有研究者比较了在相同氧浓度(21%O2)前提下,人脂肪干细胞在含 FBS 和不含 FBS 两种情况下的成脂能力,认为 FBS 的浓度不影响其成脂能力[41]。
血清的种类可在一定程度上影响脂肪干细胞的成脂能力。Choi 等[42]将脂肪干细胞在含 10%FBS、不同浓度(1%、2%、5%、10%)自体血清几种条件下进行成脂诱导,结果显示,在体外实验中脂肪干细胞成脂能力大小依次是 10%FBS>5% 或 10% 自体血清>1% 或 2% 自体血清;在体内实验中,10%FBS 和 10% 自体血清条件下,脂肪干细胞成脂能力优于 2% 自体血清和 1% 自体血清,认为 10% 自体血清可替代 10%FBS。另外,有研究者[43]初步探讨了以血小板浓厚液配方组合取代 FBS 作为脂肪干细胞培养液,结果显示以含 1%CaCl2 活化的 20% 人类血小板浓厚血浆培养脂肪干细胞,在 5、7 d 能得到最佳生长曲线;以含 1%CaCl2 活化的 10% 与 20% 人类血小板浓厚血浆培养脂肪干细胞,在第 10 代有较低的细胞老化程度;所有以人类血小板浓厚血浆培养的脂肪干细胞都具有分化为脂肪细胞的潜力,认为人类血小板浓厚血浆可取代 FBS 成为脂肪干细胞培养体系。
2.4.4 糖浓度 Cheng 等[44]将来源于健康供体的人脂肪干细胞在含高糖(4.5 g/L)和低糖(1.0 g/L)两种成脂诱导条件下进行成脂诱导,结果显示两种条件下人脂肪干细胞的成脂能力无变化,只是在 4.5 g/L 高糖条件下其迁移力下降、衰老增加、氧化反应水平高。
2.4.5 氧浓度 氧浓度对脂肪干细胞成脂能力的影响还存在争议。Fotia 等[45]对比了人脂肪干细胞在 21% 常氧和 1% 低氧条件下的成脂能力,结果显示两种条件下人脂肪干细胞的成脂能力不存在显著差异。然而,Wan Safwani 等[41]分析了在不含 FBS 的前提下,人脂肪干细胞在 21% 常氧和 2% 低氧浓度条件下的成脂能力,认为低氧降低其成脂能力。
2.5 细胞代数
细胞代数对脂肪干细胞成脂能力的影响还无定论。Safwani 等[46]取第 5、10、15、20 代人脂肪干细胞进行成脂诱导,诱导后脂滴形成率分别是 22.5%、20%、10%、6%;与第 5 代和第 10 代细胞相比,第 15 代细胞过氧化物酶增殖物激活受体表达水平最高;第 20 代脂蛋白脂酶表达水平最低;第 5 代细胞脂肪酸结合蛋白表达水平最高,第 15 代细胞脂肪酸结合蛋白表达水平最低。因此,Safwani 等认为人脂肪干细胞的成脂能力在第 10 代开始下降。Liu 等[47]研究了第 3~12 代大鼠脂肪干细胞的成脂能力,结果显示伴随着传代次数的增加,脂肪干细胞的成脂能力降低,有趣的是成骨能力反而提高。Lee 等[48]取第 1、3、6 代犬脂肪干细胞进行成脂诱导,结果显示犬脂肪干细胞的成脂能力随着细胞代数的增加而下降。相反,El Atat 等[49]对比了第 1~4 代人脂肪干细胞的成脂能力,认为人脂肪干细胞的成脂能力不随细胞代数的增加而发生改变。同样,Wang 等[50]也认为连续传代不影响人脂肪干细胞的成脂能力,但 IL-10 和 HGF 的表达量会随着传代次数的增加而减少。
2.6 细胞倍增数
已有研究显示细胞倍增数不影响脂肪干细胞的成脂能力。Plastini 等[51]将细胞倍增数在 1.6、3.8、4.9、6.2 4 种情况下的人脂肪干细胞进行成脂诱导,发现细胞倍增数并不影响其成脂能力;还比较了细胞倍增数在 5.1 和长期传代后细胞倍增数达 10.1 两种情况下人脂肪干细胞的成脂能力,同样认为细胞倍增数不影响其成脂能力;有趣的是细胞倍增数在 6.1~6.2 时其成骨能力不变,但随着长期培养,细胞倍增数达 10.1 时其成骨能力下降。
2.7 冻存
关于冻存对脂肪干细胞成脂能力的影响还存在着争议。有研究者认为冻存不影响人脂肪干细胞的成脂能力[52-53]。相反,James 等[54]通过体内外实验发现,冻存显著降低人脂肪干细胞的成脂能力。Shah 等[55]也通过体外实验认为冻存显著降低人脂肪干细胞的成脂能力。
2.8 细胞亚群
脂肪干细胞中不同细胞亚群的成脂能力有所不同。Gierloff 等[56]分析了脂肪干细胞中 CD29、CD71、CD73、CD90 几种细胞亚型的成脂能力,结果发现 CD29+ 细胞亚群的成脂能力最强,其次是未分选的细胞,CD71–、CD73–、CD90– 3 种细胞亚群的成脂能力最低。Davies 等[57]从大鼠脂肪干细胞分选出 CD29+/CD90+ 细胞亚群并进行成脂诱导,发现此亚群的成脂能力低于未分选的大鼠脂肪干细胞。Song 等[58]采用流式细胞仪从兔脂肪干细胞中分选出 CD90+ 细胞亚群并进行成脂诱导,认为 CD90+ 细胞亚群的成脂能力与未分选的兔脂肪干细胞成脂能力无明显区别。
3 总结与展望
综上述,影响脂肪干细胞成脂能力的供体因素和实验因素很多,但其中有很多因素是否对脂肪干细胞的成脂能力造成影响还存在一定争议,如种属、年龄、健康状态、取材部位、取材方法、培养条件、细胞代数、冻存等。造成这些争议存在的原因可能与研究者所取实验对象的种属、性别、年龄、健康状态、脂肪组织取材部位、取材方法、培养条件、细胞代数、冻存条件不同有关。另外,目前关于供体因素和实验因素对脂肪干细胞成脂能力的影响研究多为体外或动物实验,临床试验较少,体内外微环境存在的差异、动物和人体内微环境的差异,使得目前的研究结果应用于人体还存在很大难度。
鉴于脂肪干细胞在脂肪组织工程中的重要性,有以下两个方面亟需解决:① 明确上述影响脂肪干细胞成脂能力存在争议的事项,包括供体种属、供体年龄、供体健康状态、脂肪取材部位、培养条件中的氧浓度、细胞代数和冻存。② 建议统一培养条件,如培养方法、培养液、血清种类和浓度、氧浓度等,减少成脂诱导分化存在的差异。
1993 年,Langer 等[1]首次提出了组织工程的基本含义;随后组织工程得到了飞速发展,脂肪组织工程也发展迅速。脂肪组织工程为软组织缺损的修复重建带来了新思路,尤其是乳腺癌术后乳房的修复,它能够在一定程度上克服临床上修复乳房所用方法存在的一些缺点,如自体游离组织瓣引起的新的创伤,自体脂肪移植物高坏死率和吸收率,人工填充材料组织相容性差导致的假体破裂、炎性肉芽肿、纤维囊包裹等并发症[2]。脂肪组织工程的关键之一是选择合适的种子细胞,脂肪干细胞因具有来源丰富、取材方便、有多向分化潜能等特点,是脂肪组织工程理想的种子细胞之一[3-4]。目前,已有较多关于利用脂肪干细胞的成脂能力构建组织工程脂肪的研究,但仍缺乏脂肪干细胞成脂分化的系统综述。故本文从供体因素和实验因素两个方面综述影响脂肪干细胞成脂分化的部分因素,并对其未来研究方向进行展望。
1 供体因素
1.1 供体种属
目前已从很多种属中分离出脂肪干细胞,如人、马、兔、猪、鼠等。但有研究表明,不同种属分离出来的脂肪干细胞成脂能力不同,而且研究结果存在差异。倪永伟等[5]分离了人、新西兰大白兔、SD 大鼠 3 种种属脂肪干细胞,并进行成脂诱导,油红 O 染色后 3 种细胞中红染细胞数均占 80% 以上,但来源于人的脂肪干细胞形成脂滴更明显。有区别的是,李江璇等[6]比较了来源于人、SD 大鼠脂肪干细胞的成脂能力,用图像软件分析油红 O 染色后的吸光度(A)值时,发现二者的累积 A 值无明显差异。
1.2 供体性别
关于供体性别对脂肪干细胞成脂能力影响的研究比较少。Yang 等[7]的研究结果显示,来源于同一年龄阶段男性和女性的脂肪干细胞的成脂能力不存在明显区别。
1.3 供体年龄
供体年龄是否影响脂肪干细胞的成脂能力还存在一定争议。Choudhery 等[8]对比了来源于<30 岁、30~35 岁、>60 岁 3 种年龄阶段男性和女性的脂肪干细胞成脂能力,发现随着年龄增加,脂肪干细胞的成脂能力下降。Yang 等[7]分析了来源于 10~19 岁、20~29 岁、30~39 岁、40~49 岁、50~59 岁、60~69、>70 岁 7 种年龄阶段男性和女性的脂肪干细胞成脂能力,同样认为年龄越大,脂肪干细胞成脂能力越弱。Ye 等[9]分离了来源于 20~38 岁、50~67 岁 2 种年龄阶段女性下眼睑突出脂肪垫的脂肪干细胞,并进行成脂诱导,认为随着年龄增加,脂肪干细胞成脂能力下降。Beane 等[10]获取了来源于 4~6 个月和 4~5 年 2 种年龄阶段新西兰大白兔的脂肪干细胞,发现来源于前者的脂肪干细胞成脂能力优于后者。另有研究者比较了来源于 1 周、8 个月大的猪脂肪干细胞成脂能力,发现雌性猪脂肪干细胞成脂能力随着年龄增加而下降,而雄性猪脂肪干细胞成脂能力随着年龄增加无变化[11]。不同的是,刘美辰[12]研究了来源于儿童组(6~12 岁)、青年组(22~27 岁)、老年组(60~73 岁)3 种年龄阶段的男性和女性脂肪干细胞成脂能力,发现 3 组脂肪干细胞体外成脂能力不存在显著差异。Ding 等[13]对比了来源于 30~39 岁、40~49 岁、50~60 岁 3 种年龄阶段女性脂肪干细胞的成脂能力,结果表明年龄并不影响脂肪干细胞的成脂能力。然后有研究者认为随着年龄增加,脂肪干细胞的成脂能力增强。Kornicka 等[14]分析了来源于 20~29 岁、50~60 岁、60~69 岁 3 种年龄阶段男性和女性脂肪干细胞的成脂能力,发现随着年龄增加,脂肪干细胞诱导后产生的脂滴和油红 O 染色面积增加。
1.4 供体健康状态
迄今为止,对于供体健康状态是否影响脂肪干细胞的成脂能力尚无定论。De Girolamo 等[15]对比了消瘦者和肥胖者脂肪干细胞的成脂能力,认为肥胖会降低脂肪干细胞的成脂能力。同样,Pachón-Peña 等[16]的研究结果也显示,来源于肥胖者的脂肪干细胞成脂诱导后脂滴积累少于来源于消瘦者的脂肪干细胞。Marycz 等[17]从健康马和患有代谢综合征马的尾部分离出脂肪干细胞,并进行成脂诱导,发现两者的成脂能力并无明显区别。Inatani 等[18]认为来自非典型脂肪瘤的脂肪干细胞成脂能力与来自正常脂肪组织的脂肪干细胞无明显区别。然而,Yang 等[7]研究了体质量指数<25、25~30 和>303 种情况下人脂肪干细胞的成脂能力,发现随着体质量指数的增加,脂肪干细胞成脂能力增强。Park 等[19]从患有软骨发育不全患者的皮下脂肪和软骨周围脂肪组织处获得人脂肪干细胞并进行成脂诱导,发现两处所得人脂肪干细胞成脂能力均强于健康人脂肪干细胞。
2 实验因素
2.1 脂肪组织取材部位
对于脂肪组织取材部位是否影响脂肪干细胞的成脂能力仍无定论。De Girolamo 等[15]从人皮下和内脏脂肪组织中分离出脂肪干细胞并进行成脂诱导,发现皮下脂肪干细胞成脂能力优于内脏脂肪干细胞。Russo 等[20]从人皮下、大网膜、胸腔内(心包和胸腺)脂肪组织中分离出脂肪干细胞并进行成脂诱导,认为来源于人皮下和胸腔内的脂肪干细胞成脂能力优于来源于大网膜的脂肪干细胞。同样,Shah 等[21]也认为,来源于人皮下脂肪组织的脂肪干细胞成脂能力强于来源于大网膜脂肪组织的脂肪干细胞。Di Taranto 等[22]的研究表明,由女性浅层脂肪组织分离所得脂肪干细胞的成脂能力优于深层脂肪组织脂肪干细胞。Siciliano 等[23]的研究结果显示,与来源于胸隔的脂肪干细胞相比,来源于纵膈处的脂肪干细胞展现出更优秀的成脂能力。另有研究者对比了来源于兔腹股沟、腹膜后、颈背部 3 个部位的脂肪干细胞成脂能力,细胞染色后发现腹股沟部脂肪干细胞阳性结节最大,腹膜后及颈背部脂肪干细胞阳性结节无明显区别[24]。不同的是,Choudhery 等[25]的研究结果显示,来源于 31 岁男性乳房、背部、腹部、侧腹深处、腋窝处脂肪干细胞的成脂能力无明显区别,来源于 21 岁女性斯卡帕筋膜、右上臂、右前臂 3 处的脂肪干细胞成脂能力无明显区别,来源于 55 岁女性斯卡帕筋膜和颏下面颊处脂肪干细胞的成脂能力无明显区别。Kouidhi 等[26]认为来自女性下颌和膝盖的脂肪干细胞成脂诱导后形成的脂滴无明显区别,表达相似水平的脂联素和脂肪酸结合蛋白 4。另有研究者认为来源于骆驼驼峰和腹部的脂肪干细胞成脂能力也无明显区别[27]。
2.2 脂肪组织取材方法
脂肪组织取材方法是否影响脂肪干细胞成脂能力尚无定论。有研究者认为由组织切除术或抽脂术所得到的人脂肪干细胞成脂能力无明显区别[28-29]。也有不同观点,Gnanasegaran 等[30]比较了由抽脂术和组织活检所得人脂肪干细胞的成脂能力,发现由组织活检所得脂肪干细胞成脂诱导后过氧化物酶增殖物激活受体 γ-2 的表达量显著高于由组织活检所得脂肪干细胞。Chen 等[31]采用(–30±5)、(–55±5) kPa 两种压力抽取人脂肪组织,发现由前者所得脂肪干细胞的成脂能力高于后者。
2.3 分离方法
分离脂肪干细胞的方法很多,如胶原酶法、组织块贴壁法、胰蛋白酶消化法等。有研究者对现有脂肪干细胞的分离方法对其成脂能力的影响进行了对比。Markarian 等[32]采用 0.1% Ⅰ 型胶原酶消化 30 min、12.5 μg/mL 或 25 μg/mL 胰蛋白酶消化 30 min 或 60 min、37.5 μg/mL 胰蛋白酶消化 30 min 等几种方法分离人脂肪干细胞,并进行成脂诱导,发现上述所得脂肪干细胞成脂能力相似,但未分析脂滴的 A 值,以及未从基因水平比较上述方法是否存在差异。Priya 等[33]认为采用组织块贴壁法和 0.1% Ⅰ 型胶原酶处理 60 min 所得的人脂肪干细胞成脂诱导后,脂滴的 A540 值无统计学差异。Busser 等[34]的研究结果显示,由组织块贴壁法和 0.1% 胶原酶 D 消化 2 h 所得人脂肪干细胞成脂诱导后,脂滴 A540 值无统计学差异。
2.4 培养条件
培养条件如培养方法、培养液的种类、血清浓度、糖浓度、氧浓度等可影响脂肪干细胞的成脂能力。
2.4.1 培养方法 培养方法在一定程度上影响脂肪干细胞的成脂能力。Lin 等[35]将人脂肪干细胞分别培养于 2D、3D 两种环境中,发现在 3D 培养环境下,人脂肪干细胞在 14~21 d 的成脂分化率明显优于 2D 培养环境。同样,有研究者用一种锥形聚集 3D 培养装置进行人脂肪干细胞的成脂诱导,与 2D 培养方法相比,3D 培养法下人脂肪干细胞诱导后产生的甘油三酯数量更高[36]。
2.4.2 培养液 培养液的种类很多,如 RPMI-1640、α-MEM、L-DMEM、DMEM/F12 等,培养液种类的不同可能影响脂肪干细胞的成脂能力。Roxburgh 等[37]将人脂肪干细胞在 H-DMEM+10%FBS、L-DMEM+10%FBS、IMDM∶HAM/F12(1∶1)+10%FBS、L-DMEM∶MCDB201(60∶40)+2%FBS+10 ng/mL FGF+10 ng/mL PDGF+5 μg/mL 胰岛素+5 μg/mL 转铁蛋白+200 U/mL LIF、MesenPRO 基础培养液+2 mmol/L L-谷氨酰胺几种培养条件下进行成脂诱导,结果显示 H-DMEM+10%FBS、L-DMEM+10%FBS、IMDM∶HAM/F12(1∶1)+10%FBS 3 种条件下其成脂能力较好,但未对比哪种培养条件下成脂能力最好。
2.4.3 血清 血清浓度是否影响脂肪干细胞的成脂能力还存在争议,大多数学者采用 10%FBS 进行成脂诱导。Sato 等[38]创建了一种无血清人脂肪干细胞培养体系,与传统的含 FBS 人脂肪干细胞培养体系相比,人脂肪干细胞在无血清培养体系中的成脂能力更强。Al-Saqi 等[39]认为人脂肪干细胞在 Mesencult-XF 无血清培养体系中的成脂能力强于 DMEM+10%FBS 培养体系。然而,李婷等[40]用含不同浓度 FBS 的脂肪组织提取液诱导培养大鼠脂肪干细胞,结果显示 FBS 的浓度不影响其成脂能力。同样,有研究者比较了在相同氧浓度(21%O2)前提下,人脂肪干细胞在含 FBS 和不含 FBS 两种情况下的成脂能力,认为 FBS 的浓度不影响其成脂能力[41]。
血清的种类可在一定程度上影响脂肪干细胞的成脂能力。Choi 等[42]将脂肪干细胞在含 10%FBS、不同浓度(1%、2%、5%、10%)自体血清几种条件下进行成脂诱导,结果显示,在体外实验中脂肪干细胞成脂能力大小依次是 10%FBS>5% 或 10% 自体血清>1% 或 2% 自体血清;在体内实验中,10%FBS 和 10% 自体血清条件下,脂肪干细胞成脂能力优于 2% 自体血清和 1% 自体血清,认为 10% 自体血清可替代 10%FBS。另外,有研究者[43]初步探讨了以血小板浓厚液配方组合取代 FBS 作为脂肪干细胞培养液,结果显示以含 1%CaCl2 活化的 20% 人类血小板浓厚血浆培养脂肪干细胞,在 5、7 d 能得到最佳生长曲线;以含 1%CaCl2 活化的 10% 与 20% 人类血小板浓厚血浆培养脂肪干细胞,在第 10 代有较低的细胞老化程度;所有以人类血小板浓厚血浆培养的脂肪干细胞都具有分化为脂肪细胞的潜力,认为人类血小板浓厚血浆可取代 FBS 成为脂肪干细胞培养体系。
2.4.4 糖浓度 Cheng 等[44]将来源于健康供体的人脂肪干细胞在含高糖(4.5 g/L)和低糖(1.0 g/L)两种成脂诱导条件下进行成脂诱导,结果显示两种条件下人脂肪干细胞的成脂能力无变化,只是在 4.5 g/L 高糖条件下其迁移力下降、衰老增加、氧化反应水平高。
2.4.5 氧浓度 氧浓度对脂肪干细胞成脂能力的影响还存在争议。Fotia 等[45]对比了人脂肪干细胞在 21% 常氧和 1% 低氧条件下的成脂能力,结果显示两种条件下人脂肪干细胞的成脂能力不存在显著差异。然而,Wan Safwani 等[41]分析了在不含 FBS 的前提下,人脂肪干细胞在 21% 常氧和 2% 低氧浓度条件下的成脂能力,认为低氧降低其成脂能力。
2.5 细胞代数
细胞代数对脂肪干细胞成脂能力的影响还无定论。Safwani 等[46]取第 5、10、15、20 代人脂肪干细胞进行成脂诱导,诱导后脂滴形成率分别是 22.5%、20%、10%、6%;与第 5 代和第 10 代细胞相比,第 15 代细胞过氧化物酶增殖物激活受体表达水平最高;第 20 代脂蛋白脂酶表达水平最低;第 5 代细胞脂肪酸结合蛋白表达水平最高,第 15 代细胞脂肪酸结合蛋白表达水平最低。因此,Safwani 等认为人脂肪干细胞的成脂能力在第 10 代开始下降。Liu 等[47]研究了第 3~12 代大鼠脂肪干细胞的成脂能力,结果显示伴随着传代次数的增加,脂肪干细胞的成脂能力降低,有趣的是成骨能力反而提高。Lee 等[48]取第 1、3、6 代犬脂肪干细胞进行成脂诱导,结果显示犬脂肪干细胞的成脂能力随着细胞代数的增加而下降。相反,El Atat 等[49]对比了第 1~4 代人脂肪干细胞的成脂能力,认为人脂肪干细胞的成脂能力不随细胞代数的增加而发生改变。同样,Wang 等[50]也认为连续传代不影响人脂肪干细胞的成脂能力,但 IL-10 和 HGF 的表达量会随着传代次数的增加而减少。
2.6 细胞倍增数
已有研究显示细胞倍增数不影响脂肪干细胞的成脂能力。Plastini 等[51]将细胞倍增数在 1.6、3.8、4.9、6.2 4 种情况下的人脂肪干细胞进行成脂诱导,发现细胞倍增数并不影响其成脂能力;还比较了细胞倍增数在 5.1 和长期传代后细胞倍增数达 10.1 两种情况下人脂肪干细胞的成脂能力,同样认为细胞倍增数不影响其成脂能力;有趣的是细胞倍增数在 6.1~6.2 时其成骨能力不变,但随着长期培养,细胞倍增数达 10.1 时其成骨能力下降。
2.7 冻存
关于冻存对脂肪干细胞成脂能力的影响还存在着争议。有研究者认为冻存不影响人脂肪干细胞的成脂能力[52-53]。相反,James 等[54]通过体内外实验发现,冻存显著降低人脂肪干细胞的成脂能力。Shah 等[55]也通过体外实验认为冻存显著降低人脂肪干细胞的成脂能力。
2.8 细胞亚群
脂肪干细胞中不同细胞亚群的成脂能力有所不同。Gierloff 等[56]分析了脂肪干细胞中 CD29、CD71、CD73、CD90 几种细胞亚型的成脂能力,结果发现 CD29+ 细胞亚群的成脂能力最强,其次是未分选的细胞,CD71–、CD73–、CD90– 3 种细胞亚群的成脂能力最低。Davies 等[57]从大鼠脂肪干细胞分选出 CD29+/CD90+ 细胞亚群并进行成脂诱导,发现此亚群的成脂能力低于未分选的大鼠脂肪干细胞。Song 等[58]采用流式细胞仪从兔脂肪干细胞中分选出 CD90+ 细胞亚群并进行成脂诱导,认为 CD90+ 细胞亚群的成脂能力与未分选的兔脂肪干细胞成脂能力无明显区别。
3 总结与展望
综上述,影响脂肪干细胞成脂能力的供体因素和实验因素很多,但其中有很多因素是否对脂肪干细胞的成脂能力造成影响还存在一定争议,如种属、年龄、健康状态、取材部位、取材方法、培养条件、细胞代数、冻存等。造成这些争议存在的原因可能与研究者所取实验对象的种属、性别、年龄、健康状态、脂肪组织取材部位、取材方法、培养条件、细胞代数、冻存条件不同有关。另外,目前关于供体因素和实验因素对脂肪干细胞成脂能力的影响研究多为体外或动物实验,临床试验较少,体内外微环境存在的差异、动物和人体内微环境的差异,使得目前的研究结果应用于人体还存在很大难度。
鉴于脂肪干细胞在脂肪组织工程中的重要性,有以下两个方面亟需解决:① 明确上述影响脂肪干细胞成脂能力存在争议的事项,包括供体种属、供体年龄、供体健康状态、脂肪取材部位、培养条件中的氧浓度、细胞代数和冻存。② 建议统一培养条件,如培养方法、培养液、血清种类和浓度、氧浓度等,减少成脂诱导分化存在的差异。