目前的多项研究表明肥胖改变了间充质干细胞健康和功能的内在关键特征,极大地改变了宿主免疫系统,同时改造了间充质干细胞和免疫细胞之间的交流。
肥胖的主要病理特征包括异位脂质沉积、广泛的激素紊乱和发生代谢综合征的风险显著增加。
20世纪90年代起,人们将肥胖重新定义,不仅仅是代谢障碍,同时也是免疫系统障碍,肥胖让免疫系统的组成、活性、代谢和效应物反应得以改变。
细胞体外实验证据
现在从实验室中,展现是越来越多的证据,表明从患有代谢疾病的患者中分离的MSCs在根本上被改变。
瘦子型和肥胖型间充质干细胞治疗作用的差异
MSC源 | 调节细胞 | 瘦子间充质干细胞 | 胖子间充质干细胞 | 治疗作用差异的原因 |
人脂肪干细胞 | 人类PBMCs | 抑制扩散 | 增殖抑制弱 | 炎症小体激活(T2DM >肥胖) |
人脂肪干细胞 | 小鼠T细胞 | 抑制扩散 | 增殖增加 | 未知 |
人脂肪干细胞 | 人类THP1巨噬细胞 | 向M2表现型分化 | 向M2表型的弱极化 | 炎症体激活 |
人脂肪干细胞 | 巨噬细胞(RAW264.7和SIM-A9(小胶质细胞) | 对表型没有影响 | 对M1表型的强烈极化 | 未知 |
迁移增加 | 对迁移没有影响 | 未知 |
对吞噬作用没有影响 | 吞噬作用降低 | 未知 |
人脂肪干细胞 | 人脐静脉血管内皮细胞 | 促进血管生成:损伤的HUVEC细胞中管的形成和VEGF产量的增加 | 没有促进血管生成:在损伤的HUVEC细胞中没有管形成,没有VEGF的产生 | 尚未知,但可能与肥胖atMSC的衰老表型有关 |
人脂肪干细胞 | 无 | 瘦子atMSC中的正常纤毛和纤毛相关功能。正常的分化、运动和分泌。 | 纤毛短而不足。增加IL-6和TNF-α的产生,减少脂联素。分化、运动和分泌受损。 | 肥胖(缺氧、TNF-α、IL6)诱导Aurora A及其下游靶标HDAC6的表达。 |
人脂肪干细胞 | 人CD4+ T细胞 | 抑制扩散 | 增殖抑制弱 | 线粒体功能障碍引起的氧化应激
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Kizilay-Mancini等人的研究显示从肥胖患者中分离的脂肪MSCs对活化T细胞的抑制作用明显较低,并且从具有>10年T2D病史的患者中分离的骨髓MSCs表现出受损的代谢。
Serena等人发现,来自肥胖脂肪MSCs的条件培养基在继发于NLRP3炎症体激活的混合淋巴细胞反应中导致更多的T细胞增殖。
在Ritter等人的研究中,与瘦子对照组相比,肥胖脂肪MSCs分泌更高水平的IL-6和TNFα以及更低水平的脂联素。
此外,肥胖脂肪MSCs可以分泌像破骨细胞刺激因子1 (Ostf1)这样的有害蛋白质,这些蛋白质可以促进骨质疏松症,将鼠巨噬细胞极化为促炎性M1,而不是抗炎性M2表型,并导致早衰加剧。
值得注意的是,这些发现表明肥胖脂肪MSCs可能不仅仅不能抑制炎症,而且可能会放大现有的炎症过程。
动物模型证据
在疾病模型中,比较瘦子型与肥胖型MSC疗效的研究
MSC源 | 疾病模型 | 瘦子间充质干细胞 | 肥胖间充质干细胞 | 治疗作用差异的原因 |
人脂肪干细胞 | 小鼠实验性自身免疫性脑炎 | 改善实验性自身免疫性脑炎小鼠的临床评分(炎症、病变大小、髓鞘保存) | 无改善 | 促炎细胞因子表达增加 |
人脂肪干细胞 | 小鼠肾动脉狭窄 | 狭窄小鼠肾脏缺血性肾皮质灌注的正常化 | 对狭窄小鼠肾脏缺血性肾皮质灌注无影响 | 细胞衰老加剧 |
人脂肪干细胞 | 肾动脉狭窄小鼠模型 | 肾血管性高血压正常化 | 肾血管性高血压的部分缓解 | 未知 |
人脂肪干细胞 | 肾动脉狭窄(RAS)小鼠模型 | 肾萎缩改善。RAS肾脏中M1巨噬细胞、M1/M2比值和炎症减少 | 肾萎缩无改善。M1巨噬细胞仍然很高 | 肥胖MSC具有促炎表型,释放更多TNF-α |
在一项实验性自身免疫性脑炎的研究中,只有瘦子脂肪MSCs能有效降低临床评分。
在肾动脉狭窄的小鼠模型中,瘦子MSCs(而非肥胖MSCs)可防止缺血性损伤,减少肾脏萎缩并缓解肾血管性高血压。
研究认为肥胖间充质干细胞功能障碍的一个可能原因是代谢重编程,这导致细胞代谢的变化,从而导致功能改变。
未来我们如果要利用好间充质干细胞,那么了解更多不同来源不同特性的干细胞的知识亟待补充。
从目前的体外和动物实验证据看,肥胖型的干细胞恐怕真的不如瘦子型的干细胞。当然这是否需要一些临床证据作为佐证呢?我想至少在临床试验的设计时,应该要予以更多的考虑!
如果在我们还未完全解决干细胞异质化问题的时候,不得不说精选优质的干细胞来源,恐怕在目前的治疗和研究中都是最优的路径之一。