张晶莹，孙晓林，耿立霞△

基因修饰，主要是指利用生物化学方法修改DNA 序列，达到改变宿主细胞基因型或者使得原有基因型得到加强的效果。目前常用于基因修饰的病毒载体有腺病毒、逆转录病毒和慢病毒3 种。其中腺病毒载体具有制备简单、易转染、表达目的基因效果强、免疫排斥反应低、安全性好等优势［1］。间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）是一群具有多向分化潜能并可自我复制的多能干细胞。目前研究比较多的是骨髓间充质干细胞（Bone marrow stem cells，BMSCs），但因取材困难、获取率低等缺点，其临床应用受到限制。脂肪间充质干细胞（Adipose tissue-derived stem cells，ADSCs）具有来源充足、取材方便、培养简单等特点，其临床应用较BMSCs 更有优势。ADSCs呈梭形生长，呈平行排列或漩涡状，具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在临床研究上较BMSCs具有伦理学和安全性优势［2］。与肿瘤细胞、T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞等细胞相同，ADSCs 也具有特异性的细胞表面抗原标志物，研究证实ADSCs 阳性表达 CD73、CD105 和 CD90，阴性表达CD19、CD34 和 CD45［3］。主要组织相容性复合体（Major histocompatibility complex，MHC）参与免疫呈递、细胞间相互识别及诱导免疫应答等，ADSCs 中MHC表达较低，故其具有低免疫原性［4］，可用于移植治疗。ADSCs易被临床上普遍应用的病毒载体系统所转染，经骨形态发生蛋白4（Bone morphogenetic protein 4，BMP4）及血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）等基因修饰后移植到体内，能特异性合成蛋白质，使其对血糖、激素或药物、化学因素等生理刺激反应更敏感，可有效提高移植后细胞的存活时间、分化能力和聚集浓度，高效稳定地表达目的基因，为一些传统治疗手段无法治愈的疾病带来曙光。然而目前对ADSCs的研究仍处于基础研究阶段，实验数据尚不充分。本文对近年来基因修饰的ADSCs在骨组织修复、糖尿病、神经系统、心血管系统等疾病的研究进展进行简述，并对其临床研究意义、问题及应用前景进行探讨，为其早日投入临床应用奠定基础。

1 基因修饰的ADSCs应用于骨组织修复

骨不连、肢体短缩、大段骨缺损等问题一直是骨科疾病治疗的常见难点，如何加快骨再生速度、促进术后骨愈合成为临床上急需解决的难题。Xu等［5］利用在骨生成过程中起重要作用的成骨细胞特异性转录因子（Osterix，OSX）转染ADSCs，结果显示，与对照组相比，转染组OSX 过表达且成骨相关基因表达上调，新生骨体积明显增大，提示OSX修饰的ADSCs对修复骨组织有积极的治疗作用。Chen 等［6］将BMP4 转染至 ADSCs，发现 BMP4 蛋白能够使 ADSCs定向分化为成骨细胞，转染后ADSCs 的上清液存在大量BMP4、成骨蛋白（胶原蛋白Ⅰ）及软骨形成蛋白（胶原蛋白Ⅱ），与ADSCs单纯培养组相比，转染组成骨形成有关的蛋白含量明显上调，提示BMP4 修饰后的ADSCs 具有加快骨组织修复的作用。Kim 等［7］通过慢病毒载体将VEGF导入ADSCs中，结果显示，与单纯培养的ADSCs 相比，转染后ADSCs 中VEGF的表达量升高10倍，成骨分化表型基因碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALPL）和成骨细胞Ⅰ型胶原（Osteoblast type Ⅰ collagen，COL1）表达明显上调，提示VEGF 修饰的ADSCs 可以更好地修复骨组织损伤。

2 基因修饰的ADSCs应用于糖尿病的治疗

Ⅰ型糖尿病是由于胰岛β 细胞被破坏无法再生，导致胰岛素绝对缺乏引起糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱的一类综合征。胰岛移植是目前治疗Ⅰ型糖尿病很好的替代治疗手段，具有不良反应少、相对安全的优势。ADSCs可以诱导胰腺胰岛素分泌细胞的再生，并且能够抑制自身免疫反应，从而提高同种异体胰岛移植的存活率，是胰岛素分泌细胞来源的理想选择。胰-十二指肠同源盒1（Pancreatic and duodenal homeobox factor 1，PDX-1）是在胰腺发育中起重要作用的转录因子，可以调节胰岛素在胰岛β细胞中的表达，并可特异性激活基因的转录。Bahrebar 等［8］研究发现，将 PDX-1 修饰人 ADSCs 后可以导致胰岛样细胞聚集，并且一些与胰岛相关的基因和胰岛素呈现高表达。此外，Gao等［9］将PDX-1转染至ADSCs 15 d后仍可检测到PDX-1的表达，且胰岛素表达水平明显高于对照组，可有效降低糖尿病大鼠的血糖水平。Liu 等［10］利用肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor，HGF）修饰ADSCs 用于治疗勃起功能障碍的糖尿病大鼠，结果显示，修饰后的ADSCs可使糖尿病大鼠阴茎海绵体内皮和平滑肌含量增加，使勃起功能明显改善。Zhang 等［11］将神经轴突导向因子1（Neuroaxon guidance factor 1，Netrin-1）导入ADSCs，研究其对糖尿病小鼠慢性缺血后肢的治疗效果，发现其可有效调节ADSCs 的增殖、迁移、黏附和抗凋亡能力，促进缺血组织的血管生成，使后肢肌肉的微血管密度升高，加强血运重建，为治疗糖尿病周围神经血管疾病提供新的思路。

3 基因修饰的ADSCs应用于神经系统疾病的治疗

神经系统疾病是一种起病缓慢、病程呈进行性发展、预后极差的疾病。目前的治疗手段主要以生物学药物为主，但治疗效果并不理想。ADSCs 作为组织工程学理想的种子细胞，为修复神经系统病变的治疗带来新的希望。He 等［12］利用具有调节周围神经系统修复功能的miR-34a 修饰ADSCs，移植治疗坐骨神经损伤大鼠，结果显示，实验组坐骨神经功能指数远高于对照组，能密切反应肌肉神经支配程度的腓肠肌质量显著增高，髓鞘发达的轴突数目和直径与正常神经组织相似，为神经再生提供了新的思路。Ghazavi 等［13］将具有神经保护作用的成纤维细胞生长因子1（Fibroblast growth factor 1，FGF1）导入ADSCs后观察其对短暂实验性缺血性脑卒中大鼠的影响，发现大鼠梗死区域细胞凋亡指数显著降低、脑梗死体积减少，提示FGF1 修饰ADSCs 可用于治疗缺血性脑卒中。此外，Forouzanfar 等［14］利用FGF1转染ADSCs 后静脉注射治疗慢性压迫性损伤大鼠，结果显示，其可有效减弱慢性压迫性损伤大鼠机械性及热超敏反应，减少脊髓结构改变，为治疗临床神经性疼痛奠定基础。

4 基因修饰的ADSCs应用于心血管疾病的治疗

急性心肌梗死是冠状动脉急性、持续性缺血缺氧所引起的心肌坏死，是全世界死亡率和发病率最高的疾病之一，传统的药理学治疗并不理想，仅能延缓病情发展。Tbx20作为T-box转录因子之一，具有调节心肌细胞生长的作用。Neshati等［15］利用Tbx20转染ADSCs，可以有效增强心肌分化标志物如辅肌动蛋白α1（Recombinant actinin alpha 1，ACTN 1）、心肌肌钙蛋白I（Cardiac troponin I，cTnI）、心肌肌动蛋白α1（Cardiac actin α1，ACTC 1）、心脏特异性同源盒（cardiac specific homeobox，Csx）基因（又称Nkx2.5）等的表达，为再生医学研究产生心肌样细胞奠定基础。Zhang 等［16］利用胰岛素基因增强子结合蛋白1（Insulin gene enhancer binding protein 1，ISL-1）转染ADSCs，并与新生大鼠的心室心肌细胞共培养，模拟体内微环境，发现ISL-1 过表达可显著增加自发搏动ADSCs 比例，与窦房结表达有关的基因环化核苷酸调控的阳离子通道亚型4（Hyperpolarizationactivated cyclic nucleotide-gated cation channel 4，HCN4）及起搏细胞关键标志物缝隙连接蛋白45（Connexin45，Cx45）明显增加，为生物起搏器生成提供依据。Chen 等［17］构建表达 miR-1 的慢病毒表达载体转染ADSCs，与心肌细胞共培养，结果显示，过表达的miR-1 可以促进ADSCs 向心肌细胞分化，心肌细胞特异性标志物心肌肌钙蛋白I（cardiac troponin I，cTnI）及 转 录 因 子 GATA 结 合 蛋 白 4（GATA-binding protein4，GATA4）表达明显升高，为再生医学治疗心肌梗死提供新的思路。

5 基因修饰的ADSCs应用于其他疾病

Feng等［18］利用miR-21修饰ADSCs，研究发现修饰后ADSCs 可以改善尿道伤口愈合微环境，增强干细胞存活能力，有效调节血管生成基因表达，促进新生血管生成，可有效治疗尿道损伤。有研究发现，淋巴管内皮细胞可以移植治疗继发性淋巴水肿［19］。Deng 等［20］利用同源异型盒基因转录因子1（Prospero-related homeobox 1，Prox1）转染人ADSCs，结果显示，淋巴管内皮细胞特异性标志物表达增加，成功诱导人ADSCs 分化为淋巴管内皮细胞，解决了淋巴管内皮细胞低产的问题。Liu 等［21］研究OX40-Ig 融合蛋白（OX40-immunoglobulin，OX40-Ig）修饰的ADSCs 对大鼠肾移植的作用，结果显示，修饰的ADSCs 能明显延长移植肾的平均存活时间，减少同种异体移植排斥反应。

6 结论与展望

综上所述，基因修饰的ADSCs 可以使目的基因高效表达，延长干细胞的存活时间，分泌对疾病有疗效的特定蛋白，在临床应用上有巨大潜能。尽管基因修饰的ADSCs 在动物实验研究中表现出显著疗效，但目前尚未经过临床试验的验证。如何在临床上利用基因修饰的ADSCs 治疗疾病，还有许多问题需要深入研究。各种疾病如何选择对应适宜的基因进行修饰、应用修饰的ADSCs治疗疾病的最佳时机、疗效最佳的移植剂量、载体系统的安全性等问题均有待研究。总之，基因修饰的ADSCs 为各种疾病的治疗提供了新的思路，但相关研究还处于初级阶段，很多问题有待深入挖掘。