間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)盆底功能障礙性疾病的進(jìn)展

韓曉瑾，葉進(jìn)培，平 毅

(1.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西 太原 030001；2.山西大學(xué)生物醫(yī)院研究院，山西 太原 030006)

盆底功能障礙性疾病(pelvic floor dysfunction，PFD)發(fā)病率較高，嚴(yán)重影響著女性的生活質(zhì)量，給患者帶來了巨大的心理壓力和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，已引起全世界盆底醫(yī)學(xué)研究者的廣泛重視[1]。目前臨床上對于癥狀嚴(yán)重的PFD患者以手術(shù)治療為主，但術(shù)后仍存在較大的并發(fā)癥及長期療效的不確定，且隨著社會(huì)進(jìn)入老齡化時(shí)期，PFD患者越來越多。據(jù)美國一項(xiàng)研究顯示，壓力性尿失禁(stress urinary incontinence，SUI)和盆底器官脫垂(pelvic organ prolapse，POP)均為流行疾病，分別影響著15%～17%和3%～6%的女性[2]。因此迫切需要開發(fā)一種新的替代治療方法，為PFD患者提供更安全、更持久的治療效果。

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是一種具有多向分化潛能、旁分泌功能強(qiáng)大的成體干細(xì)胞，近年來在組織工程與再生醫(yī)學(xué)方面得到廣泛地研究。基于MSCs的細(xì)胞治療，也是盆底醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，是一種很有臨床應(yīng)用前景的治療策略，有可能成為徹底改變POP和SUI的治療方法[3-5]?，F(xiàn)對不同來源的MSCs在女性PFD中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1間充質(zhì)干細(xì)胞的概述

MSCs主要是由中胚層來源的一種成體干細(xì)胞，目前已經(jīng)在骨髓、脂肪、臍帶、子宮內(nèi)膜等組織中成功提取。不同來源MSCs的生物學(xué)功能特點(diǎn)大致相同，不僅具有多向分化潛能、自我更新和增殖的能力，還具有低免疫原性、免疫調(diào)節(jié)及歸巢至損傷組織特性，在組織損傷修復(fù)、組織再生與重建等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[6-7]。自Friedenstein等[8]首次報(bào)道MSCs以來，已有多個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究將其應(yīng)用于細(xì)胞移植治療，如肝衰竭[9]、心肌梗死[10]、傷口愈合[11]、神經(jīng)退行性疾病[12]等組織損傷修復(fù)及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、炎癥性腸病等自身免疫性疾病的治療[13]。在宮腔粘連[14]、卵巢早衰[15]等婦科疾病中組織損傷修復(fù)中也有對MSCs的研究。在治療PFD方面也有很大的應(yīng)用潛力。

MSCs廣泛應(yīng)用于臨床疾病治療研究的主要機(jī)制有以下幾點(diǎn)：

①多向分化潛能：在特定的條件下定向分化為受損組織細(xì)胞促進(jìn)組織修復(fù)，利用其成軟骨分化的潛能在軟骨修復(fù)及再生方面得到廣泛的研究[16]。②旁分泌及外分泌：通過分泌生物活性因子、趨化因子和細(xì)胞因子及釋放細(xì)胞外囊泡等，可改善細(xì)胞的微環(huán)境、重構(gòu)細(xì)胞外基質(zhì)等。近年來MSCs來源的外泌體是成為干細(xì)胞領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。Bai等[17]證實(shí)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)來源的外泌體在皮瓣移植后缺血-再灌注(I/R)損傷過程能提高皮瓣成活，促進(jìn)新生血管形成，減輕I/R損傷后皮瓣的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。③抗炎及免疫調(diào)節(jié)：可在炎性因子刺激下通過細(xì)胞間相關(guān)作用及MSCs分泌的可溶性細(xì)胞因子抑制免疫系統(tǒng)發(fā)揮抗炎作用。Kawata等[18]研究顯示，給結(jié)腸炎模型小鼠早期注射ADSCs后，抗細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factors-β，TGF-β) mRNA水平升高，而炎癥細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-6、IL-17α mRNA水平明顯降低。④促血管生成：MSCs不僅可分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞，也可分泌多種生長因子，如血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、基質(zhì)細(xì)胞因子-1等來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞分化促進(jìn)血管再生?；贛SCs的這一作用，其還被廣泛應(yīng)用于缺血性疾病的研究中[19]，如缺血性腦卒中、糖尿病足等。⑤用于組織工程，與人工合成補(bǔ)片或生物材料網(wǎng)片上，創(chuàng)造出一種復(fù)合組織移植物，然后再移植回宿主體內(nèi)繼續(xù)再生過程，可改善人工合成或生物網(wǎng)片的生物相容性，降低生物網(wǎng)片的降解速率。

2不同來源間充質(zhì)干細(xì)胞與PFD

2.1骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在PFD中的應(yīng)用

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone-derived mesenchymal stem cells，BMSCs)是最早應(yīng)用于盆底功能修復(fù)中的MSCs類型[20]。多個(gè)研究已證實(shí)BMSCs具有向成纖維及骨骼肌分化的潛力及促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)功能。Bing等[21]將BMSCs與盆底韌帶成纖維細(xì)胞間接共培養(yǎng)后，分別于3天、6天、12天檢測發(fā)現(xiàn)BMSCs中彈性蛋白、賴氨酰氧化酶(lysyloxidase，LOX)、Fbulin-5 mRNA的表達(dá)均增加，于第12天顯著增多。Corcos等[20]和Du等[22]分別給SUI模型大鼠經(jīng)尿道外括約肌區(qū)域注射大鼠BMSCs顯示，BMSCs具有向骨骼肌表型分化的潛能，修復(fù)了受損的外尿道括約肌，明顯改善了泄漏尿點(diǎn)壓。Zhao等[23]研究發(fā)現(xiàn)機(jī)械拉伸刺激盆底韌帶成纖維細(xì)胞可產(chǎn)生可溶性因子TGF-β及肌腱蛋白-C(tenascin-C，TNC)，激活和調(diào)節(jié)間接共培養(yǎng)BMSCs細(xì)胞內(nèi)信號通路，促進(jìn)BMSCs向成纖維細(xì)胞分化。Jin等[24]研究發(fā)現(xiàn)miR29a-3p是BMSCs內(nèi)源性彈力蛋白表達(dá)的重要負(fù)調(diào)控因子，在BMSCs中添加miR-29a-3p抑制劑，然后將其移植到PFD大鼠體內(nèi)，證實(shí)可顯著提高彈性蛋白的表達(dá)和分泌，從而促進(jìn)PFD大鼠BMSCs的治療潛力。Zhao等[25]發(fā)現(xiàn)過氧化物酶增殖物激活受體-γ(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR-γ)表達(dá)時(shí)BMSCs成纖維細(xì)胞的分化能力減弱，證明PPAR-γ負(fù)調(diào)節(jié)BMSCs成纖維細(xì)胞的分化。Jin等[26]通過基因修飾方式，將過表達(dá)彈性蛋白的BMSCs細(xì)胞移植到陰道擴(kuò)張所致?lián)p傷成年大鼠體內(nèi)，明顯改善了尿動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步將聚乳酸乙醇酸(poly D,L-lactic/glycolic acid，PLGA)、納米顆粒(NPs)與堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)組合，移植到PFD模型大鼠體內(nèi)，使bFGF持續(xù)釋放，進(jìn)一步增強(qiáng)了過表達(dá)彈性蛋白的BMSCs向纖維分化的能力。但PFD大多數(shù)發(fā)生于中老年女性，隨著年齡的增長，自體BMSCs的數(shù)量明顯減少，增殖能力明顯減弱，且需要在麻醉下穿刺獲取，進(jìn)而限制了自體移植的臨床應(yīng)用。

2.2脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞在PFD中的應(yīng)用

脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)來源方便，通過簡單抽脂術(shù)獲得，患者易于接受，數(shù)量充分，是較理想的自體來源MSCs之一。ADSCs作為種子細(xì)胞，在盆底醫(yī)學(xué)中的研究方面越來越多的受到重視。Arjmand等[27]采用尿道鏡下經(jīng)尿道及陰道入路注射自體ADSCs治療10例SUI患者，在注射治療后的2周、6周和24周，尿失禁明顯減少，表明將自體ADSCs注射到尿道周圍是一種安全、短期有效的治療SUI的方法。Watanabe等[28]和Cui等[29]在SUI模型大鼠尿道注射ADSCs，發(fā)現(xiàn)尿道周圍細(xì)胞外基質(zhì)、平滑肌的含量增加，也證實(shí)ADSCs對SUI的治療有效。Liu等[30]研究表明，ADSCs通過增加膠原合成和減少膠原溶解調(diào)節(jié)SUI婦女成纖維細(xì)胞膠原代謝，并從人ADSCs中分離純化了外泌體，證明dil標(biāo)記的外泌體可以轉(zhuǎn)移到SUI女性培養(yǎng)成纖維細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)一步證明ADSC-Exos處理成纖維細(xì)胞后，培養(yǎng)成纖維細(xì)胞Ⅰ型膠原水平顯著升高，還證實(shí)ADSC-Exos在SUI婦女成纖維細(xì)胞膠原代謝調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用。以上研究均證實(shí)ADSCs可通過向成纖維細(xì)胞分化、旁分泌及外分泌功能促進(jìn)膠原的表達(dá)，改善SUI癥狀。此外，ADSCs也可與生物材料結(jié)合，為盆底組織提供支撐，而且可以促進(jìn)盆底組織的修復(fù)。Ochoa等[31]研究了人ADSCs接種前后對脫細(xì)胞豬真皮不同交聯(lián)率的膠原網(wǎng)的力學(xué)性能及細(xì)胞與支架的相互作用，發(fā)現(xiàn)完全交聯(lián)且接種ADSCs的膠原網(wǎng)彈性明顯增強(qiáng)，可以作為修復(fù)盆腔器官脫垂的支架。Roman等[32]也將ADSCs與可降解聚乳酸(PLA)支架構(gòu)建的復(fù)合組織移植物及無細(xì)胞接種PLA支架相比，植入ADSCs的PLA支架形成的新組織中血管新生更多。

以上研究顯示脂肪是PFD治療的一種理想的MSCs來源，具有極大的臨床應(yīng)用前景。但因年齡、抽取脂肪的部位和分離方法的不同，對獲得ADSCs數(shù)量有很大的影響。

2.3臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在PFD中的應(yīng)用

臍帶是妊娠期間為母體和胎兒提供營養(yǎng)的主要通道，是人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUC-MSCs)獲取的來源，具有胚胎原性特性。hUC-MSCs可塑性強(qiáng)、無倫理學(xué)爭議、數(shù)量充足、易于分離[33]，目前已建立完善的臍血庫。多個(gè)體外及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示hUC-MSCs在盆底醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。楊一等(2014年)使用bFGF誘導(dǎo)hUC-MSCs向成纖維細(xì)胞分化，促進(jìn)了細(xì)胞外基質(zhì)Ⅰ型膠原的分泌。Roman等[32]將hUC-MSCs與網(wǎng)片結(jié)合制造組織工程筋膜，皮下移植到實(shí)驗(yàn)大鼠陰道后壁內(nèi)，發(fā)現(xiàn)新的組織中Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原含量明顯增加。Ding等[34]將hUC-MSCs接種于納米纖維仿生網(wǎng)上，并將其植入動(dòng)物模型中，未發(fā)現(xiàn)任何實(shí)驗(yàn)動(dòng)物網(wǎng)片發(fā)生侵蝕，且新生組織血運(yùn)較未結(jié)合hUC-MSCs者大。說明hUC-MSCs同樣可以調(diào)節(jié)網(wǎng)片的生物學(xué)性能。因hUC-MSCs來自胎兒娩出后的臍帶組織，要實(shí)現(xiàn)PFD自體移植治療，需在出生時(shí)就保留臍帶組織，提取MSCs，由專門的實(shí)驗(yàn)室保存。長期保存的管理費(fèi)用、細(xì)胞移植的安全性等問題成為hUC-MSCs向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化的障礙。

2.4子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細(xì)胞在PFD中的應(yīng)用

人類的子宮內(nèi)膜是一個(gè)動(dòng)態(tài)重建的組織，其高度的再生能力主要是由子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細(xì)胞(endometrium mesenchymal stem cells，eMSCs)介導(dǎo)的。eMSCs可從經(jīng)血中分離，亦可通過診斷性刮宮術(shù)及子宮全切術(shù)后的標(biāo)本中獲取，較骨髓穿刺或脂肪抽取操作便捷，即使絕經(jīng)后女性也可在排除禁忌癥后應(yīng)用雌激素刺激內(nèi)膜生長以獲取自體eMSCs[35]。有文獻(xiàn)報(bào)道2004年首次從子宮內(nèi)膜組織中分離出eMSCs[36]，并可通過流式細(xì)胞術(shù)或免疫磁珠進(jìn)行分選[37]，是應(yīng)用于PFD治療的一個(gè)很容易獲得的自體細(xì)胞來源，其成為具有吸引力、新的成體干細(xì)胞來源之一[38]。因eMSCs自身存在于女性盆底組織中，可能較骨髓、脂肪、臍帶來源的MSCs對于PFD的治療更具優(yōu)勢，成為干細(xì)胞治療PFD的最佳種子細(xì)胞。Chen等[39]通過TGF-β對eMSCs進(jìn)行誘導(dǎo)，證實(shí)eMSCs對陰道壁和骨盆底的平滑肌功能恢復(fù)有效。Ulrich等[40]將eMSCs與PA+G生物網(wǎng)片結(jié)合可使新生血管形成速度更快，血管密度更高，即使在90天內(nèi)，新生血管形成的趨勢仍保持在移植物種子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的正常水平，eMSCs/PA+G網(wǎng)狀纖維-組織界面的巨噬細(xì)胞較單獨(dú)PA+G明顯減少。在細(xì)胞種子網(wǎng)格周圍沉積了更多的膠原纖維，這表明eMSCs可能促進(jìn)了生理膠原的產(chǎn)生，從而PA+G生物網(wǎng)片提高了生物力學(xué)性能，減少了網(wǎng)片侵蝕、暴露等不良反應(yīng)。Edwards等[41]將eMSCs與有凝膠涂層的尼龍網(wǎng)片結(jié)合共同應(yīng)用于大鼠皮下組織，證明在植入之前接種eMSCs可減少異物反應(yīng)，改善網(wǎng)狀組織復(fù)合體的生物力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)eMSCs可調(diào)節(jié)膠原生成和排列以增強(qiáng)網(wǎng)片張力。

以上研究顯示eMSCs在盆底醫(yī)學(xué)有很大的研究價(jià)值。但eMSCs受年齡、體內(nèi)激素水平、提取時(shí)子宮內(nèi)膜周期狀態(tài)等影響，獲得的數(shù)量有所差異。

3間充質(zhì)干細(xì)胞在PFD中應(yīng)用的展望

MSCs通過定向誘導(dǎo)向成纖維、成肌分化，分泌生物活性因子及與生物材料的結(jié)合可能是未來PFD患者治療的最佳方法之一。雖然MSCs在盆底醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示巨大的潛力，吸引了越來越多研究者的目光，但在實(shí)現(xiàn)向臨床轉(zhuǎn)化之前，仍存在大量的問題，如MSCs分化能力受衰老、激素、免疫和代謝因子的影響[42]，如何保持其多向分化的潛能；怎樣實(shí)現(xiàn)細(xì)胞移植，局部注射還是靜脈注射；移植細(xì)胞的數(shù)量；移植后是否存在免疫排斥等，還需進(jìn)一步考慮臨床應(yīng)用的安全性、經(jīng)濟(jì)效益。今后仍需要進(jìn)行大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究。