干細(xì)胞在動物實驗及臨床試驗中治療勃起功能障礙的療效研究進展

趙超 劉豪圣 蒲小勇 劉久敏

全世界范圍內(nèi)，大約有1.5億男性受到勃起功能障礙(erectile dysfunction, ED)的困擾[1]。ED和年齡、吸煙、糖尿病、高血壓、血脂異常、抑郁癥、肥胖及久坐不動的生活方式等密切相關(guān)[2-3]。目前ED的治療主要是緩解癥狀而不是永久性治愈，且治療效果參差不齊。近年來，干細(xì)胞治療ED受到了廣泛的關(guān)注，目前已有多種類型的干細(xì)胞應(yīng)用于動物模型，主要包括間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)、脂肪源性干細(xì)胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)、尿源性干細(xì)胞(urine-derived stem cells, UDSCs)、肌源性干細(xì)胞(muscle-derived stem cells, MDSCs)等，本文將就不同類型干細(xì)胞治療ED的療效進行綜述。

一、干細(xì)胞概念及分型

干細(xì)胞具有自我復(fù)制和多向分化的能力，能根據(jù)外界不同刺激信號分化成多種不同類型的細(xì)胞，屬于多潛能細(xì)胞。根據(jù)分化能力的不同，可以分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞、專能干細(xì)胞及單能干細(xì)胞[4]。全能干細(xì)胞是指在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境支持下，能夠產(chǎn)生新生物的細(xì)胞；廣義上指可以產(chǎn)生所有胚外組織及身體、種系所有組織的細(xì)胞[5]。多能干細(xì)胞是指可以分化成包括外胚層、中胚層、內(nèi)胚層在內(nèi)的各種細(xì)胞組織。多能干細(xì)胞可進一步分化成專能干細(xì)胞，指只能向一種類型或者緊密相關(guān)的兩類分化的細(xì)胞。單能干細(xì)胞是發(fā)育等級最低的干細(xì)胞，指不具有或只具有有限分化或自我更新能力的一類細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞來源的不同，又可將干細(xì)胞分成胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell, ESCs)及成體干細(xì)胞(adult stem cells, ASCs)。ESCs的研究由于存在法律與倫理等方面的限制，且實際應(yīng)用存在基因組不穩(wěn)定性、畸胎瘤形成風(fēng)險增高[6]，故在干細(xì)胞治療ED的研究領(lǐng)域中，主要研究對象是ASCs，包括MSCs、ADSCs、UDSCs、MDSCs等。

二、ED的病因及病理生理學(xué)

ED的病因主要包括心因性、器質(zhì)性和混合性，器質(zhì)性ED又包括神經(jīng)源性、血管源性、內(nèi)分泌源性，局部陰莖海綿體損傷以及藥物源性[7]，其中最常見的為血管源性，如高血壓及糖尿病患者。雖然目前盆腔手術(shù)技術(shù)比如根治性前列腺癌切除術(shù)(radical prostatectomy, RP)較前明顯進步，但仍有相當(dāng)一部分患者會發(fā)生術(shù)后ED[8]，在除外局部海綿體損傷性病例后，其中約有10%～19%屬于神經(jīng)源性[9]。病理生理學(xué)方面，因為勃起功能是通過副交感神經(jīng)釋放的一氧化氮來實現(xiàn)的，一氧化氮能夠使陰莖海綿體平滑肌細(xì)胞松弛進而導(dǎo)致局部血流增加引起陰莖勃起[10-11]，所以能夠?qū)е乱谎趸尫艤p少或陰莖血流量減少的疾病都會導(dǎo)致ED。

三、不同干細(xì)胞在動物實驗及臨床試驗中治療勃起功能障礙的療效研究

1.MSCs：MSCs來源廣泛，存在于所有組織的血管周圍微環(huán)境中[12]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow-mesenchymal stem cells, BM-MSCs)是最早用于治療ED研究的干細(xì)胞。2003年Deng等[13]第一次用攜帶內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)基因的腺病毒轉(zhuǎn)染大鼠BM-MSCs后注射到老年性ED大鼠的海綿體組織內(nèi)，實驗結(jié)果顯示老年ED大鼠的海綿體內(nèi)壓明顯升高。此后，BM-MSCs廣泛應(yīng)用于干細(xì)胞治療ED的研究中。2016年Ryu等[14]從5周齡的C3H小鼠中分離出BM-MSCs，并將其注射到12周齡的C57BL/6J小鼠的海綿體腔內(nèi)，通過恢復(fù)海綿狀內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞、陰莖神經(jīng)源性一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)和神經(jīng)絲含量，并誘導(dǎo)eNOS磷酸化(Ser1177)，使勃起功能顯著恢復(fù)。2017年，Shan等[15]將BM-MSCs注射入大鼠陰莖海綿體中，同時結(jié)合低能量沖擊波療法(low-energy shockwave therapy, LESWT)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LESWT能將干細(xì)胞聚集在陰莖海綿體組織，結(jié)合治療組比單純將BM-MSCs注射入陰莖海綿體治療更有效地改善了大鼠的勃起功能，可能是因為LESWT會增加海綿體的血運重建，為移植的BM-MSCs生存提供了合適的條件。這些實驗為BM-MSCs來源及如何更有效的治療ED提供了新的思路。

骨髓單核細(xì)胞群(bone marrow-mononuclear cells, BM-MNCs)是包括MSCs、內(nèi)皮祖細(xì)胞和造血干細(xì)胞在內(nèi)的細(xì)胞群，具有抗凋亡、營養(yǎng)神經(jīng)和血管生成等作用。2013年，Thomas等[16]報道1例35歲的ED患者，在口服PDE5抑制劑和海綿體內(nèi)注射PGE1等治療無效后，嘗試進行將自體BM-MSCs注射入海綿體內(nèi)的研究。抽取患者骨髓液60 ml并將其中的骨髓單核細(xì)胞濃縮至2 ml，分別注射到兩側(cè)海綿體內(nèi)，并于陰莖根部捆綁止血帶5 min，以防止細(xì)胞擴散至陰莖外其他部位，注射后患者未發(fā)生明顯不良反應(yīng)。2 d后患者出現(xiàn)晨勃反應(yīng)；3周后患者陰莖可以保持足夠的硬度進入陰道，但無法維持到性高潮；3個月后患者陰莖晨勃的次數(shù)較前增加，且已可完成多次性交并維持至性高潮。在隨后18個月的隨訪中，未出現(xiàn)明顯不良反應(yīng)，且在第18個月時，性功能較前明顯提高。該方法具有無創(chuàng)、無需進行陰莖海綿體手術(shù)等優(yōu)點。2015年，Rene等[17]進行了一項臨床研究，選取了12例RP-ED患者，這些患者在經(jīng)過海綿體內(nèi)注射前列地爾和西地那非并使用真空勃起裝置等治療后陰莖勃起硬度無法恢復(fù)，12例患者被隨機分為4組，每組在其海綿體內(nèi)注射不同劑量(2×107，2×108，1×109，2×109個)的自體BM-MNCs，在第1、3、6個月后采用性交滿意度、國際勃起功能指數(shù)(international index of erectile function, IIEF)與勃起硬度指數(shù)(erection hardness score, EHS)對患者進行評估。結(jié)果顯示，幾項指標(biāo)均有不同程度的增高。該試驗中最常見的不良反應(yīng)為骨髓抽吸部位術(shù)后輕度疼痛，均于抽吸后1個月內(nèi)恢復(fù)正常。但受試者術(shù)后均出現(xiàn)不同程度的血紅蛋白濃度下降，且與BM-MNCs注射劑量呈正相關(guān)。由此可見，盡管勃起功能的改善隨著BM-MNCs注射劑量的增加而增加，但治療后血紅蛋白濃度下降是尚待解決的問題。

2.ADSCs：ADSCs由于其生物學(xué)上的優(yōu)勢而受到了特別的關(guān)注，包括自體來源廣泛、易于分離和擴展的能力[18]，因此是目前ED干細(xì)胞治療研究中研究最多的干細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)ADSCs和BM-MSCs在形態(tài)、分子表型及多向分化能力等方面具有相似之處，因此又稱其為脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞[19]。2001年，Zuk等[20]首次從人脂肪組織中分離出ADSCs，此后，ADSCs逐步應(yīng)用于ED干細(xì)胞治療的研究中。2010年，Albersen等[21]將ADSCs及其裂解物注入海綿體神經(jīng)損傷性ED大鼠的海綿體腔內(nèi)，在4周后通過神經(jīng)電刺激及收集陰莖組織進行組織學(xué)檢查來評估勃起功能恢復(fù)情況，實驗證明注入ADSCs及其裂解物的大鼠相比對照組，電刺激后腔內(nèi)壓力明顯增加，海綿體nNOS表達(dá)更高、組織纖維化更少，證實了ADSCs對神經(jīng)源性ED的治療作用。2017年，Chen等[22]用從ADSCs中分離出的外泌體注射入糖尿病性ED大鼠的海綿體腔內(nèi)，結(jié)果表明與ADSCs類似，ADSCs衍生的外泌體通過抑制海綿體內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞的凋亡，促進了勃起功能的恢復(fù)。Wu等[23]通過納米技術(shù)輔助ADSCs治療神經(jīng)損傷性ED，并改善了小劑量ADSCs治療ED的效果。

2015年，Haahr等[24]進行了一項干細(xì)胞治療的臨床試驗，選取了17例經(jīng)藥物治療無效的RP術(shù)后ED患者，通過向所有患者陰莖海綿體內(nèi)注射自體來源的ADSCs后，隨訪觀察6個月，期間采用IIEF和EHS評估RP術(shù)前以及ADSCs治療后1、3、6個月時的勃起功能。在注射ADSCs后，2例患者注射處出現(xiàn)紅腫反應(yīng)，但持續(xù)時間較短，1例患者的陰囊和陰莖出現(xiàn)血腫并于14 d內(nèi)消退，除此之外無其它明顯不良反應(yīng)。治療后，8例患者恢復(fù)勃起功能并可以完成滿意的性交，EHS也在第6個月時明顯提高。此外，2019年P(guān)rotogerou等[25]進行了一項前瞻性臨床試驗，選取了8例前列腺癌術(shù)后ED患者，分成A組5例、B組3例。A組患者每人通過抽脂術(shù)抽取50～100 ml脂肪組織并分離得到ADSCs，同時抽取患者外周血20 ml得到血小板裂解液(platelet lysate, PL)，將二者混合后注射入患者陰莖海綿體內(nèi)。B組患者只注射PL。注射后，采用IIEF問卷、陰莖3次勃起和晨起勃起報告對患者進行試驗結(jié)果評估。試驗發(fā)現(xiàn)，兩組患者在治療第1個月和第3個月時勃起功能均得到一定改善，IIEF評分具有統(tǒng)計學(xué)差異。結(jié)果表明，ADSCs和PL治療ED的療效相似，但究竟是ADSCs還是PL起到關(guān)鍵性作用還需要更大的臨床試驗樣本來進一步研究證實。

3.BM-MSCs及ADSCs的療效比較：2019年，Chen等[26]進行了ADSCs及BM-MSCs治療糖尿病性ED的療效比較，實驗將ADSCs及BM-MSCs分別注入糖尿病性ED大鼠動物模型的海綿體腔中，2周后檢測其海綿體內(nèi)壓及平均動脈壓，并取海綿體組織進行Western blot和免疫熒光分析檢測eNOS的表達(dá)；HE染色觀察海綿體中的血管及通過Sirius Red染色觀察陰莖膠原蛋白含量。實驗證明ADSCs比BM-MSCs的海綿體內(nèi)壓以及海綿體內(nèi)壓/平均動脈壓比值更高，eNOS表達(dá)略高，海綿體血管數(shù)量更高，而陰莖膠原蛋白含量更低，從而發(fā)現(xiàn)ADSCs與BM-MSCs相比在治療糖尿病性ED方面更有效。

4.UDSCs：UDSCs是近年來新發(fā)現(xiàn)的一類干細(xì)胞，最早由Zhang等[27]在2008年從人尿液中分離、擴增而來。相比其他干細(xì)胞，UDSCs無需進行有創(chuàng)操作、來源廣泛、提取方便，目前國內(nèi)外已逐步開始進行其對于ED的治療研究。陳婉媚等[28]的研究將UDSC注入神經(jīng)損傷性ED大鼠陰莖海綿體組織內(nèi)，結(jié)果顯示UDSCs可以通過保護神經(jīng)、改善海綿竇內(nèi)皮功能和海綿體纖維化，抑制細(xì)胞凋亡，顯著改善神經(jīng)損傷性大鼠的勃起功能。目前UDSCs的研究尚處于初級階段，未來隨著研究的深入，期待其能更好的造福ED患者。

5.MDSCs：MDSCs來源于肌肉組織，同其他干細(xì)胞類似，也具有多向分化潛能[29]。2006年，Kim等[30]首次將從大鼠骨骼肌中分離得到的MDSCs注入神經(jīng)損傷性ED大鼠的海綿體組織中，結(jié)果表明MDSCs對神經(jīng)損傷性ED大鼠的勃起功能改善有效。2016年，Kovanecz等[31]將從患有不同程度糖尿病大鼠中分離的MDSCs注入糖尿病性ED大鼠的海綿體組織內(nèi)，結(jié)果顯示來自糖尿病前期大鼠的MDSCs能改善海綿體的組織病理學(xué)，而來自長期不受控制的嚴(yán)重2型糖尿病大鼠的MDSCs則缺乏海綿體組織修復(fù)能力，提示MDSCs供體的內(nèi)環(huán)境影響其治療ED的效果。目前MDSCs相關(guān)研究仍不多，有待未來進一步的探索研究。

四、展望

盡管目前對干細(xì)胞治療ED抱有很高的期望，并且在動物實驗及臨床試驗中也取得了一定的研究成效，但仍存在如下幾個問題待解決：①目前尚缺乏高質(zhì)量的證據(jù)證明干細(xì)胞治療的有效性；②為了使干細(xì)胞治療普遍應(yīng)用于臨床，尚需要克服其治療的不良反應(yīng)如致畸作用和免疫反應(yīng)風(fēng)險等；③干細(xì)胞治療及組織移植治療的法律及倫理問題仍需解決；④不同類型、不同制備方案、不同給藥劑量以及不同給藥途徑的干細(xì)胞的療效及長期安全性仍有待確認(rèn)，需要進一步的大型臨床試驗來驗證。在干細(xì)胞研究過程中，可與諸如3D器官和基因編輯技術(shù)之類的新方法結(jié)合起來，可能會使干細(xì)胞在ED治療的臨床應(yīng)用中更有價值。作為一個同時具有科學(xué)前景和道德挑戰(zhàn)的研究領(lǐng)域，其尚需要兼顧創(chuàng)新及倫理道德約束，以使ED研究不斷向前發(fā)展。