干細(xì)胞移植治療糖尿病膀胱的研究進(jìn)展

許 潔，張思聰，高 杰，敖 平，衛(wèi)中慶

（南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 泌尿外科，江蘇南京 210011）

糖尿病膀胱（diabetic cystopathy,DCP）是糖尿病常見的泌尿系統(tǒng)并發(fā)癥，影響了超過50% 的血糖控制不佳的糖尿病患者[1]，主要表現(xiàn)為尿頻、尿急、尿失禁和尿潴留等臨床癥狀[2]，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。目前臨床上對DCP 的治療均以對癥為主，無法顯著改善排尿功能[3]。干細(xì)胞是具有多向分化能力且易于體外擴增的細(xì)胞，具有免疫調(diào)節(jié)能力，對于修復(fù)器官、系統(tǒng)損傷以及功能障礙具有重要作用[4]，可以通過增殖、分化以及旁分泌作用改善膀胱功能障礙[5]。本文就DCP 的干細(xì)胞移植治療研究進(jìn)展作一綜述，旨在為DCP 的治療提供新思路和新方向。

1 干細(xì)胞治療DCP 的作用機制

干細(xì)胞是具有自我更新能力的成體干細(xì)胞，具有多向分化潛能。干細(xì)胞可以通過遷移、分化以及旁分泌作用對組織進(jìn)行再生和功能恢復(fù)[6]，是細(xì)胞替代治療的重要來源。干細(xì)胞可以通過增殖和分化為平滑肌細(xì)胞或作為基因表達(dá)的載體，修復(fù)受損的膀胱。目前用于移植的干細(xì)胞類型較多，包括脂肪干細(xì)胞(adipose tissue derived stem cells,ADSCs)、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）、尿源性干細(xì)胞(urine-derived stem cells,USCs）、人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells,UCMSCs）等間充質(zhì)干細(xì)胞以及神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells,NSCs)。

1. 1 遷移作用干細(xì)胞遷移會減輕DCP 造成的膀胱組織缺氧、刺激血管生成，這有助于改善膀胱功能[7]。干細(xì)胞移植后，能夠自我更新和分化為一系列細(xì)胞類型，并促進(jìn)組織再生所需的趨化因子的釋放[7]，如BMSCs 表達(dá)了CXCR4、CXCR5、CXCR7 和CCR1、CCR7、CCR9 等趨化因子受體[8-9]。組織受損后釋放信號分子，移植的干細(xì)胞響應(yīng)受損組織表達(dá)的特定趨化因子，遷移至炎癥、缺血或受損的部位，從而作用于受損膀胱，減少組織缺血缺氧損傷，改善臨床癥狀[10]。

1. 2 分化作用干細(xì)胞發(fā)揮作用的理想途徑是通過分化為膀胱平滑肌細(xì)胞以及功能細(xì)胞發(fā)揮修復(fù)DCP膀胱損傷、恢復(fù)膀胱功能的作用。目前在干細(xì)胞移植治療DCP 的研究中，有部分研究提示干細(xì)胞可以通過分化為平滑肌后用于膀胱修復(fù)。SALEM 等[11]研究表明ADSCs 可以作為膀胱平滑肌細(xì)胞的來源修復(fù)膀胱；JIN 等[12]應(yīng)用ADSCs 治療DCP 的研究表明，部分移植后ADSCs 可表達(dá)平滑肌特異性標(biāo)記物平滑肌肌動蛋白（smooth muscle actin，SMA）,提示ADSCs 具有分化為平滑肌細(xì)胞的能力，且移植后可能通過分化改善排尿功能；吉鑫等[13]通過膀胱壁注射ADSCs 治療DCP 大鼠后發(fā)現(xiàn)，部分移植的細(xì)胞會表達(dá)SMA，且DCP 大鼠膀胱收縮力較對照組增強，正常排尿曲線比率也明顯增加，說明ADSCs 通過分化為平滑肌而改善大鼠排尿功能。也有研究向BMSCs 加入平滑肌條件培養(yǎng)基后，BMSCs 分化成平滑肌細(xì)胞并能夠在體外傳代生長，這說明在受損膀胱微環(huán)境內(nèi)，BMSCs 定向分化為功能性平滑肌細(xì)胞可能是其發(fā)揮修復(fù)作用的機制[10]。DONG 等[14]在USCs 移植治療DCP 大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，USCs 可以通過遷移和歸巢作用進(jìn)入受損的靶器官，并分化為功能細(xì)胞，如膀胱平滑肌細(xì)胞，從而改善膀胱纖維化，改善了受損的膀胱收縮力和排尿功能。

此外，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，NSCs 和UCMSCs 還可通過增殖并分化為神經(jīng)元以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，對軸突進(jìn)行引導(dǎo)、支持，恢復(fù)神經(jīng)的逆向軸突運輸能力[15-16]，修復(fù)糖尿病造成的神經(jīng)源性的損傷，從而治療DCP。

1. 3 旁分泌作用盡管分化一直被認(rèn)為是干細(xì)胞發(fā)揮作用的可能機制，但越來越多的研究認(rèn)為移植的干細(xì)胞旁分泌釋放細(xì)胞因子和生長因子是改善DCP 癥狀的主要原因。多項研究表明，干細(xì)胞可以分泌基質(zhì)細(xì)胞衍生因子（stromal cell-derived factor-1,SDF-1）、肝細(xì)胞生長因子（hepatocyte growth factor,HGF）、胰島素樣生長因子（insulin like growth factor,IGF）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）等細(xì)胞因子以及CXCL5 等趨化因子[17]，減輕炎癥反應(yīng)、抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)微血管生成、減輕膀胱逼尿肌纖維化進(jìn)程，從而減少膀胱逼尿肌損傷，促進(jìn)膀胱功能的修復(fù)[18-19]。

有研究表明，移植的ADSCs 也可以通過釋放神經(jīng)生長因子(nerve growth factor,NGF)和VEGF 等細(xì)胞因子和生長因子促進(jìn)膀胱血管重建和神經(jīng)支配，修復(fù)膀胱功能，改善膀胱功能障礙[18，20]；HUANG 等學(xué)者[21]對BMSCs 治療DCP 的機制進(jìn)行進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs 主要通過分泌VEGF、IGF、NGF 等生物活性因子發(fā)揮抗凋亡、抗炎和促進(jìn)增殖和存活等效應(yīng)而改善器官功能，促進(jìn)了膀胱的內(nèi)生性修復(fù)過程。USCs 則可以通過分泌多種生長因子和免疫調(diào)節(jié)因子，如VEGF、FGF、IL 等來調(diào)節(jié)生理和病理過程，減輕糖尿病的并發(fā)癥[22-23]。移植的NSCs 可以持續(xù)分泌多種NGF，促進(jìn)神經(jīng)元存活和軸突的生長、延伸，使得背根神經(jīng)節(jié)和感覺神經(jīng)功能得到恢復(fù)，進(jìn)一步改善膀胱逼尿肌收縮能力，也是其發(fā)揮作用的原因之一[24]。WU 等[16]向DCP 大 鼠 鞘 內(nèi) 移 植UCMSCs，并檢測神經(jīng)營養(yǎng)因子和膀胱排尿功能的變化，結(jié)果表明膀胱功能有顯著改善，且膀胱功能的恢復(fù)與鞘內(nèi)移植的UCMSCs 釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子和細(xì)胞因子密切相關(guān)。

2 糖尿病膀胱的干細(xì)胞治療

DCP 的早期表現(xiàn)為尿頻和尿急等逼尿肌過度活動癥狀，隨著病程進(jìn)展，進(jìn)行性氧化應(yīng)激和神經(jīng)病變會導(dǎo)致逼尿肌失代償，從而導(dǎo)致膀胱活動不足或無張力[25]。 近年來，干細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)[26]、泌尿系統(tǒng)疾病治療等領(lǐng)域均有應(yīng)用。一些研究表明，在DCP 大鼠的膀胱植入不同種類干細(xì)胞后，DCP 大鼠的功能學(xué)指標(biāo)及組織學(xué)檢查均有改善，且干細(xì)胞可以有效促進(jìn)膀胱平滑肌的再生和膀胱內(nèi)血管形成，修復(fù)膀胱功能損傷[27]，這表明干細(xì)胞移植有利于DCP 的治療。

2. 1 間充質(zhì)干細(xì)胞

2. 1. 1 ADSCs ADSCs 是存在于脂肪組織血管周圍的間充質(zhì)細(xì)胞，與其他類型的干細(xì)胞相比，ADSCs數(shù)量豐富且易于獲取[28]。ADSCs 表達(dá)干細(xì)胞共同的表面標(biāo)記且具有多向分化潛能[19]。ADSCs 在泌尿系統(tǒng)疾病的實驗研究中顯示出有效性[29]，是治療DCP的理想細(xì)胞來源。JIN 等[12]以及吉鑫等[13]研究均表明ADSCs 移植后可通過分化以及旁分泌作用改善排尿功能。目前ADSCs 的分離、擴增技術(shù)業(yè)已純熟，且在既往研究中，ADSCs 的治療效果已被證明在再生醫(yī)學(xué)和組織工程方面優(yōu)于BMSCs[19]，是研究DCP 的干細(xì)胞移植治療的良好基礎(chǔ)。

2. 1. 2 BMSCs BMSCs 是骨髓組織衍生出的一類多能間充質(zhì)干細(xì)胞，不僅可以分化成成骨細(xì)胞等中胚層細(xì)胞，還可向血管內(nèi)皮細(xì)胞等分化[30]。BMSCs 對分離和獲取的技術(shù)要求較低，體外擴增數(shù)倍后仍能保持其分化能力[31]。ZHU 等[32]通過將BrdU 標(biāo)記的BMSCs 移植入DCP 大鼠內(nèi)，應(yīng)用免疫組化、示蹤技術(shù)，證明BMSCs 能在糖尿病大鼠膀胱內(nèi)存活。HUANG 等[33]將提取培養(yǎng)的大鼠BMSCs 過表達(dá)整合素連接酶(integrin linked kinase，ILK)后，種植到DCP大鼠膀胱發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行BMSCs 移植后，膀胱微血管密度增加、平滑肌分布及結(jié)構(gòu)形態(tài)均有改善，后進(jìn)一步通過大鼠尿動力學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)DCP 大鼠膀胱排尿量增加、排尿間隔延長，殘余尿量減少，膀胱功能好轉(zhuǎn)。與ADSCs 類似，BMSCs 分離、培養(yǎng)方法相對簡單[34]，關(guān)于BMSCs 治療DCP 的研究較為廣泛。

2. 1. 3 USCs USCs 是從尿液中分離出來的具有高增殖活性和多向分化潛能的細(xì)胞，具有間充質(zhì)干細(xì)胞的特征，能夠分化為多個細(xì)胞系，包括成骨細(xì)胞和平滑 肌 細(xì) 胞 等[35]。DONG 等[14，22]通 過 對USCs 治 療DCP 的研究發(fā)現(xiàn)，USCs 作為DCP 治療的細(xì)胞源具有以下幾個優(yōu)點：首先，USCs 可以從尿液標(biāo)本中獲得，相較于其他干細(xì)胞的提取不需要任何侵入性技術(shù)且成本更低；其次，USCs 可以自體使用，避免了潛在的倫理問題和潛在的不良免疫反應(yīng)[36]?；谶@些特性，USCs 對于DCP 的治療具有重大的潛在應(yīng)用價值，是DCP 的干細(xì)胞移植治療的新選擇。

2. 1. 4 UCMSCs UCMSCs 是從新生兒臍帶組織中分離提取的多能間充質(zhì)干細(xì)胞，增殖能力優(yōu)于BMSCs，且免疫原性比BMSCs 低[16]，此前研究表明UCMSCs 移植對缺血性腦卒中、脊髓損傷、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)損傷的恢復(fù)有效[37]。UCMSCs 可通過分泌NGF 等神經(jīng)營養(yǎng)因子以及分化為神經(jīng)元兩種機制，共同發(fā)揮修復(fù)神經(jīng)源性損傷、促進(jìn)神經(jīng)再生、改善DCP 癥狀的作用[16，38]。由于UCMSCs 屬于胚胎來源間充質(zhì)干細(xì)胞，具有更強的多向分化和自我增殖的“干性”，因而可能更適用于損傷修復(fù)[16]；但目前由于倫理上存在爭議，對UCMSCs 治療DCP 的研究及應(yīng)用需要更加慎重。

2. 2 NSCsNSCs 是存在于神經(jīng)系統(tǒng)中,具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞潛能的細(xì)胞群，這種特性有助于修復(fù)不同的神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病[15]。陳潮江等[39]從新生鼠的海馬組織分離、培養(yǎng)NSCs，并通過膀胱肌肉注射將NSCs 移植入DCP 大鼠體內(nèi)。對NSCs 移植后的DCP 大鼠進(jìn)行膀胱電生理檢查發(fā)現(xiàn)大鼠的膀胱神經(jīng)傳導(dǎo)恢復(fù)，且尿流動力學(xué)參數(shù)有一定改善。這表明NSCs 有助于恢復(fù)受損的神經(jīng)、改善DCP 大鼠的排尿功能。

NSCs 來源于神經(jīng)系統(tǒng)，具有神經(jīng)保護和免疫調(diào)節(jié)等作用，促進(jìn)組織修復(fù)以及神經(jīng)源性損傷修復(fù)[24]，但NSCs 的分離和獲取損傷較大，無法用于自體移植，目前對于NSCs 治療DCP 的研究尚缺少廣泛、深入的研究，需要進(jìn)一步的研究明確神經(jīng)系統(tǒng)來源的NSCs對于治療DCP 較其他干細(xì)胞是否有其獨特的優(yōu)勢。

盡管上述干細(xì)胞表現(xiàn)出相似的生物學(xué)特性和治療能力，但他們的可應(yīng)用性由于其特性不同也存在一些差異。如圖1 所示，目前ADSCs、BMSCs 移植治療糖尿病膀胱的研究較為廣泛，其治療DCP 的有效率較高[18，21]，但缺少統(tǒng)一的臨床前應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)；USCs 獲取難度最低，且來源于泌尿系統(tǒng)，對于泌尿系統(tǒng)損傷的修復(fù)具有同源性優(yōu)勢，但其生物利用率需要進(jìn)一步提高[36]。從更科學(xué)的視角審視干細(xì)胞的應(yīng)用，尚未有研究針對不同干細(xì)胞治療DCP 的療效做橫向?qū)Ρ?，不同干?xì)胞的選擇以及臨床應(yīng)用效果需在明確其作用機制的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步評估。但就干細(xì)胞的獲取難度和研究的深入性來看，ADSCs、BMSCs 在DCP的應(yīng)用上將會有更廣闊的前景，而USCs 則會以其無創(chuàng)獲取的獨特優(yōu)勢成為治療DCP 的新的研究熱點。

圖1 干細(xì)胞分類及治療DCP 的可能機制

3 討論與展望

目前干細(xì)胞移植治療DCP 的研究處于起步階段，加之DCP 病變的復(fù)雜性，需要進(jìn)一步研究來闡明干細(xì)胞移植治療的可能機制。將干細(xì)胞移植技術(shù)應(yīng)用于DCP 的治療仍然存在許多難點，總結(jié)如下：首先，干細(xì)胞移植治療DCP 的具體通路機制和相關(guān)靶標(biāo)分子、基因等仍不明確[27]。其次，目前干細(xì)胞移植治療研究尚處于動物實驗階段，且研究周期較短，干細(xì)胞移植治療的可能不良反應(yīng)，如發(fā)熱、過敏、致瘤性等，尚未見相關(guān)報道[40]。另外，目前研究進(jìn)行干細(xì)胞移植治療DCP 的途徑和劑量不一[41]，尾靜脈注射、膀胱頸注射、膀胱壁注射等不同途徑進(jìn)行干細(xì)胞移植治療糖尿病膀胱效果是否有區(qū)別、移植干細(xì)胞的最適濃度均有待進(jìn)一步探索。干細(xì)胞移植治療生物利用率低，選擇好干細(xì)胞移植途徑、劑量，提高其生物利用率也是亟待解決的問題之一。

上述研究表明，干細(xì)胞移植可以恢復(fù)膀胱功能，治療DCP，且目前尚未有研究表明干細(xì)胞治療DCP有嚴(yán)重并發(fā)癥和不良反應(yīng)。盡管將干細(xì)胞用于DCP的臨床治療面臨巨大挑戰(zhàn)，干細(xì)胞移植仍可能成為治療DCP 的新方式。為了確定干細(xì)胞在DCP 治療中的確切作用機制，還需要更多的研究。