SDF-1/CXCR4軸在間充質干細胞治療卵巢早衰中的研究進展

鐘寶山（南昌大學,江西 南昌 330000）

卵巢早衰（premature ovarian failure，POF）的發(fā)病與遺傳、自身免疫、醫(yī)源性及環(huán)境等因素有關，出現(xiàn)心理、雌孕激素水平降低、絕經、不孕等癥狀，嚴重影響患者的生理、心理健康。目前，對于卵巢早衰患者，仍不能從根本上恢復患者的卵巢功能。間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一類多能非造血祖細胞，具有自我更新、多向分化能力的功能，可被誘導分化為多種成體細胞，如定位于組織損傷部位，可分化為特定的細胞類型。將其應用于卵巢早衰患者中，具有良好的治療效果，但對于其內在的治療機制，仍需進行深入研究。SDF-1/CXCR4軸可參與間充質干細胞遷移中。因此本文就SDF-1/CXCR4軸在間充質干細胞治療卵巢早衰中的機制進行綜述。

1 間充質干細胞治療卵巢早衰

1.1卵巢早衰 卵巢早衰可導致生育力喪失，嚴重威脅生殖健康。近年來，隨著生活方式的改變，加之晚婚晚育已成為趨勢，卵巢早衰的發(fā)病率呈明顯上升趨勢，嚴重影響患者的身心健康，尤其是未生育患者；而對于已生育過的，患有卵巢早衰者還會伴有性欲降低、性交痛、月經周期紊亂等，影響生活質量，甚至影響家庭穩(wěn)定。有流行病學顯示，卵巢早衰患病早期有1/3患者有正常卵泡，甚至有5%-10%的機會懷孕，且查閱資料發(fā)現(xiàn)：對于卵巢早衰患者，任何治療措施均不能增加妊娠率。

1.2間充質干細胞 間充質干細胞最早發(fā)現(xiàn)于骨髓中，脂肪組織中的含量較高，人胎盤組織取材便捷；來源于人羊膜中的間充質細胞，有來源豐富、擴增穩(wěn)定、細胞活性好、易獲取的優(yōu)點，被廣泛應用于移植治療（同種異體移植、再生醫(yī)學）；來源于新生兒臍帶組織中的干細胞，具有自我更新、低免疫原性、分泌多種細胞的能力，能改善局部微環(huán)境、促進血管、組織再生。因此，間充質干細胞是一類多潛能細胞，在一定條件下，可再生各組織、器官。與骨髓間充質干細胞相比，臍帶間充質干細胞更接近胚胎干細胞，且具有取材方便，易于保存，適宜于不同個體間的移植，具有更廣闊的應用前景。

1.3間充質干細胞治療卵巢早衰 目前，對于卵巢早衰的治療重點是恢復卵巢功能及生育功能，以往主要采用激素類藥物、中醫(yī)治療，雖然可改變一些臨床癥狀，但治療期間還會出現(xiàn)明顯不良反應，且對于卵巢功能、生育能力的恢復，效果較差。近年來，國內外多以干細胞治療POF，為該類患者點燃了新的希望，因此，干細胞治療被認為是一種前端療法。趙淑穎[1]等學者的研究表明：人臍帶間充質干細胞（Human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUCMSCs）移植治療POF，可改善血清雌激素（Estradiol，E2）、抗苗勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）的水平，降低血清卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，F(xiàn)SH）水平，促進卵泡的生長，修復卵巢內分泌功能。近年來，臨床上用于治療POF的間充質干細胞依據來源不同，分為骨髓間充質干細胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）、脂肪間充質干細胞（Adipose-derived mesenchymal stem cells，ADMSCs）、人胎盤間充質干細胞（placenta derived mesenchymal stem cells，PDMSCs）、人羊膜間充質細胞（human amniotic mesenchymal cells，hAMCs）、臍帶間充質干細胞（hUCMSCs）等。

2 SDF-1/CXCR4軸在間充質干細胞治療卵巢早衰中的作用

2.1SDF-1/CXCR4軸簡介 SDF-1/CXCR4軸由基質細胞衍生因子-1（Stromal cell derived factor-1，SDF-1）及CXC趨化因子受體4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）組成偶聯(lián)分子對。既往有研究認為[2]，CXCR4是SDF-1的唯一受體，以一對一的方式存在，在造血干細胞的歸巢中發(fā)揮重要作用。

SDF-1又名前B細胞刺激因子、趨化因子12（C-X-C chemokine ligand 12，CXCL12），是11KDa的小分子蛋白，首次發(fā)現(xiàn)單體形式存在是在小鼠骨髓基質細胞分泌的細胞因子中，與其他CXC類趨化因子相比，N端的1-8氨基酸殘基、C端的66、67氨基酸殘基存在較大差異，其中N端作為SDF-1與其受體作用的基礎，C端可維持SDF-1構象及生物活性。SDF-1有α、β、γ、δ、ε、ζ6種同分異構體，以SDF-1α主要表達于骨髓基質細胞，是SDF-1在體內的主要存在形式，此外還可表達于骨髓內皮祖細胞、造血祖細胞。

CXCR4是一類G蛋白偶聯(lián)受體（guanosine-binding protein coupled receptors，GPCRs），主要表達在細胞膜上，有研究表明[3]CXCR4表達于血細胞、造血干細胞、胚胎干細胞等類型細胞中，不僅表達于細胞表面，還表達于細胞質中。

2.2SDF-1/CXCR4軸的應用 SDF-1/CXCR4軸在中性粒細胞(neutrophils，Neu)的動態(tài)平衡中起著雙重作用，在生理作用下，CXCR4可上調中性粒細胞（凋亡、吞噬，保持細胞恒定）表達，促使歸巢至骨髓，刺激產生粒細胞集落刺激因子，增加中性粒細胞前體的增殖、分化，使其清除、產生構成動態(tài)平衡。CXCR4在未成熟中性粒細胞中的表達較高，但在成熟中性粒細胞中的表達較低，而SDF-1、CXCR4結合可將未成熟中性粒細胞滯留在骨髓中。SDF-1/CXCR4信號通路可通過炎性細胞（中性粒細胞、淋巴細胞、單核細胞等）的高效趨化作用，激活整合素誘導細胞的滾動、緊密黏附在活化內皮細胞中，促進炎癥細胞穿過血管內皮，以達到炎癥部位，從而發(fā)揮炎癥反應。

內皮祖細胞是血管內皮細胞的前體細胞，屬于一類介入干細胞、血管內皮細胞的定向干細胞，有游走、增殖分化及自我更新的特征，但缺乏特征性表型（無管腔樣結構）。該類細胞可參與缺血組織血管的修復，機制主要為：①自分泌/旁分泌血管內皮生長因子、白細胞介素8（interleukin-8，IL-8）、基質細胞衍生因子-1（Stromal cellderived factor-1，SDF-1）、腎小球系膜細胞（glomerular mesangial cells，GMCS）等細胞因子，促進內皮的修復、血管生長；②出現(xiàn)缺血缺氧、組織損傷時，內皮祖細胞可遷移歸巢至血管損傷處，增殖分化為成熟的內皮細胞。SDF-1/CXCR4軸可通過SDF-1濃度調控內皮祖細胞的增殖、黏附、遷移，抑制其凋亡，增強內皮祖細胞的血管能力，而CXCR4不僅表達于細胞表面，也可在細胞質中表達，因此SDF-1/CXCR4軸不僅可增殖內皮祖細胞，還可影響其凋亡，通過不同的作用機制增加內皮祖細胞的數(shù)量，進而啟動干細胞的歸巢。

2.3SDF-1/CXCR4軸在調控卵巢發(fā)育、功能中的作用 卵巢主要功能為排卵、調節(jié)內分泌，其正常發(fā)育和功能穩(wěn)定在女性中至關重要。SDF-1/CXCR4軸與卵巢早衰有關，可維持原始卵泡池、卵泡和卵母細胞發(fā)育。何琪[4-5]等學者通過分析不同發(fā)育時期（4周齡的性成熟前期、7周齡的性成熟期、10周齡的適齡繁殖期）的雌性小鼠卵巢組織中SDF-1及其CXCR4表達情況，結果顯示：SDF-1及CXCR4蛋白主要表達于卵泡中（顆粒細胞、卵母細胞）。性成熟前期組卵巢SDF-1 mRNA表達量顯著高于其他兩組，CXCR4 mRNA表達量顯著低于其他兩組（P＜0.05）；適齡繁殖期組卵巢的總卵泡數(shù)目及初級卵泡數(shù)量高于其余兩組，次級卵泡數(shù)多于性成熟期組（P＜0.01）；卵母細胞中性成熟期組SDF-1 mRNA表達水平高于性成熟前期組（P＜0.05），卵丘顆粒細胞中適齡繁殖期組SDF-1 mRNA表達水平高于其余兩組，性成熟前期組CXCR4 mRNA表達水平低于其余兩組（P＜0.05）。這一結果證實：SDF-1及其受體CXCR4可能參與小鼠卵泡發(fā)育和性腺成熟過程。

卵巢組織中，SDF-1/CXCR4可參與卵巢早衰的發(fā)生發(fā)展，是通過作用于卵泡顆粒細胞、卵母細胞，促進卵巢發(fā)育，參與排卵調節(jié)，這可能與調節(jié)卵巢組織炎癥反應和細胞凋亡相關，還與原始卵泡激活、卵巢卵泡發(fā)育及功能調節(jié)有關，但對于SDF-1及其受體CXCR4在卵巢結構和功能發(fā)生損傷中的具體作用，仍需進一步深入探索[6-7]。卵泡是卵巢的基本功能單位，包括原始卵泡、竇前卵泡、竇卵泡，可直接影響卵巢排卵、內分泌功能。SDF-1及其受體CXCR4可能是通過調節(jié)卵泡卵母細胞、顆粒細胞發(fā)育，參與排卵過程，諸如：卵泡黃素化和卵丘的擴展等。同時，SDF-1/CXCR4軸可能促進性腺整體成熟和功能完善。SDF-1及CXCR4在調控性腺成熟的作用主要依賴卵泡卵母細胞和顆粒細胞，基因芯片分析，SDF-1是原始卵泡激活及竇卵泡生長調節(jié)的候選基因，還能夠增加卵巢卵泡密度，降低活化卵泡比例，CXCR4為原始卵泡激活的候選基因，因此SDF-1/CXCR4對原始卵泡、竇卵泡發(fā)育和功能調節(jié)，有著重要作用[8]。

2.4SDF-1/CXCR4軸在間充質干細胞治療卵巢早衰中的作用 不同來源的間充質干細胞，調節(jié)蛋白不同，可通過這些調節(jié)蛋白參與細胞的種植、遷移，進入各種細胞組織中，分泌各種生物活性分子，參與細胞凋亡、抗炎及組織再生，從而達到治療的目的。但如何能夠有效達到靶器官，是間充質干細胞用于治療疾病的關鍵。已有研究證實SDF-1/CXCR4軸是調控干細胞移植歸巢的一種主要因素[9]。

間充質干細胞在血液中遷移，可能會伴有炎癥或血管損傷，因此間充質干細胞進入損傷部位能力增加，會首先黏附血管內皮，SDF-1能夠促進細胞黏附到纖維蛋白原、纖維連接蛋白、間質和內皮細胞中，而CXCR4可識別SDF-1，并結合形成二聚體，同時還可結合細胞表面的異源三聚體G蛋白（Heterotrimeric G proteins，包括Gα、Gβ、Gγ亞基），通過G蛋白受體激酶促進CXCR4羥基端磷酸化，結合β抑制蛋白形成CXCR4-βarrestin復合物，激活細胞內化、鈣離子流動、細胞外調節(jié)激酶信號[10]。此外，SDF-1還能夠減少顆粒細胞早期凋亡，影響排卵相關基因，促進排卵；且CXCR4在體內大部分組織、器官中都有表達，參與體內多種生理、病理機制，其高表達的間充質干細胞，可增加間充質干細胞遷移及歸巢能力。另有研究顯示，SDF-1/CXCR4軸可抑制間充質干細胞的凋亡，促進細胞增殖、遷移歸巢，同時還可促進間充質干細胞分泌細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和血管內皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），在臨床治療中發(fā)揮作用。SDF-1與VEGF在人卵巢卵泡液中的濃度與卵泡直徑有關，且其濃度越高，卵母細胞的回收率越高，兩者在促進卵泡發(fā)育方面具有協(xié)同作用。此外，SDF-1與VEGF可促進顆粒細胞產生大量的孕酮，調節(jié)早期黃素化，從而協(xié)調卵泡發(fā)育、促進排卵過程；而孕酮受體（Progesterone receptor，PGR）拮抗劑的使用可阻斷人絨毛膜促性腺激素（human choionic gonadotophin，hCG）誘導的CXCR4表達變化，而CXCR4可通過靶向調節(jié)透明質酸合成酶2（hyaluronan synthase 2，HAS2）和腫瘤壞死因子-α誘導蛋白6（tumor necrosis factor-alpha-induced protein 6，TNFAIP6）促進COCs中卵丘的擴展，同時發(fā)現(xiàn)抑CXCR4的表達，會發(fā)生卵母細胞核成熟障礙[11-13]。

3 總結

間充質干細胞治療卵巢早衰已成為臨床常用治療方法，以改善其卵巢功能，進而提高患者生活質量，但對于其具體作用機制仍不清楚。SDF-1/CXCR軸在多種組織中均有表達，涉及多種生物學功能，因此其功能較為多樣，一直以來受到廣泛關注。在卵巢早衰的治療中，SDF-1/CXCR軸參與卵巢卵泡發(fā)育及排卵過程，對于卵泡發(fā)育具有重要的作用[14-16]。而SDF-1/CXCR4軸具有調節(jié)干細胞功能的特異作用，為間充質干細胞治療卵巢早衰提供理論基礎，但僅應用動物實驗證實，而對于人體的具體情況仍需進一步探討。