水凝膠制劑在宮腔粘連治療中的研究進(jìn)展*

曾薇薇,李存海,2,蘇圣梅,胡旭華,余貴媛,金 平

(1.南方醫(yī)科大學(xué)附屬深圳婦幼保健院,深圳 518000;2.南方醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,廣州 510000)

宮腔粘連(intrauterine adhesion,IUA)是最常見(jiàn)的子宮內(nèi)膜損傷疾病,嚴(yán)重破壞女性的生育能力。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,重度IUA患者的術(shù)后再粘連復(fù)發(fā)率高達(dá)62.5%[1],妊娠率僅25%[2],難以達(dá)到滿(mǎn)意的治療效果和妊娠結(jié)局,預(yù)后較差。隨著材料工程的發(fā)展,具有可控生物活性的水凝膠制劑逐漸應(yīng)用于IUA的治療。水凝膠制劑可在體內(nèi)自動(dòng)降解,降低了二次手術(shù)引起的感染風(fēng)險(xiǎn)。水凝膠制劑或作為物理屏障,或包裹雌激素、細(xì)胞、細(xì)胞因子、外泌體等,作為藥物輸送和支撐系統(tǒng),釋放治療成分。本文就水凝膠制劑用于治療子宮內(nèi)膜損傷和促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,旨在為宮腔粘連治療提供新的思路與方法。

1 分類(lèi)

按來(lái)源,水凝膠可分為天然水凝膠、合成水凝膠和復(fù)合水凝膠三種。天然水凝膠由蛋白質(zhì)和多糖組成,在子宮內(nèi)膜形成、細(xì)胞生長(zhǎng)和表型維持方面具有良好的組織相容性,但機(jī)械性能較差,降解性不受控制,如膠原蛋白、殼聚糖、透明質(zhì)酸等。合成水凝膠可大量制備,在分子水平上通過(guò)聚合、交聯(lián)和功能化修飾,但不能像天然水凝膠那樣調(diào)節(jié)細(xì)胞間反應(yīng)、生物識(shí)別和細(xì)胞誘導(dǎo)重塑,如聚乙二醇、N-異丙基丙烯酰胺、泊洛沙姆等。復(fù)合水凝膠則結(jié)合天然水凝膠和合成水凝膠特性,優(yōu)化了水凝膠的性能,減緩分子或藥物降解,促進(jìn)治療成分在受損部位的釋放,如甲基丙烯酰明膠與聚乙二醇復(fù)合水凝膠等。

根據(jù)對(duì)外界刺激的反應(yīng),水凝膠可分為常規(guī)水凝膠(對(duì)外界環(huán)境刺激無(wú)反應(yīng)或反應(yīng)較低)和環(huán)境敏感性水凝膠。環(huán)境敏感性水凝膠具有感知外部環(huán)境刺激變化或信號(hào)的能力,包括溫度、pH值、光和磁力等,在藥物控制或釋放系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用潛力。在IUA的治療中,溫度敏感的水凝膠制劑尤其受歡迎,其具有良好的溫度響應(yīng)性,2～4℃時(shí)呈稀薄的液體,在人體溫度下(37℃)迅速轉(zhuǎn)化為不易流動(dòng)的膠凍狀,與常規(guī)水凝膠相比,能延長(zhǎng)在宮腔內(nèi)停留時(shí)間。

2 在宮腔粘連治療中的應(yīng)用

2.1 適應(yīng)證和禁忌證 適應(yīng)證:作為宮腔粘連的物理屏障或藥物傳遞系統(tǒng)。禁忌證:對(duì)水凝膠制劑成分過(guò)敏;急性生殖系統(tǒng)炎癥;惡性腫瘤;嚴(yán)重系統(tǒng)性疾病,如心、肺、肝、腎功能不全等;全身性疾病導(dǎo)致的異常子宮出血。

2.2 作為物理屏障 水凝膠制劑保水性能優(yōu)異,體積膨脹而不溶解,有一定的彈性,與人體軟組織的性質(zhì)非常相似,具有可吸收、可降解和生物相容性等特性,在IUA治療中可作為預(yù)防粘連形成的物理屏障。

透明質(zhì)酸凝膠(hyaluronic acid gel,HAG)是IUA領(lǐng)域應(yīng)用最多的水凝膠。HAG是一種聚合物黏多糖,除具有覆蓋、封堵創(chuàng)面等物理作用外,還具有改善組織水化,增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)機(jī)械損傷的抵抗力,減少創(chuàng)傷后肉芽組織和纖維組織的形成,抑制粒細(xì)胞遷移吞噬,減少血小板沉積等多種作用[3]。而交聯(lián)后的透明質(zhì)酸鈉凝膠,黏度增加,降解時(shí)間延長(zhǎng),更為穩(wěn)定。在大鼠IUA模型中,使用HAG作為物理屏障,可使子宮內(nèi)膜再生和微血管密度增加,柱狀上皮與腺體數(shù)量均恢復(fù)至正常水平,纖維化減少,宮腔形態(tài)恢復(fù),妊娠率提高[4-5]。其機(jī)制為通過(guò)影響不同的基因譜來(lái)刺激子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞的遷移[4],以及調(diào)控轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor beta 1,TGF-β1)和Muc-4表達(dá)及其相互作用,抑制大鼠子宮內(nèi)膜纖維化,促進(jìn)胚胎著床[5]。

多項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)證實(shí)HAG能改善IUA的療效:IUD+新型交聯(lián)HAG組3個(gè)月后子宮內(nèi)膜厚度明顯增加(7.5mm)[6];Foley球囊+自交聯(lián)HAG組預(yù)防術(shù)后再粘連的有效率較球囊組高(76% vs 48%),AFS總分顯著降低,有效降低了中重度患者術(shù)后再粘連率[7]。此外,交聯(lián)HAG還可顯著降低IUA患者粘連程度,增加子宮腺體數(shù)量,改善子宮內(nèi)膜容受性,提高胚胎移植的臨床妊娠率[8]。

其它可作為物理屏障的水凝膠制劑包括殼聚糖、自組裝雙交聯(lián)海藻酸鈉/重組膠原水凝膠以及以雙聚乙二醇n-羥基琥珀酰亞胺活性酯(Bi-PEG-SS)和明膠為原料的自修復(fù)水凝膠(P10G15、P10G20和P10G25)等。其中,P10G20具有抗氧化和黏接性能,能有效清除ABTS+、DPPH和羥基自由基,降低氧化應(yīng)激反應(yīng),下調(diào)TGF-β1和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF),減少纖維化,促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生[9]。

2.3 作為藥物傳遞系統(tǒng) 水凝膠制劑除了作為物理屏障,發(fā)揮止血、促血管生成、抗炎、抗氧化和抗纖維化等作用,還是誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、存活、分化和穩(wěn)態(tài)的優(yōu)良載體,有助于細(xì)胞分化和遷移[10]。因此,與普通藥物治療或干細(xì)胞治療相比,水凝膠制劑作為藥物傳遞系統(tǒng),能提供足夠的機(jī)械支持,改善局部微環(huán)境,提高給藥效率,延長(zhǎng)藥物滯留和作用時(shí)間[10]。

2.3.1 雌二醇 17β-雌二醇(estradiol,E2)常被用于刺激IUA子宮內(nèi)膜細(xì)胞的生長(zhǎng),但其在損傷部位的濃度較低。使用水凝膠包封E2,或制成聚甲基丙烯酸羥乙基(PHEMA)水凝膠與二氧化硅負(fù)載E2的復(fù)合物[11],能延長(zhǎng)E2在靶向區(qū)域釋放時(shí)間,使IUA大鼠子宮內(nèi)膜腺體數(shù)量和纖維化面積均顯著改善,抑制調(diào)亡,減少內(nèi)膜纖維化,促進(jìn)子宮內(nèi)膜的再生,促進(jìn)宮腔形態(tài)恢復(fù)。其機(jī)制為激活下游信號(hào)PI3K/Akt和ERK1/2,降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡蛋白的表達(dá)[12];激活ERK1/2和MAPKs p38通路,上調(diào)kisspeptin表達(dá)[13];上調(diào)Ki67、細(xì)胞角蛋白、雌激素受體β水平,降低TGF-β1、TNF-α表達(dá)[14],達(dá)到防止再粘連的效果。

2.3.2 生長(zhǎng)因子 生長(zhǎng)因子(growth factors,GFs)通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、增強(qiáng)組織形成和誘導(dǎo)血管生成來(lái)刺激機(jī)體的自然愈合過(guò)程。添加水凝膠作為載體可具備較強(qiáng)的黏附和加速的藥物釋放能力,可長(zhǎng)期穩(wěn)定釋放GFs[15]。脫細(xì)胞的豬子宮內(nèi)膜水凝膠與GFs復(fù)合物、溫敏性的肝素修飾的泊洛沙默水凝膠與角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子(keratinocyte growth factor,KGF)復(fù)合物[10]、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子1(fibroblast growth factor 1,FGF1)-絲膠蛋白水凝膠[15]、膠原靶向堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)傳遞系統(tǒng)、表面負(fù)電位的親水性水凝膠膜加載VEGF[16]以及含有多種生長(zhǎng)因子的巰基化聚乙烯(PEG)、Cu2+和無(wú)細(xì)胞脂肪提取物復(fù)合物[17],均在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了子宮內(nèi)膜修復(fù)作用。其作用機(jī)制可能為通過(guò)激活TGF-β/Smad通路抑制ESCs的纖維化,增強(qiáng)大鼠子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)能力[15];KGF參與自噬過(guò)程的激活[10];修復(fù)子宮內(nèi)膜微結(jié)構(gòu),特別是增加子宮內(nèi)膜足的數(shù)量,使子宮內(nèi)膜細(xì)胞凋亡減少50%以上[17],從而促進(jìn)子宮內(nèi)膜細(xì)胞的增殖和血管生成,提高腺體數(shù)量和面積、細(xì)胞增殖指數(shù),促進(jìn)新血管發(fā)育,減少膠原沉積減少,改善妊娠結(jié)局。

2.3.3 間充質(zhì)干細(xì)胞及其衍生物 間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSC)是起源于早期中胚層的成體干細(xì)胞,具有自我更新和多向分化的潛能。MSC來(lái)源廣泛,從骨髓、臍帶、胎盤(pán)、月經(jīng)血和脂肪等組織中均可提取。如果通過(guò)靜脈注射或子宮螺旋動(dòng)脈注射途徑,干細(xì)胞需跨越血管內(nèi)皮細(xì)胞,趨向性遷移至目標(biāo)組織并定向存活,稱(chēng)為歸巢。然而MSC在子宮內(nèi)膜定植數(shù)量有限,減弱了干細(xì)胞的再生效果。

水凝膠制劑作為干細(xì)胞的載體,使MSC直接作用于損傷部位,無(wú)需歸巢,可提供足夠的機(jī)械支持,并誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、存活、分化,延長(zhǎng)干細(xì)胞作用時(shí)間;干細(xì)胞還可通過(guò)旁分泌作用,分泌多種生物活性分子,調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡,參與血管形成和受損子宮內(nèi)膜的再生。

眾多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究了不同來(lái)源的MSC對(duì)子宮內(nèi)膜損傷的治療效果:骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cell,BMSC)可與可降解膠原膜、彈性聚癸二酸甘油支架[18]、Pluronic F-127(PF-127)和維生素C[19]等組成復(fù)合物,通過(guò)分泌生長(zhǎng)因子bFGF、IGF-1、TGF-β1和VEGF[18],使血管性血友病因子(von Willebrand factor,vWF)的表達(dá)得到恢復(fù),同時(shí)降低IL-1β表達(dá)[19],誘導(dǎo)局部子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖、遷移,促進(jìn)血管生成,內(nèi)膜增厚,腺體增多,纖維化區(qū)域減少,提高妊娠率。負(fù)載人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(umbilical cord mesenchymal stem cells,UC-MSCs)的膠原支架[20]以及氧化透明質(zhì)酸和酰肼接枝明膠復(fù)合物支架[21],可增強(qiáng)大鼠子宮內(nèi)膜雌激素受體α(estrogen receptor α,ERα)和孕酮受體的表達(dá)[20],下調(diào)促炎因子(IL-1β和IL-6)、增加抗炎因子(IL-10)的表達(dá),并通過(guò)激活MEK/ERK1/2信號(hào)通路誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜VEGF表達(dá)[21],改善了再生的子宮內(nèi)膜容受性。負(fù)載人胎盤(pán)源性間充質(zhì)干細(xì)胞(human placenta-derived mesenchymal stem cells,HP-MSCs)的交聯(lián)HAG可使小鼠子宮內(nèi)膜厚度、腺體數(shù)量和血管生成增加,纖維面積減少,著床率提高,其機(jī)制為通過(guò)激活JNK/Erk1/2-Stat3-VEGF通路促進(jìn)子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞增殖,激活Jak2-Stat5和c-Fos-VEGF通路促進(jìn)腺細(xì)胞增殖和遷移[22]。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose derived stem cells,ADSCs)和PF-127水凝膠復(fù)合物,ADSCs與ShakeGelTM3D復(fù)合物[23]可降低TGF-β的表達(dá),增加BMP7-Smad5信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),促進(jìn)子宮內(nèi)膜增厚,腺體數(shù)量增加,纖維化減少,提高生育能力。3D打印的人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞(human iPSC-derived MSC,hiMSC)支架,改善了內(nèi)膜容受性功能指標(biāo),如pinopode、白血病抑制因子和αvβ3的表達(dá),促進(jìn)了子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的再生,恢復(fù)了子宮內(nèi)膜的胚胎著床和妊娠維持功能[24]。

3D打印構(gòu)建的海藻酸鈉-透明質(zhì)酸水凝膠和雙層子宮內(nèi)膜結(jié)構(gòu)復(fù)合物,上層是單層子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞,下層是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)裝載著子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞,該復(fù)合物模擬子宮內(nèi)膜的天然雙層結(jié)構(gòu)和細(xì)胞成分,使子宮內(nèi)膜腺上皮、間質(zhì)、脈管系統(tǒng)和平滑肌層再生,顯著改善生殖結(jié)局[25]。

部分MSC與水凝膠復(fù)合物也進(jìn)行了臨床試驗(yàn),取得了一定療效。Cao等[26]對(duì)26例復(fù)發(fā)性IUA患者進(jìn)行了Ⅰ期臨床試驗(yàn),將負(fù)載UC-MSCs的膠原支架移植入患者子宮內(nèi),輔以球囊和激素治療。3個(gè)月后,患者子宮內(nèi)膜厚度增加,粘連評(píng)分下降,至隨訪(fǎng)結(jié)束時(shí)10例懷孕,8例活產(chǎn),1例患者仍處于妊娠晚期,1例患者在妊娠早期自然流產(chǎn)。其機(jī)制為通過(guò)上調(diào)ERα、波形蛋白、Ki67和vWF表達(dá)水平,下調(diào)ΔNP63表達(dá)水平,促進(jìn)了子宮內(nèi)膜增殖、分化和新生血管的改善。Zhao等[27]將負(fù)載高密度的自體骨髓單個(gè)核細(xì)胞(bone mononuclear cells,BMNCs)的膠原支架移植到5例嚴(yán)重宮腔粘連患者的宮腔內(nèi),使子宮內(nèi)膜再生,5例患者均成功活產(chǎn)。此支架可下調(diào)ΔNp63表達(dá),逆轉(zhuǎn)ΔNp63導(dǎo)致的病理改變,使干細(xì)胞性質(zhì)恢復(fù)正常。

與直接應(yīng)用干細(xì)胞進(jìn)行治療相比,基于干細(xì)胞衍生物的無(wú)細(xì)胞治療,如外泌體[28-29]、分泌蛋白體間質(zhì)細(xì)胞衍生因子[30]等,不僅具備干細(xì)胞的多種生物學(xué)特性,還具有易于穿透體內(nèi)的多種生物屏障,穩(wěn)定性強(qiáng),致瘤性低,無(wú)需擴(kuò)增,便于儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn),因而具有更高的安全性及便捷性,且規(guī)避了干細(xì)胞治療倫理障礙。細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),干細(xì)胞衍生物與水凝膠復(fù)合物通過(guò)促進(jìn)CD163+M2巨噬細(xì)胞的極性化,減輕炎癥,并增加體內(nèi)和體外的抗炎反應(yīng)[29];下調(diào)TGF-β1誘導(dǎo)的波形蛋白、COL5A2、COL1A1的表達(dá),逆轉(zhuǎn)TGF-β1的纖維化作用[28],及內(nèi)源性c-kit陽(yáng)性干細(xì)胞被招募至損傷部位[30]等機(jī)制,促進(jìn)創(chuàng)面恢復(fù),可有效改善受損子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞的功能,促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生、血管形成增加、膠原蛋白重塑,恢復(fù)生育能力,具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

3 總結(jié)及展望

綜上所述,水凝膠制劑具有良好的黏附和抗菌性能,能為子宮內(nèi)膜的修復(fù)提供足夠的動(dòng)態(tài)機(jī)械支持,有助于調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜損傷部位的微環(huán)境,加速損傷修復(fù),并可增強(qiáng)細(xì)胞或活性物質(zhì)的緩釋作用,延長(zhǎng)在宮腔內(nèi)的滯留時(shí)間;通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化和血管形成,促使子宮內(nèi)膜的修復(fù),防止粘連的發(fā)生,提高妊娠率。

目前,采用水凝膠制劑治療IUA的研究仍為小樣本量臨床試驗(yàn)。為進(jìn)一步明確水凝膠制劑應(yīng)用的安全性和有效性,仍需開(kāi)展多中心、大樣本量的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn),同時(shí)探索其在子宮內(nèi)膜修復(fù)中作用機(jī)制,進(jìn)行多學(xué)科、多領(lǐng)域的資源整合與交叉合作,提高其生物活性和仿生性能,加快水凝膠制劑治療IUA從實(shí)驗(yàn)階段向臨床轉(zhuǎn)化。