間充質(zhì)干細(xì)胞改善卵巢生殖衰老研究進(jìn)展

宋金鑫, 譚季春

1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 生殖醫(yī)學(xué)中心,遼寧 沈陽(yáng) 110022;2.遼寧省生殖障礙疾病與生育力重塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽(yáng) 110022

卵巢生殖衰老是卵巢功能不可逆地下降的狀態(tài),分為生理性卵巢功能減退-卵巢衰老和病理性功能衰竭-卵巢早衰。卵巢是女性生殖及內(nèi)分泌功能維持的關(guān)鍵,是不同于其他系統(tǒng)、較早進(jìn)入衰老并快速耗竭的器官,會(huì)導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生,影響女性身心健康。間充質(zhì)干細(xì)胞治療是再生醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域,能夠改善女性生殖功能,為卵巢功能減退提供良好的治療前景。本文就間充質(zhì)干細(xì)胞改善卵巢生殖衰老的研究進(jìn)展作一綜述。

1 卵巢衰老

卵巢衰老包括生理性功能減退和病理性功能衰竭。卵巢生理性功能減退即卵巢衰老,以卵巢功能衰竭為特征,主要表現(xiàn)為卵巢內(nèi)卵泡數(shù)量下降及低質(zhì)量卵母細(xì)胞比例升高,呈現(xiàn)為生殖能力的衰退甚至喪失,并伴隨血促性腺激素水平升高、雌激素水平下降及其他臨床癥狀。病理性功能衰竭可導(dǎo)致原發(fā)性或繼發(fā)性卵巢早衰,即40歲之前出現(xiàn)絕經(jīng),因此,又稱為過(guò)早絕經(jīng),2016年歐洲人類生殖與胚胎學(xué)會(huì)在最新指南上更改為早發(fā)性卵巢功能不全。早發(fā)性卵巢功能不全的發(fā)病率約占女性的1.0%,且0.1%女性于30歲之前發(fā)病[1-4]。已知的早發(fā)性卵巢功能不全病因涉及多方面,包括遺傳、免疫、醫(yī)源性、環(huán)境及特發(fā)性不明因素等[5-7]。早發(fā)性卵巢功能不全不僅影響患者的生育前景,還會(huì)對(duì)患者的骨密度[8]、心血管、性功能、心理及認(rèn)知健康產(chǎn)生不利影響[9]。目前,全球出生人口急劇下跌,我國(guó)2020年第七次全國(guó)人口普查顯示總生育率降至1.3[10],創(chuàng)歷年新低,低于國(guó)際公認(rèn)的1.5警戒線。2006～2017年,女性平均初育年齡從24.3歲推遲至27.3歲[11]。越來(lái)越多的備孕女性卵巢功能減退,卵子質(zhì)量差,甚至無(wú)卵子發(fā)育,導(dǎo)致生育力降低甚至喪失。因此,探究卵巢功能減退的影響因素、發(fā)生機(jī)制及有效的生育力保存策略對(duì)于女性生殖健康及我國(guó)“三孩”政策的實(shí)施有著重要意義。

2 卵巢功能減退的評(píng)估指標(biāo)

2.1 年齡和月經(jīng)周期 年齡是評(píng)估卵巢功能的直接參考指標(biāo),女性生殖能力下降始于35歲左右,因此,將預(yù)產(chǎn)年齡≥35歲的女性定義為高齡孕婦[12]。年齡相關(guān)的卵巢功能減退包括卵泡數(shù)量、質(zhì)量的下降等。有研究報(bào)道,37～38歲是始基卵泡數(shù)減少速度加快的拐點(diǎn),此后迅速下降,絕經(jīng)時(shí)減至1 000個(gè)左右,因此,37歲后女性卵巢儲(chǔ)備驟降[13]。月經(jīng)縮短2～3 d是卵巢功能下降最早出現(xiàn)的癥狀,月經(jīng)周期縮短或經(jīng)量減少之后可出現(xiàn)月經(jīng)稀發(fā)甚至停經(jīng)。年齡和月經(jīng)周期是卵巢功能減退的外在表現(xiàn),需進(jìn)一步行輔助檢查明確診斷。

2.2 生化指標(biāo) 生化指標(biāo)包括卵泡刺激素、黃體生成素、雌二醇、抗苗勒管激素及抑制素B等指標(biāo)。連續(xù)多次基礎(chǔ)卵泡刺激素、卵泡刺激素/黃體生成素、雌二醇水平的升高和抗苗勒管激素、抑制素B水平的下降均提示卵巢功能趨于下降的趨勢(shì)[14-15]?？姑缋展芗に厥茉陆?jīng)周期及藥物等影響較小,對(duì)早期變化極為敏感,是評(píng)估卵巢儲(chǔ)備功能的最佳指標(biāo)之一[16]。

2.3 影像學(xué)指標(biāo) 于卵泡早期行經(jīng)陰道超聲檢查計(jì)數(shù)雙側(cè)卵巢內(nèi)竇狀卵泡的總數(shù),雙側(cè)卵巢竇卵泡計(jì)數(shù)少于5～7個(gè)提示卵巢儲(chǔ)備功能下降;此外,卵巢體積及卵巢間質(zhì)血流也可作為輔助評(píng)估指標(biāo),但效果較差[14]。

3 卵巢功能減退患者的經(jīng)典療法

目前,針對(duì)卵巢功能減退患者的綜合管理主要包括激素替代治療、卵母細(xì)胞捐贈(zèng)、中醫(yī)藥治療、生活方式指導(dǎo)和心理調(diào)控,以及輔助生殖技術(shù)等。有專家建議卵巢功能減退患者只要無(wú)用藥禁忌,就應(yīng)常規(guī)采用激素替代治療[17-18],在恢復(fù)規(guī)律月經(jīng)后,尚有一定的可能恢復(fù)卵巢功能。但有研究表明,長(zhǎng)期采用激素替代治療有導(dǎo)致乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、卵巢癌、中風(fēng)、血栓栓塞及其他疾病的風(fēng)險(xiǎn)[19-20],因此,需仔細(xì)考慮激素替代治療的治療策略。卵母細(xì)胞捐贈(zèng)技術(shù)雖然發(fā)展良好,但卵子捐贈(zèng)是一大難題且涉及道德倫理等問(wèn)題,無(wú)法從根本上解決早發(fā)性卵巢功能不全患者的痛苦。中醫(yī)藥治療對(duì)卵巢功能減退患者的生殖激素水平和臨床癥狀具有一定的改善作用[21]。此外,在健康教育中提倡培養(yǎng)良好的生活習(xí)慣、進(jìn)行心理調(diào)控也十分重要。輔助生殖技術(shù)雖然已被廣泛應(yīng)用,但需要促排卵獲得足夠數(shù)量的卵子才能保證活產(chǎn),且獲卵數(shù)取決于患者的卵巢狀態(tài)[22]。有些藥物可作為輔助用藥改善患者的卵巢功能,如脫氫表雄酮[23]、輔酶Q10、生長(zhǎng)激素、抗氧化劑維生素C、E及褪黑素等[24],但以上藥物常規(guī)應(yīng)用尚待大樣本研究數(shù)據(jù)明確有效性和安全性。傳統(tǒng)方法在卵巢功能減退的治療中具有局限性,間充質(zhì)干細(xì)胞治療因此備受期待。

4 卵巢功能減退的間充質(zhì)干細(xì)胞治療

4.1 間充質(zhì)干細(xì)胞 目前,雖然有多種方法可以挽救卵巢功能下降,但效果均不理想,除了常規(guī)治療方法外,間充質(zhì)干細(xì)胞被認(rèn)為是再生醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化研究中可行的替代方法。間充質(zhì)干細(xì)胞具有高度自我增殖能力和多能性,免疫原性低,且具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎和組織修復(fù)功能,被證實(shí)可以調(diào)節(jié)組織局部微環(huán)境[25]。間充質(zhì)干細(xì)胞可以從多種組織中分離出來(lái),如骨髓、臍帶、經(jīng)血、羊膜、脂肪組織等。此外,間充質(zhì)干細(xì)胞具有遷移至損傷部位并通過(guò)旁分泌機(jī)制來(lái)刺激修復(fù)的能力,可以治療衰老相關(guān)疾病。

4.2 間充質(zhì)干細(xì)胞改善卵巢功能的臨床前研究 一項(xiàng)將臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞用于動(dòng)物模型中的研究顯示,臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能夠治療卵巢早衰[26]。還有研究顯示,把膠原支架上的臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植到卵巢中能夠增加卵巢體積和竇卵泡數(shù)量,促進(jìn)顆粒細(xì)胞增殖和卵巢血管生成,改善卵巢的儲(chǔ)備功能[27]。Ding等[28]發(fā)現(xiàn),骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植可改善化療所致卵巢損傷大鼠的卵巢功能和結(jié)構(gòu)。有研究表明,人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞移植可延長(zhǎng)輕度和重度卵巢早衰小鼠模型的生殖壽命[29]。還有研究表明,脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體通過(guò)靶向SMAD改善卵巢早衰[30]。Liu等[31]研究報(bào)道,人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞能夠改善小鼠年齡相關(guān)性卵巢儲(chǔ)備減少的生殖功能。Wang等[32]研究報(bào)道,對(duì)卵巢早衰小鼠模型尾靜脈注射經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞能夠增加卵泡數(shù)量,恢復(fù)性激素水平,修復(fù)卵母細(xì)胞功能,改善卵巢功能減退。有研究表明,經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體在體外和體內(nèi)均可顯著促進(jìn)卵泡發(fā)育并恢復(fù)早發(fā)性卵巢功能不全大鼠模型的生育能力,促進(jìn)大鼠早期卵泡的生長(zhǎng)和發(fā)育,促進(jìn)顆粒細(xì)胞增殖的同時(shí)抑制卵巢細(xì)胞的凋亡[33]。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,胎盤(pán)間充質(zhì)干細(xì)胞可以控制早發(fā)性卵巢功能不全大鼠模型的炎癥以改善大鼠的卵巢功能[34]。雖然,間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)卵泡發(fā)育的作用機(jī)制尚不完全清楚,但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為間充質(zhì)干細(xì)胞移植可以促進(jìn)卵泡、卵子的發(fā)育和形成,減少顆粒細(xì)胞的凋亡。

4.3 間充質(zhì)干細(xì)胞改善卵巢功能的臨床研究 一項(xiàng)病例報(bào)告表明,自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植可以改善卵泡發(fā)育,增加抗苗勒管激素水平,使圍絕經(jīng)期婦女生下健康嬰兒[35]。南京鼓樓醫(yī)院將臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合膠原移植到卵巢早衰患者的卵巢中,成功挽救了患者卵巢的整體功能及部分患者的生育能力[36]。有研究報(bào)道,采用自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植到卵巢的方法治療2例卵巢早衰女性7個(gè)月后,患者恢復(fù)了卵巢雌激素的產(chǎn)生功能及月經(jīng),提示骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能夠提高血清雌激素水平,增加卵巢的體積并改善更年期癥狀[37]。一項(xiàng)卵巢早衰患者自體脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞于卵巢內(nèi)移植的研究顯示,脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞可以恢復(fù)部分患者的月經(jīng)周期并使其卵泡刺激素水平下降,患者治療12個(gè)月未觀察到局部或全身的不良反應(yīng),證明了干細(xì)胞移植的安全性[38]。臨床前研究和臨床研究均已證明間充質(zhì)干細(xì)胞移植可以改善卵巢功能并具有安全性,干細(xì)胞治療的最新進(jìn)展可能會(huì)轉(zhuǎn)化為新的治療選擇,為卵巢功能減退患者帶來(lái)新的希望。但骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的獲得存在侵襲性和患者依從性差等問(wèn)題,脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞和胎盤(pán)間充質(zhì)干細(xì)胞也難以實(shí)現(xiàn)自體移植,這使其改善卵巢功能的廣泛臨床應(yīng)用受到限制。與其他組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞比較,經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞可以實(shí)現(xiàn)周期性采集,避免有創(chuàng)性取材所伴隨的風(fēng)險(xiǎn)。有體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞具有更強(qiáng)、更穩(wěn)定的增殖能力,擴(kuò)增一代僅需20 h左右[39],其倍增效率是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的2倍。有研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞在體外培養(yǎng)較低代數(shù)(10代以內(nèi))時(shí),增殖能力不受供者年齡影響[40],這是經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞相較于其他來(lái)源干細(xì)胞的明顯優(yōu)勢(shì)[41]。因此,經(jīng)血源間充質(zhì)干細(xì)胞在未來(lái)可能擁有更為廣闊的臨床應(yīng)用潛力。

4.4 間充質(zhì)干細(xì)胞改善卵巢功能的作用機(jī)制

4.4.1 旁分泌 間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)分泌細(xì)胞因子發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗凋亡、抗氧化、抗纖維化及血管生成等作用。(1)細(xì)胞因子。間充質(zhì)干細(xì)胞可以分泌多種細(xì)胞因子,包括血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子[42]、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子[43]、胰島素樣生長(zhǎng)因子[44]等,有助于抗炎、抗凋亡、血管生成、抗纖維化及免疫調(diào)節(jié),從而有助于卵巢修復(fù)。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子可在卵泡發(fā)育期間參與卵泡激活和血管擴(kuò)張以刺激促性腺激素[45];還可改善小鼠卵巢組織的血運(yùn)重建、存活及卵母細(xì)胞質(zhì)量[46-48]。有研究發(fā)現(xiàn),卵巢卵泡液中的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子與自然周期體外受精中的不孕類型有關(guān)[49]。(2)抗凋亡因子。間充質(zhì)干細(xì)胞可以在恢復(fù)微血流動(dòng)力學(xué)的同時(shí)合成、分泌經(jīng)典的凋亡抑制蛋白來(lái)防止細(xì)胞程序性死亡,如B細(xì)胞淋巴瘤2、絲蘇氨酸蛋白激酶等[50-51]。B細(xì)胞淋巴瘤2與B細(xì)胞淋巴瘤2相關(guān)X蛋白的比值決定了細(xì)胞對(duì)病理刺激的敏感性[52]。有研究表明,人類多能干細(xì)胞-間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體不僅可以恢復(fù)早發(fā)性卵巢功能不全小鼠的血清性激素水平,促進(jìn)顆粒細(xì)胞增殖,還能夠提高B細(xì)胞淋巴瘤2的表達(dá),抑制細(xì)胞凋亡[53]。(3)抗氧化因子。有研究表明,血紅素加氧酶-1基因在臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞中過(guò)度表達(dá),通過(guò)Jun氨基末端激酶/B細(xì)胞淋巴瘤2信號(hào)通路調(diào)節(jié)自噬,從而恢復(fù)早發(fā)性卵巢功能不全小鼠的卵巢儲(chǔ)備[54]。還有證據(jù)表明,移植的人骨膜間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)卵巢組織中的血紅素氧化酶-1/血紅素氧化酶-2比率來(lái)抑制受傷卵巢的氧化應(yīng)激[55]。在大鼠損傷模型中,人類胎盤(pán)衍生的間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)降低血紅素加氧酶-1和活性氧的積累發(fā)揮抗氧化作用,從而恢復(fù)卵巢功能[56]。

4.4.2 細(xì)胞外囊泡 細(xì)胞外囊泡是活細(xì)胞分泌的直徑為50～200 nm的雙層膜性囊泡,外泌體通過(guò)傳遞多種蛋白質(zhì)和非編碼RNA在細(xì)胞通信中發(fā)揮關(guān)鍵作用[57]。間充質(zhì)干細(xì)胞是產(chǎn)生細(xì)胞外囊泡能力最強(qiáng)的細(xì)胞之一。與間充質(zhì)干細(xì)胞比較,間充質(zhì)干細(xì)胞-細(xì)胞外囊泡是一種非細(xì)胞成分,可直接與靶細(xì)胞作用發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng),便于儲(chǔ)存;同時(shí),其克服了間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)長(zhǎng)期應(yīng)用突變致瘤的隱患。細(xì)胞外囊泡發(fā)揮作用主要基于以下機(jī)制:(1)促血管生成。間充質(zhì)干細(xì)胞-細(xì)胞外囊泡可能通過(guò)傳遞具有血管生成功能的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)血管生成。有研究報(bào)道,在人臍帶間質(zhì)干細(xì)胞-細(xì)胞外囊泡移植4周后,早發(fā)性卵巢功能不全小鼠的卵巢血管數(shù)量顯著增加,推測(cè)人臍帶間質(zhì)干細(xì)胞-細(xì)胞外囊泡誘導(dǎo)的血管生成因子高表達(dá)可能在恢復(fù)卵巢功能方面發(fā)揮了重要作用[58]。(2)促增殖,抑凋亡。間充質(zhì)干細(xì)胞-細(xì)胞外囊泡通過(guò)調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因表達(dá)發(fā)揮作用。有研究表明,間充質(zhì)干細(xì)胞-細(xì)胞外囊泡可以調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-羥激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶信號(hào)通路減少凋亡蛋白的表達(dá),增加抗凋亡蛋白,增強(qiáng)卵巢功能[59]。(3)調(diào)節(jié)炎癥。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),羊水衍生的外泌體可上調(diào)Smad-4和Smad-6,下調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β和白細(xì)胞介素-10,從而促進(jìn)組織修復(fù)[60]。

5 總結(jié)與展望

干細(xì)胞治療技術(shù)在其他領(lǐng)域的探索及臨床研究為改善卵巢功能減退帶來(lái)了巨大希望,是最新熱門(mén)研究領(lǐng)域。盡管這些方法在動(dòng)物研究方面有著良好的記錄,但其臨床實(shí)施仍處于起步階段,缺乏安全性保證。未來(lái)應(yīng)更深入地進(jìn)行臨床研究并努力為絕大多數(shù)患者制定個(gè)性化的治療計(jì)劃,以解決生育挑戰(zhàn)。雖然,卵巢中是否存在卵巢干細(xì)胞仍有爭(zhēng)議,但通過(guò)外源途徑給予干細(xì)胞,使卵巢處于干細(xì)胞營(yíng)造的微環(huán)境,可能對(duì)于改善卵巢功能是合理且有前景的方法。卵巢功能減退不僅造成生育力下降,還會(huì)引起各種圍絕經(jīng)期癥狀,給女性的身心健康帶來(lái)很大的危害。干細(xì)胞研究及技術(shù)突破為延緩卵巢衰老、保護(hù)女性生育力提供了新的思路,有望成為預(yù)防及治療衰老導(dǎo)致的生殖系統(tǒng)疾病的有力手段。