間充質(zhì)干細(xì)胞在生殖醫(yī)學(xué)的研究進(jìn)展

王欣欣 吳軍衛(wèi) 馬珊珊 孟楠 楊波 關(guān)方霞,

(1.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 生殖醫(yī)學(xué)中心 河南 鄭州 450000； 2.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 泌尿外科 河南 鄭州 450000；3.鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 河南 鄭州 450001； 4.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 神經(jīng)外科 河南 鄭州 450000)

·綜 述·

間充質(zhì)干細(xì)胞在生殖醫(yī)學(xué)的研究進(jìn)展

王欣欣1吳軍衛(wèi)2馬珊珊3孟楠1楊波4關(guān)方霞1,3

(1.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 生殖醫(yī)學(xué)中心 河南 鄭州 450000； 2.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 泌尿外科 河南 鄭州 450000；3.鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 河南 鄭州 450001； 4.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 神經(jīng)外科 河南 鄭州 450000)

間充質(zhì)干細(xì)胞；卵巢；子宮內(nèi)膜；陰道；睪丸；陰莖

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一種成體多能干細(xì)胞，可從成人的骨髓、脂肪、滑膜、軟骨和骨等組織以及胎兒的羊水、羊膜、臍帶Walton’s膠、臍帶血中獲得。它們具有相似的細(xì)胞表面標(biāo)記表現(xiàn)CD29+CD44+CD90+CD105+/CD31-CD34-CD45-。MSCs來源于胚胎中胚層，具有向中胚層各種細(xì)胞分化的能力。此外，在一定條件下可轉(zhuǎn)分化為外胚層細(xì)胞(如皮膚和神經(jīng)元等)以及內(nèi)胚層細(xì)胞(如胰島樣細(xì)胞，肝細(xì)胞等)。因此，MSCs在再生醫(yī)學(xué)中具有重要意義。MSCs還能分泌多種細(xì)胞因子，具有調(diào)節(jié)免疫、炎癥、氧化應(yīng)激的作用。動(dòng)物模型中證明MSCs能有效治療心肌缺血、阿爾茨海默病、糖尿病等疾病。世界范圍內(nèi)，不孕不育占育齡夫婦的20%。對(duì)于女性，其原因主要是各種體內(nèi)外原因?qū)е碌穆殉才怕颜系K，薄型子宮內(nèi)膜、子宮內(nèi)膜移位、子宮息肉和肌瘤等。對(duì)于男性，主要是生精障礙以及勃起障礙等。最近研究表明MSCs在生殖醫(yī)學(xué)中也具有較好的應(yīng)用前景。

1 MSCs在女性生殖疾病的應(yīng)用

1.1 MSCs與卵巢 癌癥化療等造成的卵巢早衰或卵巢功能不全嚴(yán)重影響女性的生育能力。研究發(fā)現(xiàn)因環(huán)磷酰胺處理而失去卵巢功能的小鼠通過卵巢局部移植或尾靜脈移植人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord derived mesenchymal stem cell, hUC-MSCs)后可在卵巢內(nèi)檢測(cè)到，這些細(xì)胞有助于恢復(fù)雌激素等性激素的周期、生育能力和產(chǎn)生健康后代[1]。大量實(shí)驗(yàn)證明，骨髓、脂肪、羊水、臍帶、經(jīng)血來源的MSCs都具有對(duì)受損卵巢結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)作用。目前研究發(fā)現(xiàn)MSCs修復(fù)卵巢功能的原理主要有兩方面：一方面，MSCs可在體內(nèi)外誘導(dǎo)條件下分化為卵細(xì)胞樣細(xì)胞[2]。但是，MSCs向卵細(xì)胞分化的效率較低，如何提高分化效率仍需大量研究；另一方面，MSCs通過旁分泌多種因子，為生殖細(xì)胞提供有利的生長(zhǎng)環(huán)境，間接促進(jìn)卵子產(chǎn)生。研究報(bào)道，將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow derived mesenchymal stem cell, BM-MSCs)移植到環(huán)磷酰胺和白消安化療后失去卵巢功能的小鼠或絕經(jīng)期小鼠的卵巢，雖然MSCs不能直接發(fā)育成卵子，但是能支持周圍顆粒細(xì)胞生長(zhǎng)，減少生殖細(xì)胞凋亡，促進(jìn)卵子發(fā)生[3]。Lu等[4]也提出體外環(huán)境下hUC-MSCs可作為一種飼養(yǎng)層細(xì)胞支持卵巢干細(xì)胞增殖。MSCs微環(huán)境能促卵泡發(fā)育，卵子生長(zhǎng)和成熟。此外，卵巢組織異種移植是恢復(fù)生育能力的途徑之一，MSCs與FTY720能協(xié)同抑制免疫反應(yīng)，促進(jìn)人卵巢組織在兔體內(nèi)的存活[5]。

1.2 MSCs與子宮內(nèi)膜 周期性子宮內(nèi)膜更新對(duì)胚胎植入和成功受孕具有十分重要的作用。然而，阿謝曼綜合征(Asherman’s syndrome)患者由于子宮內(nèi)膜粘連、子宮內(nèi)膜薄等子宮內(nèi)膜病變往往導(dǎo)致不孕。動(dòng)物席漢綜合征模型研究發(fā)現(xiàn)，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose dereived mesenchymal stem cell, AMSCs)，尤其是與雌激素聯(lián)合使用時(shí)能有效促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生[6]。病例報(bào)道1位嚴(yán)重Asherman患者自體移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow derived mesenchymal stem cell, BM-MSCs)聯(lián)合激素周期治療后子宮內(nèi)膜修復(fù)較好并可正常妊娠[7]。子宮內(nèi)膜異位導(dǎo)致的子宮和卵巢異常也是造成育齡婦女不孕的重要原因之一。研究發(fā)現(xiàn)， hUC-MSCs能通過上調(diào)PTEN的表達(dá)抑制異位子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖，促進(jìn)其凋亡[8]。小鼠實(shí)驗(yàn)證明, 子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細(xì)胞(endometrial Mesenchymal stem cells，eMSCs) 可以向受損子宮內(nèi)膜歸巢，促進(jìn)子宮內(nèi)膜修復(fù)[9]。臨床數(shù)據(jù)顯示，肥胖患者W5C5+eMSC下降，后者與內(nèi)膜可塑性、BMI以及生殖能力具有相關(guān)性[10]。然而，有研究報(bào)道體外分離培養(yǎng)卵巢子宮內(nèi)膜移位患者的移位eMSCs促進(jìn)異位和正常子宮內(nèi)膜的增生，遷移，浸潤和膠原蛋白收縮，提示異位eMSC可能參與加重子宮內(nèi)膜移位的病理進(jìn)程[11]。此外，多囊卵巢綜合征患者 (polycystic ovary syndrome, PCOS)的eMSCs 促炎和促癌因子IL-8、CAM1、SPRR3、LCN2表達(dá)升高[12]。因此，雖然MSCs對(duì)子宮內(nèi)膜有修復(fù)作用，但基于eMSCs的細(xì)胞治療的安全性需要引起格外注意。

1.3 MSCs與陰道 陰道功能受感染、松弛、瘺管、腫瘤、損傷等方面的影響。目前主要的治療策略是手術(shù)和合成/生物網(wǎng)織物移植，但是這些治療往往導(dǎo)致許多并發(fā)癥如纖維化，畸形血管形成和移植排斥反應(yīng)。將干細(xì)胞應(yīng)用于陰道修復(fù)研究較少，其中肌衛(wèi)星細(xì)胞能分化為多個(gè)細(xì)胞系，對(duì)治療骨骼肌、心肌、尿道等疾病具有幫助[13]。而且研究發(fā)現(xiàn)將肌衛(wèi)星細(xì)胞種植到支架上能通過減少纖維化和增強(qiáng)上皮組織形成促進(jìn)陰道再生。近期Li等[14]報(bào)道，通Transwell插入系統(tǒng)將BM-MSCs與陰道上皮細(xì)胞共培養(yǎng)后，可誘導(dǎo)BM-MSCs表達(dá)陰道上皮細(xì)胞標(biāo)志AE1/AE3。共培養(yǎng)的MSCs移植到體內(nèi)后也可在新生陰道檢測(cè)到上皮標(biāo)志。以往研究提示MSCs可作為陰道重建工程的種子細(xì)胞。但這些研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，并無相關(guān)臨床報(bào)道支持。

2 MSCs在男性生殖疾病的應(yīng)用

2.1 MSCs與睪丸生精 化療、創(chuàng)傷、年齡等導(dǎo)致的男性性腺功能不全和生精障礙嚴(yán)重影響男性生殖功能。研究發(fā)現(xiàn)白消安導(dǎo)致倉鼠生精功能損傷，而睪丸內(nèi)注射BM-MSCs后，生精小管上皮出現(xiàn)正常解剖結(jié)構(gòu)，生精功能改善[15]。硝酸鉛可使大鼠生精小管內(nèi)變性、壞死、間隙水腫、基因組DNA改變、生精能力下降。BM-MSCs可治療硝酸鉛導(dǎo)致的性腺毒性，表現(xiàn)為組織學(xué)改善以及雄激素上升，DNA碎片減少，精子質(zhì)量的提高[16]。MSCs具有免疫調(diào)節(jié)作用，創(chuàng)傷性睪丸破裂小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，同種異體BM-MSCs靜脈移植可抑制免疫反應(yīng)，抑制抗精子抗體的產(chǎn)生，有望治療自身免疫導(dǎo)致的男性不育[17]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)BM-MSCs可轉(zhuǎn)分化為男性生殖細(xì)胞，表達(dá)早期生殖細(xì)胞標(biāo)志Oct4、Fragilis、Stella、Vasa和男性生殖細(xì)胞標(biāo)記Dazl、TSPY、Piwil2、Stra8[18]。Yazawa等[19]報(bào)道BM-MSCs可分化為睪丸間質(zhì)Leydig細(xì)胞或腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞。脂肪[20]和臍帶血來源MSCs也得到了類似結(jié)果[21-22]。但是，MSCs向生殖細(xì)胞分化的效率很低，因此大量研究致力于如何提高M(jìn)SCs向生殖細(xì)胞的分化效率。Tamadon等[15]發(fā)現(xiàn)，睪丸和臍帶條件培養(yǎng)基、BMP-4、全反式維A酸可促進(jìn)hUC-MSCs 向男性生殖細(xì)胞發(fā)育。Sertoli細(xì)胞做飼養(yǎng)層細(xì)胞提供的微環(huán)境能也促進(jìn)hUC-MSCs向男性生殖細(xì)胞分化[23]。TGFb1處理BM-MSCs 21 d可有效促進(jìn)其向精細(xì)胞分化，并促進(jìn)其能在睪丸內(nèi)生存，歸巢和形成集落[24]。可見MSCs移植有望成為促進(jìn)睪丸生精功能新治療策略，如何更好的促進(jìn)MSCs定向分化是今后研究重點(diǎn)。

2.2 MSC與陰莖勃起 陰莖勃起是一種神經(jīng)血管反應(yīng)包括動(dòng)脈血流增加，平滑肌松弛和靜脈回流減少。勃起障礙是導(dǎo)致男性不育的重要原因之一，其可由炎癥、創(chuàng)傷、神經(jīng)病變、神經(jīng)遞質(zhì)紊亂、血管性疾病、糖尿病、衰老等導(dǎo)致。雙側(cè)海綿體神經(jīng)壓傷的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，海綿體內(nèi)注射人臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells, hUCB-MSCs)能通過抑制纖維化修復(fù)海綿體神經(jīng)再生，促進(jìn)勃起[25]。同樣，尾靜脈內(nèi)注射AMSCs后可修復(fù)放射導(dǎo)致的海綿體神經(jīng)以及盆腔神經(jīng)節(jié)損傷，同時(shí)海綿體內(nèi)平滑肌增強(qiáng)，海綿體內(nèi)壓力升高，陰莖和盆腔神經(jīng)節(jié)內(nèi)神經(jīng)型一氧化氮合酶表達(dá)上升，從而改善勃起功能[26]。老年大鼠移植BM-MSCs后cGMP表達(dá)，海綿體內(nèi)壓力，海綿竇血管曲張程度都顯著升高。提示MSCs有助于激活陰莖勃起信號(hào)，有望改善衰老導(dǎo)致的勃起障礙[27]。高血脂引起的神經(jīng)和內(nèi)皮病變也會(huì)導(dǎo)致勃起障礙，高血脂模型大鼠海綿體內(nèi)注射AMSCs后神經(jīng)和內(nèi)皮病變得到改善，海綿體隨平滑肌增多，陰莖勃起功能提高[28]。鏈脲霉素所致糖尿病相關(guān)勃起障礙小鼠中也發(fā)現(xiàn)，海綿體內(nèi)注射BM-MSCs能通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞再生恢復(fù)勃起功能[29]。這些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提示MSCs能改善陰莖勃起功能，而且基因、物理和化學(xué)修飾的MSCs可能會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)其功能發(fā)揮。研究顯示血管表皮生長(zhǎng)因子高表達(dá)的MSCs比普通MSCs對(duì)治療糖尿病相關(guān)勃起障礙更有效[30]。AMSCs復(fù)合絲素材料能有效修復(fù)兔陰莖海綿體白膜缺損[31]。臨床病例報(bào)道hUC-MSCs與骨髓自體干細(xì)胞促進(jìn)陰莖離斷傷吻合術(shù)后功能恢復(fù)[32]。預(yù)臨床試驗(yàn)在7位糖尿病-勃起障礙的患者也中發(fā)現(xiàn)，海綿體內(nèi)注射hUCB-MSCs，尤其是與PDE5抑制劑聯(lián)合治療時(shí)，可使陰莖勃起改善，硬度增加[33]。這與MSCs的旁分泌功能密切相關(guān)，它通過分泌多種因子發(fā)揮促進(jìn)血管再生和神經(jīng)修復(fù)，抑制細(xì)胞凋亡和組織纖維化等作用。然而，干細(xì)胞移植到體內(nèi)后其作用逐漸減弱，持續(xù)時(shí)間因人而異?？梢姡琈SCs治療對(duì)恢復(fù)勃起功能具有較好的應(yīng)用前景，但是尚需大量深入研究。

3 結(jié)語

目前，利用MSCs治療不孕不育已成為研究熱點(diǎn)，并具有較好的臨床應(yīng)用前景，尤其是常規(guī)方法無法治療的疾病。MSCs作為一種成體干細(xì)胞，具有多方面優(yōu)勢(shì)：來源廣泛，倫理爭(zhēng)議小，體外分離培養(yǎng)較易，增殖能力較強(qiáng)。但是，MSCs向生殖細(xì)胞系分化效率較低，因此，研究如何促進(jìn)移植的干細(xì)胞體內(nèi)存活、分化和功能發(fā)揮將促進(jìn)MSCs的臨床應(yīng)用。雖然目前尚無報(bào)道MSCs發(fā)生免疫排斥或形成畸胎瘤，但是MSCs體內(nèi)移植后長(zhǎng)遠(yuǎn)的安全性尚不明確。此外，MSCs治療不孕不育的機(jī)制也需要進(jìn)一步深入研究，以支持和促進(jìn)MSCs的臨床應(yīng)用。

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關(guān)方霞，E-mail：fxguan@126.com。

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10.3969/j.issn.1004-437X.2016.12.026

2016-03-14)