干細(xì)胞在膀胱組織重建生物工程中的研究進(jìn)展

占得文

摘 要：近二十年來(lái)，干細(xì)胞和組織工程在膀胱組織重建中的研究是近年來(lái)一個(gè)令人關(guān)注的領(lǐng)域，也取得了較大進(jìn)展。干細(xì)胞具有重要的種子細(xì)胞功能，成功的為膀胱修補(bǔ)和替代提供了新材料，并將在膀胱組織重建中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本文分析整理了膀胱重建所需的干細(xì)胞來(lái)源、生物學(xué)特性、表面標(biāo)志物鑒定，以及其未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：膀胱組織重建；干細(xì)胞；尿路上皮

1. 間充質(zhì)干細(xì)胞

目前而言，MSCs是膀胱組織工程最主要的種子細(xì)胞。Anumanthan等人發(fā)現(xiàn)，小鼠骨髓來(lái)源的MSCs貼附生長(zhǎng)于胚胎大鼠膀胱間質(zhì)壁時(shí)，可分化為所需的尿路上皮細(xì)胞，組織學(xué)檢測(cè)顯示膀胱組織的形成，細(xì)胞表達(dá)uroplakin證實(shí)尿路上皮細(xì)胞的分化。當(dāng)人骨髓MSCs同人尿路上皮細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，可以分化出尿路上皮細(xì)胞的特征。Tian等人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在僅適用于尿路上皮分化的條件培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，MSCs即可分化成尿路上皮，表明無(wú)細(xì)胞分化系統(tǒng)的可行性。

MSCs影響膀胱組織再生的機(jī)制，推測(cè)可能是通過(guò)分泌多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，進(jìn)而影響細(xì)胞增殖、血管生成，并影響微環(huán)境。MSCs可通過(guò)調(diào)節(jié)旁分泌作用，從而影響細(xì)胞遷移；也可發(fā)揮促血管生成的作用，這種作用受富半胱氨酸蛋白61調(diào)節(jié)，當(dāng)敲除Cyr 61時(shí)，MSCs失去促血管生成的特性；另外，MSCs具有促進(jìn)神經(jīng)再生的作用，Leite等人發(fā)現(xiàn)，靜脈來(lái)源的MSCs粘附生長(zhǎng)于無(wú)細(xì)胞支架上時(shí)，表現(xiàn)出神經(jīng)分化的作用。因此，MSCs除了作為尿路上皮和平滑肌再生的潛在細(xì)胞來(lái)源，仍具有其他分化潛能，仍需要更多的研究來(lái)闡明MSCs在塑造微環(huán)境、促進(jìn)血管生成和神經(jīng)再生中的作用和用途。

2. 成體干細(xì)胞

成體干細(xì)胞是膀胱組織工程另一個(gè)重要的種子細(xì)胞來(lái)源，根據(jù)來(lái)源分為脂肪來(lái)源、尿路上皮來(lái)源和毛囊來(lái)源干細(xì)胞。脂肪干細(xì)胞是最容易獲取的成體干細(xì)胞之一，Zhang等人發(fā)現(xiàn)將ASCs與永生化人膀胱尿路上皮細(xì)胞系混合，并移植于無(wú)胸腺小鼠皮下，4周后，約70%的ASCs表達(dá)uroplakin Ia，65%表達(dá)uroplakin-II 。然而，由于ASCs起源不屬于上皮細(xì)胞，對(duì)ASCs分化的確切機(jī)制和作用發(fā)揮特性，仍需要進(jìn)一步確定。尿液衍生干細(xì)胞是另一種較易獲取的成體干細(xì)胞，是分布于尿液中的一個(gè)細(xì)胞亞群，其生物學(xué)特性與MSCs相似，具有多能分化和促血管生成旁分泌的能力。由于其易獲得、可發(fā)生60-70次倍增，并且來(lái)自自體而免于排斥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，成為受到青睞的組織工程細(xì)胞，但對(duì)大多數(shù)膀胱癌，尤其是終末期膀胱癌的患者，并不適用。毛囊干細(xì)胞是目前研究較少的成體干細(xì)胞，但仍舊發(fā)現(xiàn)，毛囊干細(xì)胞具有分化成尿路上皮樣表型的特性。

3. 胎兒干細(xì)胞

胎兒干細(xì)胞、人羊膜干細(xì)胞、人臍帶來(lái)源的MSCs也是可用于組織工程膀胱的種子細(xì)胞。人羊膜干細(xì)胞從羊水中獲取，HUMSCs來(lái)源于產(chǎn)后臍帶組織，這兩種細(xì)胞均不影響胚胎。在尿路上皮細(xì)胞專(zhuān)用培養(yǎng)基中培養(yǎng)，人羊膜干細(xì)胞可以表現(xiàn)出尿路上皮細(xì)胞典型的細(xì)長(zhǎng)和多邊形形態(tài)，并表達(dá)uroplakin II、cytokeratin 8，and Fibroblast growth factor 10（FGF10）等尿路上皮標(biāo)志物，而HUMSCs也可以被誘導(dǎo)成尿路上皮樣細(xì)胞。并且這兩種細(xì)胞粘附生長(zhǎng)于脫細(xì)胞基質(zhì)上，用以修復(fù)犬模型的膀胱損傷，修復(fù)效果均較對(duì)照的脫細(xì)胞基質(zhì)效果好。

4.多能干細(xì)胞

由于對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞，成體干細(xì)胞和胎兒/產(chǎn)后干細(xì)胞的分化機(jī)制了解不足，并且對(duì)間充質(zhì)譜系細(xì)胞的上皮分化的長(zhǎng)期功能和安全性仍舊未知，而胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞具有分化多能性，因此，成為組織工程膀胱中矚目的備選種子細(xì)胞。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將ESCs培養(yǎng)于小鼠胚胎膀胱間充質(zhì)層上，可見(jiàn)ESCs分化為尿路上皮細(xì)胞；體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，維甲酸可以誘導(dǎo)小鼠ESCs和iPSC分化為尿路上皮樣細(xì)胞?；趶男∈竽Ｐ椭蝎@得認(rèn)識(shí)，研究者們進(jìn)一步確定，人ESCs和iPSC可通過(guò)尿路上皮定向分化步驟，可將約60%的干細(xì)胞定向分化為尿路上皮細(xì)胞，這些成果對(duì)于臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化具有重要的作用。

5.其他功能干細(xì)胞

5.1 應(yīng)用于固有肌層再生

固有肌層是尿路上皮層以下，用以維持膀胱的形態(tài)和機(jī)械性質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成，主要由平滑肌細(xì)胞組成。目前研究證實(shí)，該類(lèi)型細(xì)胞可由多種干細(xì)胞分化而來(lái)，包括脂肪干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、尿液衍生干細(xì)胞、毛囊干細(xì)胞，以及肌源性干細(xì)胞。評(píng)價(jià)平滑肌細(xì)胞分化成功與否的方法包括平滑肌細(xì)胞特異性標(biāo)志物的表達(dá)、生物學(xué)特性，以及可以。但仍需要進(jìn)一步研究，以更有效地產(chǎn)生能模仿天然膀胱功能的粘性肌層。

5.2 應(yīng)用于血管再生

多項(xiàng)生物工程膀胱移植的臨床實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)，新血管在移植物上的形成，對(duì)于預(yù)防移植物萎縮和壞死至關(guān)重要，尤其值大面積組織工程膀胱移植中更為重要，而種植的種子細(xì)胞可以更好的促進(jìn)新血管廣泛和快速的形成。但是迄今為止，干細(xì)胞在組織工程膀胱血管發(fā)生中的應(yīng)用研究仍舊較少，最近一項(xiàng)研究表明，脂肪內(nèi)皮祖細(xì)胞在膀胱脫細(xì)胞基質(zhì)中形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)，可能成為組織工程膀胱再生中的血管來(lái)源。過(guò)表達(dá)VEGF的內(nèi)皮祖細(xì)胞表現(xiàn)出增強(qiáng)的新血管形成能力，這表明結(jié)合VEGF基因表達(dá)的細(xì)胞是組織工程膀胱的未來(lái)。

展望

理想的組織工程膀胱需由多種生物相容性材料組成，即可提供膀胱充盈和排空所需的機(jī)械力，還需保證新形成的尿路上皮細(xì)胞具有緊密連接，在膀胱間充質(zhì)和尿液之間形成有效屏障，同時(shí)需支持新生血管向內(nèi)生長(zhǎng)，并且不受宿主免疫系統(tǒng)排斥。不斷出現(xiàn)的新技術(shù)、新型干細(xì)胞使得組織工程膀胱再生取得了很大進(jìn)步，未來(lái)的發(fā)展方向更多的表現(xiàn)在促血管生成和神經(jīng)再生方面，從而獲得較為理想的動(dòng)態(tài)尿液儲(chǔ)庫(kù)。