子宫内膜干细胞研究进展

张瑞秀，张炜

·综述·

子宫内膜干细胞研究进展

张瑞秀，张炜△

子宫内膜干细胞是一种成体干细胞，具有自我更新、多向分化和高度增殖的潜能。目前大量研究已证实子宫内膜中存在干细胞样细胞，从而使子宫内膜具有很强的再生能力；同时，研究还显示子宫内膜干细胞的功能和生存环境异常可能与子宫内膜异位症、子宫内膜癌等妇科疾病有关。虽然子宫内膜干细胞的生物学特性和功能仍需进一步的研究来阐述和证实，但其子宫内膜再生和分化为其他组织的潜能已得到越来越多的关注，并可能成为子宫内膜过薄和内膜病变患者进行内膜修复替代治疗的手段；同时可为子宫内膜异位症、子宫内膜癌等提供新的研究思路。

子宫内膜；成体干细胞；间质干细胞；再生

【Abstract】The functional layer of the human endometrium is a highly regenerative tissue undergoing monthly cycles of growth，differentiation and shedding during a menstrual cycle under the influence of hormones.This dramatic regeneration capacity showed that adult stem cells reside in the basal layer.Now it has become apparent that stem cells may reside in both functional and basal layers and their abnormal function their surrounding niche may be involved in the initiation and progression of gynaecological diseases such as endometriosis and endometrial cancer.Although more researches are needed to explain and confirm the biological characters and their functions，human endometrial stem cells have gained more and more attention in the field of endometrial regeneration and other tissues regenerating.Endometrial stem cell research may ultimately provide new therapies for disorders of thin dysfunctional endometrium and endometrial diseases and increase our understanding of endometriosis and endometrial cancer.

【Keywords】Endometrium；Adult stem cells；Mesenchymal stem cells；Regeneration

（J Int Obstet Gynecol，2015，42：45-48）

子宫内膜是一个高度再生组织，其功能层在体内激素的作用下，发生周期性增殖、分泌和脱落性变化。基底层在月经后再生并修复子宫内膜创面，重新形成完整的子宫内膜功能层。这种惊人的再生能力提示子宫内膜干细胞的存在。目前的研究已证实这一观点，并进一步提示内膜干细胞有上皮和基质两种类型，可能存在于功能层和基底层，并可随月经排出。子宫内膜干细胞在内膜增生修复、组织分化等方面的特性使其受到越来越多的关注。

1　子宫内膜干细胞的分离鉴定及其生物学特性

早在1978年就有研究提出子宫内膜功能层增生修复可能是由于子宫内膜干细胞的作用［1］，随后进行的一系列临床和基础研究均证实了这一假说。

1.1克隆形成能力和分化潜能Chan等［2］最先通过对子宫内膜上皮和基质细胞克隆形成能力的鉴定证实了子宫内膜干细胞的存在。研究发现基质细胞较上皮细胞更易形成克隆，两者均可形成大、小集落，形成克隆的子宫内膜上皮细胞和基质细胞可传代超过30次，显示出极高的增殖能力；该研究还发现上皮细胞和基质细胞的克隆形成能力在月经周期的不同阶段并无明显变化，这提示子宫内膜干细胞可能存在于一定的微环境中，在这个特定的微环境中，干细胞处于相对静止的静息状态。干细胞的特性还包括细胞的多向分化潜能。上皮细胞集落可在体外形成腺体样结构，基质细胞克隆具有很强的分化能力，可诱导分化成平滑肌细胞、脂细胞、成骨细胞和软骨细胞。这些研究提示子宫内膜中存在上皮和基质两种类型的干细胞。

1.2子宫内膜干细胞的分离及鉴定研究人员通过流式细胞仪分析包括人类在内的多种哺乳动物组织内被Hoechst33342染色的细胞，其中能够排除染料而不被染色的细胞亚群为侧群（side population，SP）细胞。这种方法已经应用于多种组织的干细胞分离，包括骨髓、肝脏、乳腺、肾脏和皮肤等。最近这种方法也被用于子宫内膜组织中。从子宫内膜中分离出的SP细胞无论是在体外还是在免疫缺陷鼠体内都具有增殖期长、能分化为成熟腺上皮细胞、间质细胞和内皮细胞的潜能。Tsuji等［3］对人子宫内膜SP细胞进行了进一步研究，发现SP细胞是混合性的，包括上皮、内皮和间质细胞。从新鲜子宫内膜组织分离出的SP细胞具有成体干细胞相对静止的特性，大多数处于细胞周期的静息期G0期，克隆形成能力较低。而经过培养的SP细胞克隆形成能力显著增强，主要处于G1、G1/M/S期。

经血也已被证实是成体干细胞的一个来源。通过该途径收集的间充质干细胞（MSC）与骨髓来源的MSC有类似的培养方法。体外培养的经血MSC具有成纤维细胞的形态、很高的增殖能力并能维持稳定的核型，且具有端粒酶活性，表达人端粒酶逆转录酶（hTERT），具有子宫内膜干细胞（eMSC）相同的标记物。经血来源的MSC（menMSC）分化范围很广，可以分化为心肌细胞、骨骼肌细胞和神经细胞等。同骨髓来源的MSC一样，menMSC也具有较低的免疫原性，将其接种到免疫活性小鼠后，只表达主要组织相容性复合体Ⅰ（MHCⅠ）类分子，不表达MHCⅡ类分子，具有免疫调节功能。目前通过经血收集到具有克隆形成能力和分化潜能的MSC，还未发现具有克隆能力和分化潜能的上皮细胞，这提示上皮祖细胞可能只存在于基底层，且并不在月经期间脱落。而子宫内膜MSC在月经期间随子宫内膜碎片脱落排出提示其可能与子宫内膜异位症有关［4］。但目前对从子宫内膜获取的MSC和menMSC是否有差别还不明确。

1.3鼠子宫内膜干细胞的标记滞留细胞（labelretaining cell，LRC） LRC技术的原理是利用溴脱氧尿苷（BrdU）与内源性胸腺嘧啶核苷竞争，掺入到单链DNA核苷酸序列中，从而在细胞增殖期将BrdU标记到细胞中。Chan等［5］利用此技术标记小鼠，BrdU标记的子宫内膜上皮细胞主要存在于腔上皮、内膜肌层交界和血管旁等部位。他们对LRCs的特性进行了研究，发现上皮细胞LRCs和大多数间质LRCs（84％）并不表达雌激素受体α（ER-α），并发现其分布在血管周围，特别是邻近子宫内膜和肌层连接处。而且，一些内膜LRCs表达c-kit和Oct-4等多分化潜能标记物。虽然小鼠子宫内膜和人的子宫内膜具有相似的结构，但由于LRC技术尚不能应用于人体，人体内子宫内膜干细胞的定位尚需进一步研究证实。

2　子宫内膜干细胞的来源

有研究认为子宫内膜干细胞可能是胎儿干细胞遗留的产物，即部分胎儿上皮和MSC遗留在子宫内膜使组织循环更新［6］。自从人胚胎干细胞被分离以来，对其定向分化、用于再生医学的研究就从未停止。

已证实骨髓来源干细胞参与血循环，内膜干细胞极可能来源于骨髓干细胞。尽管血循环中骨髓来源的干细胞数量很小，却仍然在许多器官中归巢增殖。在接受人类白细胞抗原（HLA）非匹配骨髓移植的4例妇女中，有0.2％～52％的子宫内膜上皮、基质和血管细胞中存在供体骨髓来源的细胞，但其在子宫内膜细胞中出现的比例并不高。不过，有研究显示这些骨髓来源的细胞即使在性激素的刺激下也不能克隆扩增、分化为子宫内膜组织［7］，提示这些细胞可能只是来自于骨髓的细胞，而非干细胞。但骨髓来源的MSC体外培养后经蛋白激酶A（PKA）信号通路的刺激可以分化为蜕膜样细胞，具有向子宫内膜基底细胞分化的潜能［8］。最近有研究显示小鼠骨髓MSC能在体外向子宫内膜上皮细胞方向分化，外源性因素［17β-雌二醇、转化生长因子β（TGF-β）、表皮生长因子（EGF）、血小板衍化生长因子BB（PDGF-BB）］和内源性间质细胞分泌的因子在分化过程中起促进作用［9］。总之，大多数研究显示子宫内膜出现的骨髓来源MSC数量和增殖能力有限，这提示骨髓MSC对子宫内膜的修复和再生影响可能有限。子宫内膜固有的干细胞也许才是子宫内膜修复和再生的主要因素。

3　人子宫内膜干细胞的标记物

目前还没有找到人类或者小鼠子宫内膜上皮干细胞的特异性标记物。子宫内膜MSC的特异性标记物已有报道。Schwab等［10］报道用CD146和PDGFRβ可以从子宫内膜中分离出具有MSC表型和特性的间质细胞。用该方法分离得到的CD146+和PDGF-Rβ+细胞具有多分化潜能，分布在功能层和基底层的血管周围，并表达与血管形成相关的基因。其分布特点提示子宫内膜MSC可能会脱落到经血中并种植到宫腔以外形成子宫内膜异位症。另外，甾体激素、低氧反应、炎症、自我更新和多分化潜能相关的信号通路（Hedgehog，Notch，TGF-β，IGF，G proteincoupled receptors）的相关基因也出现表达上调［11］。

目前，Masuda等［12］报道了eMSC的一个新的标记物——W5C5。用W5C5抗体纯化得到的eMSC与CD146+PDGF-Rβ+eMSC具有相同的特性。将分离的W5C5+细胞接种到免疫缺陷小鼠的肾包膜下，可以产生内膜间质组织。用单个标记物来分离纯化内膜MSC可以提高效率，但该标记物的特异性及由此分离纯化的细胞成分及特性仍需更多的研究来明确。

4　子宫内膜干细胞与子宫内膜再生

人子宫内膜干细胞可以在体内产生内膜组织已经在动物模型中得到证实。将人子宫内膜上皮干细胞和MSC接种到免疫缺陷小鼠肾包膜下，可以产生子宫内膜层和肌层组织。在卵巢切除的免疫缺陷小鼠中，再生的内膜有腺样结构、基质及肌层样组织。这种异种移植产生的内膜对模拟人月经周期的雌孕激素产生反应。雌激素能刺激上皮和基质增生，在此基础上给予孕激素则腺体变得弯曲，基质出现蜕膜样变化。而随着孕激素的撤退，一些大的充血囊泡形成，提示月经形成［13］。小鼠子宫内膜上皮祖细胞的数量可能受雌孕激素的调控［14］。把从人子宫内膜分离的SP细胞接种到小鼠肾包膜下也能形成内膜组织，而非SP细胞则不能。这些研究表明，子宫内膜中存在可以体内产生内膜组织的干细胞。对于这些细胞的特性和类型特别是SP细胞需要更进一步的研究来明确。

5　子宫内膜干细胞分化为其他细胞和组织类型

子宫内膜干细胞具有很强的分化潜能，可分化为子宫内膜以外的其他组织类型，这使其在组织再生领域得到越来越多的关注。Santamaria等［15］将子宫内膜干细胞诱导为具有胰岛素分泌活性的细胞，并且在移植到鼠模型后仍具有分泌胰岛素功能，能维持小鼠血糖水平稳定，减少糖尿病并发症的发生。Wolff等［16］将子宫内膜MSC体外诱导分化为多巴胺神经能样细胞，这些细胞在体外能分泌多巴胺，并具有中枢神经元的电生理特性，将其移植到具有免疫活性的帕金森鼠模型脑内，结果显示可显著增加纹状体的多巴胺及其代谢产物的浓度。

6　子宫内膜干细胞相关疾病

成体干细胞具有产生特定表型和功能的成熟细胞的能力，在维持组织动态平衡、生理性细胞更新和组织损伤修复等方面发挥作用。因此，如果干细胞生物学特性或其微环境产生异常，很有可能会使子宫内膜增生异常，产生一系列妇科疾病，如子宫内膜异位症、子宫内膜癌、子宫内膜增生过长等。

子宫内膜异位症发病机制有多种解释，目前主要的解释是经血逆流学说，但是这不能解释发生在腹腔外的病灶。有研究提出子宫内膜干细胞可能与子宫内膜异位症的发生和发展有关。异位的子宫内膜细胞在体外培养，具有集落形成能力和多分化潜能等与MSC类似的表型，并在小鼠模型中具有侵袭能力。这表明异位的子宫内膜中可能存在干细胞样细胞［17］。最近有研究显示从子宫内膜异位症患者获取的menMSC与无此病患者的menMSC在形态和生物学特性上都存在差异［18］。

子宫内膜癌是发生于子宫内膜的上皮性恶性肿瘤，以来源于子宫内膜腺体的腺癌最常见。Hubbard等［19］证实了部分子宫内膜癌细胞具有克隆形成能力。同时，这些细胞在小鼠体内具有肿瘤形成能力，并且这些子代肿瘤细胞具有和前代肿瘤相同的细胞结构和标记物，包括ER-α、孕激素受体（PR）、波形蛋白和角蛋白。子宫内膜样腺癌中分选的CD133阳性细胞能够耐受顺铂和紫杉醇的细胞毒作用。相比CD133阴性细胞，分选的CD133阳性细胞在体外表现出更强的增殖潜能，在小鼠体内表现出更强的致瘤性，其主要表现在肿瘤体积较大和形成瘤体所需时间更短［20］。但由于CD133阴性细胞也具有不同程度的肿瘤形成能力，因此需要更多的研究来证实CD133是否是子宫内膜干细胞的标记物。

7　结语

子宫内膜干细胞在体外和体内实验中均显示出具有子宫内膜再生和修复功能，提示其可能在子宫内膜的正常变化周期中发挥着重要作用。随着子宫内膜干细胞研究得到越来越多的关注，子宫内膜MSC的标记物已有报道，并依此发现子宫内膜MSC在子宫内膜功能层和基底层均有分布。目前也证实经血中也存在子宫内膜MSC，且具有多向分化潜能，并且在动物模型中证实其对帕金森病、糖尿病等有治疗作用。鉴于子宫内膜、经血较易获取，使得子宫内膜干细胞成为易于获取的成体干细胞来源。但目前仍需要更多的研究来对子宫内膜干细胞的特性进行进一步的阐述和验证，比如内膜上皮干细胞的标记物目前还少见报道，内膜MSC的标记物虽有报道，但其特异性有待进一步研究。子宫内膜干细胞的研究还是一个新的领域，需要更多的研究来阐明内膜干细胞的特性和功能，进而为其临床应用打下基础。

［1］Prianishnikov VA.On the concept of stem cell and a model of functional-morphological structure of the endometrium［J］.Contraception，1978，18（3）：213-223.

［2］ChanRW，SchwabKE，GargettCE.Clonogenicityofhuman endometrial epithelial and stromal cells［J］.Biol Reprod，2004，70 （6）：1738-1750.

［3］Tsuji S，Yoshimoto M，Takahashi K，et al.Side population cells contribute to the genesis of human endometrium［J］.Fertil Steril，2008，90（4 Suppl）：1528-1537.

［4］SassonIE，TaylorHS.Stemcellsandthepathogenesisof endometriosis［J］.Ann N Y Acad Sci，2008，1127：106-115.

［5］Chan RW，Kaitu′u-Lino T，Gargett CE.Role of label-retaining cells in estrogen-induced endometrial regeneration［J］.Reprod Sci，2012，19（1）：102-114.

［6］Murry CE，Keller G.Differentiation of embryonic stem cells to clinically relevant populations:lessons from embryonic development［J］.Cell，2008，132（4）：661-680.

［7］Cervelló I，Gil-Sanchis C，Mas A，et al.Bone marrow-derived cells from male donors do not contribute to the endometrial side population of the recipient［J］.PLoS One，2012，7（1）：e30260.

［8］Aghajanova L，Horcajadas JA，Esteban FJ，et al.The bone marrowderived human mesenchymal stem cell:potential progenitor of the endometrial stromal fibroblast［J］.Biol Reprod，2010，82（6）：1076-1087.

［9］Zhang WB，Cheng MJ，Huang YT，et al.A study in vitro on differentiationofbonemarrowmesenchymalstemcellsinto endometrial epithelial cells in mice［J］.Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol，2012，160（2）：185-190.

［10］Schwab KE，Gargett CE.Co-expression of two perivascular cell markersisolatesmesenchymalstem-likecellsfromhuman endometrium［J］.Hum Reprod，2007，22（11）：2903-2911.

［11］Spitzer TL，Rojas A，Zelenko Z，et al.Perivascular human endometrial mesenchymal stem cells express pathways relevant to self-renewal，lineage specification，and functional phenotype［J］.Biol Reprod，2012，86（2）：58.

［12］Masuda H，Anwar SS，Bühring HJ，et al.A novel market of human endometrial mesenchymal stem-like cells［J］.Cell，2012，21（10）: 2201-2214.

［13］Maruyama T，Masuda H，Ono M，et al.Human uterine stem/progenitor cells:their possible role in uterine physiology and pathology［J］.Reproduction，2010，140（1）：11-22.

［14］Janzen DM，Cheng D，Schafenacker AM，et al.Estrogen and progesterone together expand murine endometrial epithelial progenitor cells［J］.Stem Cells，2013，31（4）：808-822.

［15］Santamaria X，Massasa EE，Feng Y，et al.Derivation of insulin producing cells from human endometrial stromal stem cells and use in the treatment of murine diabetes［J］.Mol Ther，2011，19（11）：2065-2071.

［16］Wolff EF，Gao XB，Yao KV，et al.Endometrial stem cell transplantation restores dopamine production in a Parkinson's disease model［J］.J Cell Mol Med，2011，15（4）：747-755.

［17］Pittatore G，Moggio A，Benedetto C，et al.Endometrial adult/progenitor stem cells:pathogenetic theory and new antiangiogenic approach for endometriosis therapy［J］.Reprod Sci，2013，21（3）：296-304.

［18］Nikoo S，Ebtekar M，Jeddi-Tehrani M，et al.Menstrual bloodderivedstromalstemcellsfromwomenwithandwithout endometriosisrevealdifferentphenotypicandfunctional characteristics［J］.Mol Hum Reprod，2014，20（9）：905-918.

［19］Hubbard SA，Friel AM，Kumar B，et al.Evidence for cancer stem cells in human endometrial carcinoma［J］.Cancer Res，2009，69 （21）：8241-8248.

［20］Nakamura M，Zhang X，Mizumoto Y，et al.Molecular characterization of CD133+cancer stem-like cells in endometrial cancer［J］.Int J Oncol，2014，44（3）：669-677.

Progress in the Study of Endometrial Stem Cells

ZHANG Rui-xiu，ZHANG Wei.
Obstetrics and Gynecology Hospital，Fudan University，Shanghai 200011，China

ZHANG Wei，E-mail：zhangwei623@hotmail.com

2014-06-26）

［本文编辑李淑杰］

200011上海，复旦大学附属妇产科医院通信作者：张炜，E-mail：zhangwei623@hotmail.com

△审校者