间充质干细胞在生殖医学的研究进展

王欣欣 吴军卫 马珊珊 孟楠 杨波 关方霞,

(1.郑州大学第一附属医院 生殖医学中心 河南 郑州 450000； 2.郑州大学第一附属医院 泌尿外科 河南 郑州 450000；3.郑州大学生命科学学院 河南 郑州 450001； 4.郑州大学第一附属医院 神经外科 河南 郑州 450000)

·综 述·

间充质干细胞在生殖医学的研究进展

王欣欣1吴军卫2马珊珊3孟楠1杨波4关方霞1,3

(1.郑州大学第一附属医院 生殖医学中心 河南 郑州 450000； 2.郑州大学第一附属医院 泌尿外科 河南 郑州 450000；3.郑州大学生命科学学院 河南 郑州 450001； 4.郑州大学第一附属医院 神经外科 河南 郑州 450000)

间充质干细胞；卵巢；子宫内膜；阴道；睾丸；阴茎

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一种成体多能干细胞，可从成人的骨髓、脂肪、滑膜、软骨和骨等组织以及胎儿的羊水、羊膜、脐带Walton’s胶、脐带血中获得。它们具有相似的细胞表面标记表现CD29+CD44+CD90+CD105+/CD31-CD34-CD45-。MSCs来源于胚胎中胚层，具有向中胚层各种细胞分化的能力。此外，在一定条件下可转分化为外胚层细胞(如皮肤和神经元等)以及内胚层细胞(如胰岛样细胞，肝细胞等)。因此，MSCs在再生医学中具有重要意义。MSCs还能分泌多种细胞因子，具有调节免疫、炎症、氧化应激的作用。动物模型中证明MSCs能有效治疗心肌缺血、阿尔茨海默病、糖尿病等疾病。世界范围内，不孕不育占育龄夫妇的20%。对于女性，其原因主要是各种体内外原因导致的卵巢排卵障碍，薄型子宫内膜、子宫内膜移位、子宫息肉和肌瘤等。对于男性，主要是生精障碍以及勃起障碍等。最近研究表明MSCs在生殖医学中也具有较好的应用前景。

1 MSCs在女性生殖疾病的应用

1.1 MSCs与卵巢 癌症化疗等造成的卵巢早衰或卵巢功能不全严重影响女性的生育能力。研究发现因环磷酰胺处理而失去卵巢功能的小鼠通过卵巢局部移植或尾静脉移植人脐带间充质干细胞(human umbilical cord derived mesenchymal stem cell, hUC-MSCs)后可在卵巢内检测到，这些细胞有助于恢复雌激素等性激素的周期、生育能力和产生健康后代[1]。大量实验证明，骨髓、脂肪、羊水、脐带、经血来源的MSCs都具有对受损卵巢结构和功能的修复作用。目前研究发现MSCs修复卵巢功能的原理主要有两方面：一方面，MSCs可在体内外诱导条件下分化为卵细胞样细胞[2]。但是，MSCs向卵细胞分化的效率较低，如何提高分化效率仍需大量研究；另一方面，MSCs通过旁分泌多种因子，为生殖细胞提供有利的生长环境，间接促进卵子产生。研究报道，将骨髓间充质干细胞(bone marrow derived mesenchymal stem cell, BM-MSCs)移植到环磷酰胺和白消安化疗后失去卵巢功能的小鼠或绝经期小鼠的卵巢，虽然MSCs不能直接发育成卵子，但是能支持周围颗粒细胞生长，减少生殖细胞凋亡，促进卵子发生[3]。Lu等[4]也提出体外环境下hUC-MSCs可作为一种饲养层细胞支持卵巢干细胞增殖。MSCs微环境能促卵泡发育，卵子生长和成熟。此外，卵巢组织异种移植是恢复生育能力的途径之一，MSCs与FTY720能协同抑制免疫反应，促进人卵巢组织在兔体内的存活[5]。

1.2 MSCs与子宫内膜 周期性子宫内膜更新对胚胎植入和成功受孕具有十分重要的作用。然而，阿谢曼综合征(Asherman’s syndrome)患者由于子宫内膜粘连、子宫内膜薄等子宫内膜病变往往导致不孕。动物席汉综合征模型研究发现，脂肪间充质干细胞(adipose dereived mesenchymal stem cell, AMSCs)，尤其是与雌激素联合使用时能有效促进子宫内膜再生[6]。病例报道1位严重Asherman患者自体移植骨髓间充质干细胞(bone marrow derived mesenchymal stem cell, BM-MSCs)联合激素周期治疗后子宫内膜修复较好并可正常妊娠[7]。子宫内膜异位导致的子宫和卵巢异常也是造成育龄妇女不孕的重要原因之一。研究发现， hUC-MSCs能通过上调PTEN的表达抑制异位子宫内膜细胞增殖，促进其凋亡[8]。小鼠实验证明, 子宫内膜间充质干细胞(endometrial Mesenchymal stem cells，eMSCs) 可以向受损子宫内膜归巢，促进子宫内膜修复[9]。临床数据显示，肥胖患者W5C5+eMSC下降，后者与内膜可塑性、BMI以及生殖能力具有相关性[10]。然而，有研究报道体外分离培养卵巢子宫内膜移位患者的移位eMSCs促进异位和正常子宫内膜的增生，迁移，浸润和胶原蛋白收缩，提示异位eMSC可能参与加重子宫内膜移位的病理进程[11]。此外，多囊卵巢综合征患者 (polycystic ovary syndrome, PCOS)的eMSCs 促炎和促癌因子IL-8、CAM1、SPRR3、LCN2表达升高[12]。因此，虽然MSCs对子宫内膜有修复作用，但基于eMSCs的细胞治疗的安全性需要引起格外注意。

1.3 MSCs与阴道 阴道功能受感染、松弛、瘘管、肿瘤、损伤等方面的影响。目前主要的治疗策略是手术和合成/生物网织物移植，但是这些治疗往往导致许多并发症如纤维化，畸形血管形成和移植排斥反应。将干细胞应用于阴道修复研究较少，其中肌卫星细胞能分化为多个细胞系，对治疗骨骼肌、心肌、尿道等疾病具有帮助[13]。而且研究发现将肌卫星细胞种植到支架上能通过减少纤维化和增强上皮组织形成促进阴道再生。近期Li等[14]报道，通Transwell插入系统将BM-MSCs与阴道上皮细胞共培养后，可诱导BM-MSCs表达阴道上皮细胞标志AE1/AE3。共培养的MSCs移植到体内后也可在新生阴道检测到上皮标志。以往研究提示MSCs可作为阴道重建工程的种子细胞。但这些研究还处于实验阶段，并无相关临床报道支持。

2 MSCs在男性生殖疾病的应用

2.1 MSCs与睾丸生精 化疗、创伤、年龄等导致的男性性腺功能不全和生精障碍严重影响男性生殖功能。研究发现白消安导致仓鼠生精功能损伤，而睾丸内注射BM-MSCs后，生精小管上皮出现正常解剖结构，生精功能改善[15]。硝酸铅可使大鼠生精小管内变性、坏死、间隙水肿、基因组DNA改变、生精能力下降。BM-MSCs可治疗硝酸铅导致的性腺毒性，表现为组织学改善以及雄激素上升，DNA碎片减少，精子质量的提高[16]。MSCs具有免疫调节作用，创伤性睾丸破裂小鼠模型中发现，同种异体BM-MSCs静脉移植可抑制免疫反应，抑制抗精子抗体的产生，有望治疗自身免疫导致的男性不育[17]。此外，有研究发现BM-MSCs可转分化为男性生殖细胞，表达早期生殖细胞标志Oct4、Fragilis、Stella、Vasa和男性生殖细胞标记Dazl、TSPY、Piwil2、Stra8[18]。Yazawa等[19]报道BM-MSCs可分化为睾丸间质Leydig细胞或肾上腺皮质细胞。脂肪[20]和脐带血来源MSCs也得到了类似结果[21-22]。但是，MSCs向生殖细胞分化的效率很低，因此大量研究致力于如何提高MSCs向生殖细胞的分化效率。Tamadon等[15]发现，睾丸和脐带条件培养基、BMP-4、全反式维A酸可促进hUC-MSCs 向男性生殖细胞发育。Sertoli细胞做饲养层细胞提供的微环境能也促进hUC-MSCs向男性生殖细胞分化[23]。TGFb1处理BM-MSCs 21 d可有效促进其向精细胞分化，并促进其能在睾丸内生存，归巢和形成集落[24]。可见MSCs移植有望成为促进睾丸生精功能新治疗策略，如何更好的促进MSCs定向分化是今后研究重点。

2.2 MSC与阴茎勃起 阴茎勃起是一种神经血管反应包括动脉血流增加，平滑肌松弛和静脉回流减少。勃起障碍是导致男性不育的重要原因之一，其可由炎症、创伤、神经病变、神经递质紊乱、血管性疾病、糖尿病、衰老等导致。双侧海绵体神经压伤的大鼠模型中发现，海绵体内注射人脐带血间充质干细胞(human umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells, hUCB-MSCs)能通过抑制纤维化修复海绵体神经再生，促进勃起[25]。同样，尾静脉内注射AMSCs后可修复放射导致的海绵体神经以及盆腔神经节损伤，同时海绵体内平滑肌增强，海绵体内压力升高，阴茎和盆腔神经节内神经型一氧化氮合酶表达上升，从而改善勃起功能[26]。老年大鼠移植BM-MSCs后cGMP表达，海绵体内压力，海绵窦血管曲张程度都显著升高。提示MSCs有助于激活阴茎勃起信号，有望改善衰老导致的勃起障碍[27]。高血脂引起的神经和内皮病变也会导致勃起障碍，高血脂模型大鼠海绵体内注射AMSCs后神经和内皮病变得到改善，海绵体随平滑肌增多，阴茎勃起功能提高[28]。链脲霉素所致糖尿病相关勃起障碍小鼠中也发现，海绵体内注射BM-MSCs能通过促进内皮细胞，平滑肌细胞和神经细胞再生恢复勃起功能[29]。这些动物实验提示MSCs能改善阴茎勃起功能，而且基因、物理和化学修饰的MSCs可能会进一步促进其功能发挥。研究显示血管表皮生长因子高表达的MSCs比普通MSCs对治疗糖尿病相关勃起障碍更有效[30]。AMSCs复合丝素材料能有效修复兔阴茎海绵体白膜缺损[31]。临床病例报道hUC-MSCs与骨髓自体干细胞促进阴茎离断伤吻合术后功能恢复[32]。预临床试验在7位糖尿病-勃起障碍的患者也中发现，海绵体内注射hUCB-MSCs，尤其是与PDE5抑制剂联合治疗时，可使阴茎勃起改善，硬度增加[33]。这与MSCs的旁分泌功能密切相关，它通过分泌多种因子发挥促进血管再生和神经修复，抑制细胞凋亡和组织纤维化等作用。然而，干细胞移植到体内后其作用逐渐减弱，持续时间因人而异。可见，MSCs治疗对恢复勃起功能具有较好的应用前景，但是尚需大量深入研究。

3 结语

目前，利用MSCs治疗不孕不育已成为研究热点，并具有较好的临床应用前景，尤其是常规方法无法治疗的疾病。MSCs作为一种成体干细胞，具有多方面优势：来源广泛，伦理争议小，体外分离培养较易，增殖能力较强。但是，MSCs向生殖细胞系分化效率较低，因此，研究如何促进移植的干细胞体内存活、分化和功能发挥将促进MSCs的临床应用。虽然目前尚无报道MSCs发生免疫排斥或形成畸胎瘤，但是MSCs体内移植后长远的安全性尚不明确。此外，MSCs治疗不孕不育的机制也需要进一步深入研究，以支持和促进MSCs的临床应用。

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关方霞，E-mail：fxguan@126.com。

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

2016-03-14)