干细胞治疗薄型子宫内膜的研究进展

崔皓，转黎，马艳萍

(1.昆明理工大学医学院，昆明650000； 2.云南省第一人民医院 昆明理工大学附属医院生殖医学科，昆明650032)

子宫内膜过薄可导致胚胎种植率、临床妊娠率或活产率显著降低，进而导致体外受精-胚胎移植(in vitro fertilization and embryo transfer，IVF-ET)治疗周期取消、反复种植失败甚至不孕症等[1]。子宫内膜过薄主要与雌激素、孕激素水平较低以及长期服用口服避孕药、反复刮宫等有关[2-4]，其主要病理生理机制包括子宫内膜纤维化面积增加、腺体数量减少、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表达水平较低以及血流量减少等[5]。目前，薄型子宫内膜的治疗方法主要集中于外源性雌激素补充以及低剂量阿司匹林、左旋精氨酸、枸橼酸西地那非、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，G-CSF)等宫腔内灌注，但现有的治疗方法并不能从根本上解决子宫内膜再生的问题[1,6]。干细胞是一类具有无限自我更新并可以增殖分化为多种细胞类型的原始细胞，可促进子宫内膜再生，从而改善子宫内膜的厚度和容受性。干细胞治疗用于子宫内膜再生修复显示出良好的前景。现就干细胞治疗薄型子宫内膜的研究进展予以综述，以为薄型子宫内膜干细胞治疗的细胞选择提供依据。

1 干细胞

干细胞最初是未分化的细胞，无明显的形态特征，具有无限自我更新和增殖分化为多种细胞类型的能力[7]。干细胞为身体所有组织和器官系统奠定了基础，并在宿主的疾病进展、发育和组织修复过程中发挥多种作用。自1981年在小鼠身上建立了第一个胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)以来[8]，干细胞的研究取得了很大进展。基于转化和分化潜能，干细胞分为单能型干细胞、专能型干细胞、多能型干细胞和全能型干细胞[9]。干细胞治疗包括治疗遗传疾病以及产生新的干细胞衍生的人体组织和生物材料，并用于再生医学和药物基因组学。在理想情况下，用于再生医学的干细胞应符合以下标准：①可以大量被发现(数百万至数十亿个细胞)；可以通过微创手术获得；②可以通过调节和复制的方式沿多个细胞谱系分化；③可以安全有效地移植到自体或异源宿主中；④可以根据现行的良好生产规范指南进行生产[10]。

从目前已完成和正在进行的临床研究中获得的结果表明，干细胞疗法对于治疗退行性、自身免疫疾病和遗传性疾病有巨大的潜能[11-12]。然而，伦理问题、可能的致瘤性以及分化组织排斥的风险限制了其在临床实践中的应用。

2 薄型子宫内膜

人类子宫内膜是一种高度再生的组织，在女性生殖年龄经历了400多个周期的形成、发育和脱落。子宫内膜主要由上皮细胞(包括腔细胞和腺细胞)和间充质细胞构成。在组织学中，子宫内膜由基底层和功能层构成，功能层由致密的腺组织和松弛的结缔组织组成，而间质是基底肌内层的主要部分；在月经期，功能层和一小部分基底层脱落，而功能层的重建对于组织扩张至关重要，负责着床和月经[13]。当子宫内膜发生炎症时，抗子宫内膜抗体可能转化为抗原或者半抗原，并刺激子宫内膜产生抗体对机体进行保护，但这种免疫机制启动时可能会导致不孕、停孕或流产等情况的发生[14]。

薄型子宫内膜(<7 mm)阻碍受精卵在子宫内膜着床和发育[15]。目前，薄型子宫内膜的治疗方法对于子宫内膜严重创伤和Asherman综合征等难治性薄型子宫内膜患者无效，并由此导致不孕、IVF-ET治疗周期取消、无期限胚胎冷冻及反复种植失败，更严重的为代孕[1,6,16]。子宫血流量低和血管生成受损被认为是子宫内膜薄的原因[17]。血管生成是参与女性生殖过程一个关键因素，如黄体的形成、卵泡的发育和子宫内膜的生长，而VEGF水平低、子宫内膜血流降低导致血管扩张不良[18]。研究发现，子宫内膜干细胞(endometrial stem cells，EnSCs)数量或功能失调也可能是薄型子宫内膜发生或Asherman综合征的原因之一[19-20]。

3 干细胞治疗薄型子宫内膜

目前，主要用于治疗薄型子宫的干细胞有骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)、骨髓来源的CD45+造血干细胞(hematopoietic stem cells，HSCs)、EnSCs、ESCs、诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)和脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells，UC-MSCs)等，见表1。干细胞可通过其无限自我更新和增殖分化的能力促进子宫内膜的再生修复，显示出治疗薄型子宫内膜的良好前景。

表1 干细胞在子宫内膜再生中的作用

3.1BMSCs BMSCs是一种具有无限自我更新、多向分化、自体移植特性且无免疫排斥的一类成体干细胞[21-23]。BMSCs可分化为脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、神经细胞、肌腱细胞和成肌细胞[24]。由于BMSCs的增殖能力更高，并且较成熟的成骨细胞更容易获得，因此已被确定为促进骨修复的最佳祖细胞来源[25]。

BMSCs在特定诱导条件下可以分化为神经外胚层细胞和子宫内膜细胞。目前，BMSCs被广泛应用于干细胞移植治疗薄型子宫内膜的研究且效果较为肯定。BMSCs移植可显著增加薄型子宫内膜动物模型及Asherman综合征患者的子宫内膜厚度并改善其纤维化面积，一方面通过干细胞种植定向分化为子宫内膜而参与受损子宫内膜组织修复和重构；另一方面通过免疫调节效应和旁分泌细胞因子促进组织血管重构及激活内源性EnSCs，不仅可有效保护细胞损伤和促进子宫内膜再生，并且可以改善子宫内膜容受性甚至恢复生育功能，但具体机制目前尚未明确，可能为：①通过定向分化为子宫内膜细胞、增强波形蛋白、细胞角蛋白、整合素αVβ3和白血病抑制因子，下调促炎细胞因子[如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2、MMP-9、肿瘤坏死因子-α、白细胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-17)]以及上调抗炎细胞因子(如碱性成纤维细胞生长因子、VEGF、IL-2、IL-4、IL-6和IL-10)的表达，从而促进子宫内膜再生修复；②通过促进子宫内膜新生血管生成及改善子宫内膜局部血流量，达到从组织学水平治疗薄型子宫内膜的目的[26-32]。此外，Ikoma等[33]研究发现，骨髓来源的CD45+HSCs可能是大多数妊娠子宫新上皮细胞的来源。CD45+HSCs位于红骨髓中，也存在于脐带血中，少量存在于外周血中，在有、无生育能力的妇女子宫内膜样本中，HSCs的数量相似。在临床上，Santamaria等[34]研究表明，患者经激素替代法治疗后，再通过自体CD133+BMSCs治疗月经立即恢复，并在第3个月月经量有所增加。

在临床上，BMSCs用于治疗薄型子宫内膜的研究已取得了显著疗效，其易于体外培养和诱导分化且无伦理问题及免疫排斥反应。但BMSCs来源有限，每个成人只能抽取10～20 mL骨髓，而且骨髓的抽取因给患者造成极大的痛苦而不易被接受，加之BMSCs的分化潜能与年龄呈负相关[35]，因此限制了其临床广泛应用的可能性。

3.2EnSCs 人类子宫内膜是一种高度活跃的组织，子宫内膜再生的本质是在类固醇激素调控下一系列细胞生长因子及信号分子参与的EnSCs增殖、分化和迁移的过程[20]。Prianishnikov[36]于1978年首次推测子宫内膜中存在干细胞。EnSCs是一类具有自我更新能力、分化潜能、免疫原性低、致瘤性低以及其他生物学特性的新型成体干细胞[37]。EnSCs是从月经血及子宫内膜组织培养中获取的由间充质干细胞、侧群干细胞以及上皮细胞组成的细胞群，易于提取及培养，因此这些细胞也称为经血衍生的干细胞[38]。

EnSCs被确认为标志保留细胞，可能通过间充质细胞到上皮细胞的转化，显示出在子宫内膜修复和再生中的作用。EnSCs与BMSCs相似且具有更大优势：①EnSCs可以很容易且无创地获得；②EnSCs具有广泛扩增和快速扩增的特性；③MMP表达量较高[39]。目前，实验和临床均显示，EnSCs在治疗薄型子宫内膜和Asherman综合征方面有再生和修复的作用，其作用机制可能为通过促进波形蛋白、VEGF以及细胞角蛋白的表达，促进子宫内膜病变的修复，从而重建子宫内膜[40-41]。

EnSCs用于治疗薄型子宫内膜、宫腔粘连等导致的胚胎着床率和子宫内膜容受率低等引起的不孕已取得良好效果。然而，目前尚无研究发现EnSCs存在特异性细胞表面分子，使细胞分离纯化面临困难，且EnSCs移植后存在宫腔外异位种植，增加了子宫内膜异位症风险，其有效性和安全性还有待进一步证实[31,42]。

3.3ESCs ESCs通常源自植入前胚胎的内细胞团，是具有多谱系分化潜能并具有无限增殖能力的永生干细胞。在确定的培养条件下，ESCs可转化为肝细胞、视网膜神经节细胞、软骨细胞、视锥细胞、心肌细胞、起搏细胞以及卵子和精子等，可用于组织再生和以组织特异性方式治疗疾病，由于巨大的发展能力和无限的自我更新能力，ESCs具有多样化的生物医学应用[43-44]。

研究发现，ESCs通过与子宫内膜基质细胞共培养和胚状体诱导，具有分化为子宫内膜样细胞的潜能；此外，该研究还检测到了与子宫内膜细胞功能相关的因子，即雌激素受体和孕激素受体[45]。另有研究证明，ESCs与胶原支架结合治疗薄型子宫内膜可促进损伤处子宫内膜腺体和子宫内膜组织生成，并提高大鼠妊娠率，ESCs与胶原支架结合可以显著支持全层损伤的大鼠模型中子宫的功能恢复和修复[46]。

由于ESCs自身一些生长因子的分泌，使诱导分化的效果受到影响，以致不能大量生成特定细胞，而需要进行细胞筛选，且纯度不高，故其有效性需进一步探讨。同时，ESCs具有形成畸胎瘤的潜力，因此其临床应用受到极大限制。

3.4iPSCs iPSCs可以定义为“胚胎干细胞样”细胞，其源自成体细胞的重编程，引入特定的多能相关基因。iPSCs可以在培养中广泛繁殖，并可以产生3个生殖细胞层，即内胚层、中胚层和外胚层[47]。iPSCs具有分化为人体所有类型细胞和无限增殖的能力，在再生医学领域具有巨大的潜力[48]。

患Asherman综合征的女性成纤维细胞产生的iPSCs可以提供产生子宫内膜上皮和基质细胞的途径，而子宫内膜上皮和基质细胞可以移植到子宫腔中以重建子宫内膜[49]。由于iPSCs分化的早期囊胚具有与ESCs类似的特定特征，因此iPSCs可能是ESCs的无限来源。ECSs和iPSCs可以建立人绒毛外滋养细胞和合胞体滋养细胞，用于治疗与先兆子痫相似的疾病[50]。

从理论上讲，iPSCs技术避免了ESCs的局限性，包括相关的伦理和法律问题以及同种异体移植的免疫排斥[51]。但随着二代高通量测序技术的出现，iPSCs基因组的不稳定性被报道，且可以在iPSCs产生的任何阶段发生[52]。iPSCs的临床应用由于遗传变异的存在容易使宿主产生自发性肿瘤，引起了严重的安全问题，阻碍了基于iPSCs的新疗法的进步[53]。

3.5UC-MSCs 脐带通常在分娩时被抛出，以非侵入性方式获得，具有较ESCs更少的伦理限制，是干细胞最主要的来源。脐带是HSCs和间充质干细胞的丰富来源，易于大规模培养，且再生潜力强大[54]。

UC-MSCs移植治疗薄型子宫内膜可显著改善子宫内膜形态和提高胚胎着床率，减少纤维化及其标志物，并能够促进子宫内膜细胞增殖，同时上调子宫内膜基质、上皮和血管标志物的表达，证明UC-MSCs移植可能通过抑制过度纤维化和炎症，增强子宫内膜细胞增殖和血管重构再生，修复受损的子宫内膜并恢复其生育能力[55]。已有研究制备载有UC-MSCs的胶原支架并用于子宫内膜再生，胶原支架/UC-MSCs移植可诱导子宫内膜细胞增殖和上皮细胞恢复，并维持子宫内膜损伤模型正常的腔结构，其机制可能为通过增强雌激素受体α和孕激素受体的表达促进子宫内膜再生和胶原重塑，并改善再生子宫内膜接受胚胎的能力，促进子宫内膜结构重建和功能恢复[56]。然而，UC-MSCs存在合法性、安全性和有效性方面的伦理问题。

4 小 结

干细胞对薄型子宫内膜的再生和修复起到关键作用，为难治性薄型子宫内膜提供了一种新的潜在治疗方法和思路。然而，干细胞治疗薄型子宫内膜也面临不少难题。首先，干细胞治疗薄型子宫内膜的研究仍处于探索阶段，干细胞的有效性、稳定性、安全性及作用机制亟须进一步研究证实；其次，干细胞治疗薄型子宫内膜需要寻找细胞性状稳定且对患者造成创伤较小的干细胞载体，并兼顾降低干细胞载体获取的难度以及减轻提供者痛苦等问题。虽然目前研究面临困难，但干细胞强大的修复和再生能力却有望在不久的将来成为较药物治疗和手术治疗更加有效的治疗新途径。