干细胞移植治疗糖尿病膀胱的研究进展

许 洁，张思聪，高 杰，敖 平，卫中庆

（南京医科大学第二附属医院 泌尿外科，江苏南京 210011）

糖尿病膀胱（diabetic cystopathy,DCP）是糖尿病常见的泌尿系统并发症，影响了超过50% 的血糖控制不佳的糖尿病患者[1]，主要表现为尿频、尿急、尿失禁和尿潴留等临床症状[2]，严重影响患者的生活质量。目前临床上对DCP 的治疗均以对症为主，无法显著改善排尿功能[3]。干细胞是具有多向分化能力且易于体外扩增的细胞，具有免疫调节能力，对于修复器官、系统损伤以及功能障碍具有重要作用[4]，可以通过增殖、分化以及旁分泌作用改善膀胱功能障碍[5]。本文就DCP 的干细胞移植治疗研究进展作一综述，旨在为DCP 的治疗提供新思路和新方向。

1 干细胞治疗DCP 的作用机制

干细胞是具有自我更新能力的成体干细胞，具有多向分化潜能。干细胞可以通过迁移、分化以及旁分泌作用对组织进行再生和功能恢复[6]，是细胞替代治疗的重要来源。干细胞可以通过增殖和分化为平滑肌细胞或作为基因表达的载体，修复受损的膀胱。目前用于移植的干细胞类型较多，包括脂肪干细胞(adipose tissue derived stem cells,ADSCs)、骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）、尿源性干细胞(urine-derived stem cells,USCs）、人脐带间充质干细胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells,UCMSCs）等间充质干细胞以及神经干细胞(neural stem cells,NSCs)。

1. 1 迁移作用干细胞迁移会减轻DCP 造成的膀胱组织缺氧、刺激血管生成，这有助于改善膀胱功能[7]。干细胞移植后，能够自我更新和分化为一系列细胞类型，并促进组织再生所需的趋化因子的释放[7]，如BMSCs 表达了CXCR4、CXCR5、CXCR7 和CCR1、CCR7、CCR9 等趋化因子受体[8-9]。组织受损后释放信号分子，移植的干细胞响应受损组织表达的特定趋化因子，迁移至炎症、缺血或受损的部位，从而作用于受损膀胱，减少组织缺血缺氧损伤，改善临床症状[10]。

1. 2 分化作用干细胞发挥作用的理想途径是通过分化为膀胱平滑肌细胞以及功能细胞发挥修复DCP膀胱损伤、恢复膀胱功能的作用。目前在干细胞移植治疗DCP 的研究中，有部分研究提示干细胞可以通过分化为平滑肌后用于膀胱修复。SALEM 等[11]研究表明ADSCs 可以作为膀胱平滑肌细胞的来源修复膀胱；JIN 等[12]应用ADSCs 治疗DCP 的研究表明，部分移植后ADSCs 可表达平滑肌特异性标记物平滑肌肌动蛋白（smooth muscle actin，SMA）,提示ADSCs 具有分化为平滑肌细胞的能力，且移植后可能通过分化改善排尿功能；吉鑫等[13]通过膀胱壁注射ADSCs 治疗DCP 大鼠后发现，部分移植的细胞会表达SMA，且DCP 大鼠膀胱收缩力较对照组增强，正常排尿曲线比率也明显增加，说明ADSCs 通过分化为平滑肌而改善大鼠排尿功能。也有研究向BMSCs 加入平滑肌条件培养基后，BMSCs 分化成平滑肌细胞并能够在体外传代生长，这说明在受损膀胱微环境内，BMSCs 定向分化为功能性平滑肌细胞可能是其发挥修复作用的机制[10]。DONG 等[14]在USCs 移植治疗DCP 大鼠的研究发现，USCs 可以通过迁移和归巢作用进入受损的靶器官，并分化为功能细胞，如膀胱平滑肌细胞，从而改善膀胱纤维化，改善了受损的膀胱收缩力和排尿功能。

此外，有学者研究发现，NSCs 和UCMSCs 还可通过增殖并分化为神经元以及神经胶质细胞，对轴突进行引导、支持，恢复神经的逆向轴突运输能力[15-16]，修复糖尿病造成的神经源性的损伤，从而治疗DCP。

1. 3 旁分泌作用尽管分化一直被认为是干细胞发挥作用的可能机制，但越来越多的研究认为移植的干细胞旁分泌释放细胞因子和生长因子是改善DCP 症状的主要原因。多项研究表明，干细胞可以分泌基质细胞衍生因子（stromal cell-derived factor-1,SDF-1）、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor,HGF）、胰岛素样生长因子（insulin like growth factor,IGF）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）等细胞因子以及CXCL5 等趋化因子[17]，减轻炎症反应、抑制细胞凋亡、促进微血管生成、减轻膀胱逼尿肌纤维化进程，从而减少膀胱逼尿肌损伤，促进膀胱功能的修复[18-19]。

有研究表明，移植的ADSCs 也可以通过释放神经生长因子(nerve growth factor,NGF)和VEGF 等细胞因子和生长因子促进膀胱血管重建和神经支配，修复膀胱功能，改善膀胱功能障碍[18，20]；HUANG 等学者[21]对BMSCs 治疗DCP 的机制进行进一步研究发现，BMSCs 主要通过分泌VEGF、IGF、NGF 等生物活性因子发挥抗凋亡、抗炎和促进增殖和存活等效应而改善器官功能，促进了膀胱的内生性修复过程。USCs 则可以通过分泌多种生长因子和免疫调节因子，如VEGF、FGF、IL 等来调节生理和病理过程，减轻糖尿病的并发症[22-23]。移植的NSCs 可以持续分泌多种NGF，促进神经元存活和轴突的生长、延伸，使得背根神经节和感觉神经功能得到恢复，进一步改善膀胱逼尿肌收缩能力，也是其发挥作用的原因之一[24]。WU 等[16]向DCP 大 鼠 鞘 内 移 植UCMSCs，并检测神经营养因子和膀胱排尿功能的变化，结果表明膀胱功能有显著改善，且膀胱功能的恢复与鞘内移植的UCMSCs 释放神经营养因子和细胞因子密切相关。

2 糖尿病膀胱的干细胞治疗

DCP 的早期表现为尿频和尿急等逼尿肌过度活动症状，随着病程进展，进行性氧化应激和神经病变会导致逼尿肌失代偿，从而导致膀胱活动不足或无张力[25]。 近年来，干细胞在神经系统损伤修复[26]、泌尿系统疾病治疗等领域均有应用。一些研究表明，在DCP 大鼠的膀胱植入不同种类干细胞后，DCP 大鼠的功能学指标及组织学检查均有改善，且干细胞可以有效促进膀胱平滑肌的再生和膀胱内血管形成，修复膀胱功能损伤[27]，这表明干细胞移植有利于DCP 的治疗。

2. 1 间充质干细胞

2. 1. 1 ADSCs ADSCs 是存在于脂肪组织血管周围的间充质细胞，与其他类型的干细胞相比，ADSCs数量丰富且易于获取[28]。ADSCs 表达干细胞共同的表面标记且具有多向分化潜能[19]。ADSCs 在泌尿系统疾病的实验研究中显示出有效性[29]，是治疗DCP的理想细胞来源。JIN 等[12]以及吉鑫等[13]研究均表明ADSCs 移植后可通过分化以及旁分泌作用改善排尿功能。目前ADSCs 的分离、扩增技术业已纯熟，且在既往研究中，ADSCs 的治疗效果已被证明在再生医学和组织工程方面优于BMSCs[19]，是研究DCP 的干细胞移植治疗的良好基础。

2. 1. 2 BMSCs BMSCs 是骨髓组织衍生出的一类多能间充质干细胞，不仅可以分化成成骨细胞等中胚层细胞，还可向血管内皮细胞等分化[30]。BMSCs 对分离和获取的技术要求较低，体外扩增数倍后仍能保持其分化能力[31]。ZHU 等[32]通过将BrdU 标记的BMSCs 移植入DCP 大鼠内，应用免疫组化、示踪技术，证明BMSCs 能在糖尿病大鼠膀胱内存活。HUANG 等[33]将提取培养的大鼠BMSCs 过表达整合素连接酶(integrin linked kinase，ILK)后，种植到DCP大鼠膀胱发现，在进行BMSCs 移植后，膀胱微血管密度增加、平滑肌分布及结构形态均有改善，后进一步通过大鼠尿动力学检查发现DCP 大鼠膀胱排尿量增加、排尿间隔延长，残余尿量减少，膀胱功能好转。与ADSCs 类似，BMSCs 分离、培养方法相对简单[34]，关于BMSCs 治疗DCP 的研究较为广泛。

2. 1. 3 USCs USCs 是从尿液中分离出来的具有高增殖活性和多向分化潜能的细胞，具有间充质干细胞的特征，能够分化为多个细胞系，包括成骨细胞和平滑 肌 细 胞 等[35]。DONG 等[14，22]通 过 对USCs 治 疗DCP 的研究发现，USCs 作为DCP 治疗的细胞源具有以下几个优点：首先，USCs 可以从尿液标本中获得，相较于其他干细胞的提取不需要任何侵入性技术且成本更低；其次，USCs 可以自体使用，避免了潜在的伦理问题和潜在的不良免疫反应[36]。基于这些特性，USCs 对于DCP 的治疗具有重大的潜在应用价值，是DCP 的干细胞移植治疗的新选择。

2. 1. 4 UCMSCs UCMSCs 是从新生儿脐带组织中分离提取的多能间充质干细胞，增殖能力优于BMSCs，且免疫原性比BMSCs 低[16]，此前研究表明UCMSCs 移植对缺血性脑卒中、脊髓损伤、帕金森病等神经系统损伤的恢复有效[37]。UCMSCs 可通过分泌NGF 等神经营养因子以及分化为神经元两种机制，共同发挥修复神经源性损伤、促进神经再生、改善DCP 症状的作用[16，38]。由于UCMSCs 属于胚胎来源间充质干细胞，具有更强的多向分化和自我增殖的“干性”，因而可能更适用于损伤修复[16]；但目前由于伦理上存在争议，对UCMSCs 治疗DCP 的研究及应用需要更加慎重。

2. 2 NSCsNSCs 是存在于神经系统中,具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞潜能的细胞群，这种特性有助于修复不同的神经系统损伤性疾病[15]。陈潮江等[39]从新生鼠的海马组织分离、培养NSCs，并通过膀胱肌肉注射将NSCs 移植入DCP 大鼠体内。对NSCs 移植后的DCP 大鼠进行膀胱电生理检查发现大鼠的膀胱神经传导恢复，且尿流动力学参数有一定改善。这表明NSCs 有助于恢复受损的神经、改善DCP 大鼠的排尿功能。

NSCs 来源于神经系统，具有神经保护和免疫调节等作用，促进组织修复以及神经源性损伤修复[24]，但NSCs 的分离和获取损伤较大，无法用于自体移植，目前对于NSCs 治疗DCP 的研究尚缺少广泛、深入的研究，需要进一步的研究明确神经系统来源的NSCs对于治疗DCP 较其他干细胞是否有其独特的优势。

尽管上述干细胞表现出相似的生物学特性和治疗能力，但他们的可应用性由于其特性不同也存在一些差异。如图1 所示，目前ADSCs、BMSCs 移植治疗糖尿病膀胱的研究较为广泛，其治疗DCP 的有效率较高[18，21]，但缺少统一的临床前应用标准；USCs 获取难度最低，且来源于泌尿系统，对于泌尿系统损伤的修复具有同源性优势，但其生物利用率需要进一步提高[36]。从更科学的视角审视干细胞的应用，尚未有研究针对不同干细胞治疗DCP 的疗效做横向对比，不同干细胞的选择以及临床应用效果需在明确其作用机制的基础上进行进一步评估。但就干细胞的获取难度和研究的深入性来看，ADSCs、BMSCs 在DCP的应用上将会有更广阔的前景，而USCs 则会以其无创获取的独特优势成为治疗DCP 的新的研究热点。

图1 干细胞分类及治疗DCP 的可能机制

3 讨论与展望

目前干细胞移植治疗DCP 的研究处于起步阶段，加之DCP 病变的复杂性，需要进一步研究来阐明干细胞移植治疗的可能机制。将干细胞移植技术应用于DCP 的治疗仍然存在许多难点，总结如下：首先，干细胞移植治疗DCP 的具体通路机制和相关靶标分子、基因等仍不明确[27]。其次，目前干细胞移植治疗研究尚处于动物实验阶段，且研究周期较短，干细胞移植治疗的可能不良反应，如发热、过敏、致瘤性等，尚未见相关报道[40]。另外，目前研究进行干细胞移植治疗DCP 的途径和剂量不一[41]，尾静脉注射、膀胱颈注射、膀胱壁注射等不同途径进行干细胞移植治疗糖尿病膀胱效果是否有区别、移植干细胞的最适浓度均有待进一步探索。干细胞移植治疗生物利用率低，选择好干细胞移植途径、剂量，提高其生物利用率也是亟待解决的问题之一。

上述研究表明，干细胞移植可以恢复膀胱功能，治疗DCP，且目前尚未有研究表明干细胞治疗DCP有严重并发症和不良反应。尽管将干细胞用于DCP的临床治疗面临巨大挑战，干细胞移植仍可能成为治疗DCP 的新方式。为了确定干细胞在DCP 治疗中的确切作用机制，还需要更多的研究。