间充质干细胞联合细胞支架治疗卵巢早衰的研究进展.pdf
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1、综综述述间充质干细胞联合细胞支架治疗卵巢早衰的研究进展*胡伍清,毕慧玲*,苗聪秀*(长治医学院附属和平医院生殖遗传科,山西省卫生健康委员会生殖工程重点实验室,长治摇 046000)摇 摇 揖摘要铱摇 卵巢早衰(POF)是一种妇科内分泌疾病,即女性 40 岁前发生卵巢功能严重下降导致月经不调、FSH 升高、雌激素水平降低、生育能力显著下降的一种疾病状态,很大程度上影响了患者的身心健康,且发病率有增加趋势。目前临床上主要采取对症治疗的方法,还没有确切方法完全恢复卵巢功能。间充质干细胞(MSCs)技术一直以来被视为“再生医学技术冶,为包括 POF 在内的许多难治性疾病的治疗带来新希望。细胞支架是组织
2、工程学(TE)的重要领域之一,在损伤组织的重建与修复中有着举足轻重的作用。近年来 MSCs 联合细胞支架治疗 POF 受到广泛关注,且已进一步深入探究其内在治疗机制。本文综述了近几年来关于 MSCs 联合细胞支架治疗 POF 的研究进展,探讨了其治疗效果,为临床工作提供参考思路。摇 摇 揖关键词铱摇 卵巢早衰;间充质干细胞;细胞支架;组织工程摇 摇 中图分类号:R711.75摇 文献标志码:A摇 文章编号:1004-7379(2023)09-0715-04摇 摇 DOI:10.13283/ki.xdfckjz.2023.09.0131摇 卵巢早衰(premature ovarian failu
3、re,POF)1.1摇POF 病因学摇卵巢功能下降包括卵巢储备功能减退、早发性卵巢功能不全及 POF 三个不同阶段,这是一个逐渐进展的过程。POF 是早发性卵巢功能不全的终末阶段,其临床表现为月经稀发、经量减少甚至闭经、雌激素水平下降、FSH升高、不孕不育等。POF 病因可能包括遗传因素和医源性因素,遗传因素:染色体及相关基因异常,如 BMP15、BMPR1A/1B、PGRMC1、FSHR、CYP11、FOXL2、GDF9、MCM8 等;医源性因素:放化疗、盆腹腔手术以及自身免疫性因素等1-2。因其病因复杂,许多未知的因素仍在进一步探索中。有研究证明,DNA 损伤反应(DNA damage r
4、esponse,DDR)是调控生殖衰老的主要生物途径,DDR 存在于整个生命过程中,调控卵巢储备及其耗竭,尤其是关键基因的功能丧失或变异。该研究发现,FMR1 异常是引起 POF 的主要单基因病因,这为揭开 POF 的本质向前迈进了一大步3。1.2摇 POF 的治疗摇POF 的治疗方法包括:激素替代疗法(hormone replacement therapy,HRT)、体外激活疗法(in vitroactivation,IVA)、赠卵体外受精胚胎移植(in vitro fertilizationwith oocyte donation,IVF鄄OD)、干细胞治疗等。HRT 是治疗POF 的推荐
5、方法4-5。但有研究表明,长期 HRT 会增加患者患子宫内膜癌、静脉血栓栓塞的风险,同时无法从根本上逆转卵巢功能减退6-7。卵巢储备减少的部分 POF 患者,可通过 IVA 方法获得成熟的卵母细胞进行体外受精胚胎移植(invitro fertilization and embryo transfer,IVF鄄ET),然而 IVA 需要有一定数量的卵巢卵泡储备,而且影响其临床应用的最大问题是效率极低问题,不是所有的 POF 患者都适用此方法,且不能改变与年龄相关的卵母细胞质量下降8。IVF鄄OD 利用捐献的卵子进行 IVF鄄ET,是治疗 POF 患者不孕的方法之一,但 IVF鄄OD 治疗无法使患
6、者拥有与自身基因相同的后代,且研究表明通过 IVF鄄OD 获得的妊娠,妊娠期高血压疾病、子痫前期、胎儿出生体重不足和早产等的风险增加9。干细胞技术一直以来被视为“再生医学技术冶,可促进组织修复与再生,被认为是未来治疗 POF 的最有效方法10。2摇 间充质干细胞(mesenchyal stem cells,MSCs)2.1摇 间充质干细胞特性摇 干细胞是一类未分化的细胞或原始细胞,在特定条件下可激发其分化潜能,定向分化为组织或器官,具有极强的组织修复潜能。干细胞治疗技术被誉为继药物治疗和手术治疗之后的第三次医学革命,是近年来国际医学前沿重点发展领域11。MSCs 是中胚层来源的一类多能型干细胞
7、,是干细胞家族的重要成员,MSCs 除了具有多项分化潜能外,还具有自发趋向损伤组织、促进局部组织血管生成,调节周围细胞微环境以及免疫调节功能12-13。它们可从人体许多不同组织中,如骨髓、脐带、外周血、脂肪组织、胎盘和经血中分离培养获得,可实现体外建系、扩增,同时 MSCs 不表达或仅表达极低水平的主要组织相容性复合物和 T 细胞共刺激因子从而表现出低免疫原性,解决了异体细胞治疗最主要的免疫排斥问题14。MSCs 可提供一个必要的微环境,以促进卵泡发育15。因此,MSCs 治疗有望成为许多难治性疾病,如克罗恩病、移植抗宿主病、POF 等最有前景的治疗方法,且已初见成效16-17。一项 I 期临
8、床试验中对9 例 POF 患者进行了 MSCs 治疗,在研究期间和随后长达 12个月的随访中,根据患者体格检查、相关实验室指标和超声检查评估患者术后状态,均未观察到全身或局部不良反应,进一步验证了其治疗的安全性18。517现代妇产科进展 2023 年 9 月第 32 卷第 9 期摇 Prog Obstet Gynecol,Sep.2023,Vol郾 32,No郾 9*基金资助:山西省卫健委 2021 年度“四个一批冶科技兴医创新计划重点攻关专项(No:2021XM38)共同通信作者摇 毕慧玲 Email:;苗聪秀 Email:2.2摇MSCs 归巢摇MSCs 的疗效取决于 MSCs 归巢效率,
9、MSCs 归巢受植入方式、组织释放的选择素、细胞趋化因子(如 SDF鄄1、MCP鄄1、MCP鄄3)、生长因子等 MSCs 表达的受体类型(如 CD44、CD24、CCR2)以及分泌的整合素的综合影响,只有一小部分 MSCs 能到达并停留于目标组织19。研究证明,静脉注射 MSCs 制剂时大多数 MSCs 被滞留在毛细血管组织中无法迁移到损伤部位20;或在到达目标组织之前被脾巨噬细胞吞噬清除而影响治疗效果21。细胞支架可为 MSCs提供适合的 3D 空间,并确保 MSCs 最大限度迁移到靶组织。因此,间充质干细胞联合细胞支架成为治疗 POF 的研究热点22。3摇 组织工程学(tissue eng
10、ineering,TE)与细胞支架3.1摇 细胞支架摇TE 是一门应用生命科学、材料学和工程学,帮助受损组织重建,恢复其生理结构和功能的新兴学科,主要由种子细胞、支架和生物活性物质三个重要部分构成。一个理想的支架除了无毒无害的基本要求之外,还应给细胞提供足够的三维生长空间,同时促进细胞生长、增殖、参与信号传递,且在愈合过程中或之后逐渐被人体吸收23。在支架制造选材中,细胞外基质(extracellular matrix,ECM)因具有较高的生物相容性、生物降解性以及在体内快速重塑的可能性成为制造细胞支架较为理想的材料24。ECM 主要由蛋白质包括胶原蛋白、纤维蛋白、弹性蛋白等,以及多糖,包括海
11、藻酸盐、透明质酸(hualuronic acid,HA)、壳聚糖(chitosan,CS)等组成。这些物质为周围细胞提供机械支持,同时协调多种细胞信号传递,在组织中的细胞之间发挥通信联络作用并参与组织修复25。在组织工程中这些天然聚合物可制作成水凝胶的形式包裹细胞,为细胞提供适合的生长空间26。3.2摇 各类支架摇 临床上常用的几种细胞支架包括胶原蛋白支架、纤维蛋白支架、CS 支架、海藻酸盐支架等。3.2.1摇 胶原蛋白支架摇 胶原蛋白是动物组织中最丰富的可利用的蛋白质,具有抗原性低、生物相容性好、生物降解性高等特点,在 TE 中得到广泛应用27。胶原蛋白支架可支持多种组织和细胞类型,并为细胞
12、锚定、迁移和移植提供合适的位置。Jing 等28研究发现,脂肪间充质干细胞(adipose鄄de鄄rived stem cells,ADSCs)与胶原蛋白支架共培养会增加 AD鄄SCs 中 FGF2、VEGF、TGFb1 和 HGF 的表达。同时胶原蛋白支架也会与 ADSCs 相互作用,形成三维微环境,使 ADSCs 存活率增加,并在卵巢周围聚集,分泌更多的生长因子、血管内皮生成因子,最终增加卵泡颗粒细胞和血管的生成。然而胶原蛋白支架的缺点是机械强度低,降解过快,影响细胞在组织的停留时间,这会影响到该支架在临床应用中的治疗效果。3.2.2摇纤维蛋白支架摇纤维蛋白在生物体内普遍存在,可对血管生成
13、和成纤维细胞生长起到积极作用,有极强的黏附性能,免疫原性较低,易塑形,可制备成具有复杂几何形状的支架,因此纤维蛋白也成为构造细胞支架材料的不二之选,尤其在体外组织器官的重建中具有很大的潜力29。在一项小鼠自体卵泡移植实验中,用纤维蛋白支架作为载体携带血小板裂解物包裹卵泡后进行移植,取得了较好的效果30。但纤维蛋白支架的缺点是需要多种聚合物进行聚合反应,纤维蛋白原浓度、凝血酶浓度和离子强度的变化都会影响纤维蛋白支架的性能,导致支架外观、机械性能和稳定性发生不同程度变化。3.2.3摇 CS 支架摇CS 是甲壳素 N鄄脱乙酰基的产物,主要来源于甲壳类动物的外壳,CS 降解后产生的氨基酸,对人体无害且
14、可被完全吸收。CS 来源丰富且具有极好的弹性、柔韧性、可生物降解、良好的生物相容性、无毒、亲水、抗菌和促进伤口愈合等特性,使其在生物材料中占据了独特的地位31。但 CS 的制备和降解需要一定范围的 PH,且机械性能较弱,难以维持一定的形状,这也在一定程度上限制了其应用。3.2.4摇 海藻酸盐支架摇 海藻酸盐是一种主要存在于海洋藻类细胞壁和细胞黏胶质中的亲水性多糖,水合反应后呈凝胶状32。海藻酸盐作为一种多用途聚合物,具有资源丰富、生物相容性好、处理简单、凝胶性质温和且经济实惠等优点。以海藻酸盐为基础的水凝胶和支架在生物活性制剂的控释系统、癌症治疗和抗菌剂等多个领域已进行了广泛的研究33。尽管如
15、此,海藻酸盐支架同样表现出机械性能弱和不易控制其形态的缺点。3.2.5摇 HA 细胞支架摇 HA 是构成 ECM 的多糖类物质,在许多生理过程中起着关键作用,如调节血管壁的通透性,蛋白质、电解质扩散及运转,细胞黏附、迁移和增殖等,并在医学的眼科、骨科、皮肤科、心血管科及神经科等学科有着广泛的研究应用34。HA 具有不错的黏弹性和一定的生理调节功能,在 TE 中一直受到科学家们的青睐。HA 细胞支架已被证实可在一定程度上延长 MSCs 在卵巢组织的停留时间,进而增强其旁分泌功能35。同时也由于 HA 的生物学特性导致其在体内植入后较其他种类支架更易被机体吸收。由于单一材料的支架各有其局限性,通过
16、结合不同材料的优点来提高细胞支架的理化和生物性能的新型复合材料也在不断的研发中36。4摇 MSCs 与细胞支架及在 POF 的研究应用4.1摇 MSCs/细胞支架与卵泡体外培养摇卵巢作为调节女性内分泌及生殖功能的性腺,内含许多始基卵泡,经逐步生长发育,从始基卵泡发育成为次级卵母细胞从卵巢内排出。在月经周期中发育的众多卵泡里,只有一个优势卵泡可发育成熟,因此女性一生中约有 400 500 个卵泡可完全发育成熟而排卵,卵巢中留存的卵泡数量和质量反应了卵巢储备功能。POF 患者往往伴有不同程度的卵泡数量减少和(或)质量下降,卵巢储备功能的变化是评价 POF 疗效的重要参考指标之一。体外卵泡培养有望成
17、为一种获得成熟卵母细胞用于受精的有效方法37,也为将来用于改善 POF 患者卵巢功能,保存生育能力带来希望38。Rajabi 等对卵泡体外培养方法的优化进行了一系列的研究,分别制备好 0.25%海藻酸钠和 0.75%的胶原蛋白凝胶支架,用于卵泡和人经血间充质干细胞(human menstrual blood mesenchymal stem cells,MenSCs)体外三维共培养,连续观察 12d 后分析结果。该实验结果表明海藻酸钠支架共培养组比胶原蛋白共培养组卵泡存活率更高,且激素测定发现卵泡的雌二醇和孕酮的分泌量显著增加,但两组之间无明显统计学差异,并且该研究还发现 Men鄄SCs 下调
18、了卵泡 Mater 基因的表达,明显上调 Gdf9 和 Bmp15表达,而海藻酸盐支架和胶原蛋白支架对卵泡的基因表达无影响39。虽然海藻酸盐支架在卵泡体外培养具有一定的优势,但有研究认为,从海藻酸盐支架共培养系统获得的卵母细胞发育能力较低,减数分裂纺锤体组装可能受到干扰。Hassani 等40进行了卵泡体外培养的相关研究,指出与0.5%、1.5%浓度的 CS 支架相比,1%浓度的 CS 支架孔隙分617现代妇产科进展 2023 年 9 月第 32 卷第 9 期摇 Prog Obstet Gynecol,Sep.2023,Vol郾 32,No郾 9布更均匀,降解率高,化学性质稳定,且机械性能强,
19、最适合供给卵泡细胞体外三维培养。1%浓度 CS 支架组与0.7%浓度海藻酸盐支架组比较,采用酶联免疫吸附试验检测 CS 和海藻酸盐各组中卵泡形态、成熟卵母细胞质量和类固醇激素分泌情况,用实时荧光定量 PCR 法检测卵泡发生、内分泌和凋亡相关基因的表达,结果表明 1%CS 支架组的卵泡成活率、卵泡直径、雌二醇分泌、Cyp19a1、Lhcgr 基因表达均高于0.7%海藻酸盐支架组,且海藻酸盐支架组卵母细胞纺锤体紊乱的比例(42.1%)显著高于 1%CS 支架组(16.6%)。因此,Hassani 等认为 1%CS 支架相比 0.7%海藻酸盐支架更适用于卵泡的体外三维培养。4.2摇 MSCs/细胞支
20、架与卵巢组织移植摇 POF 病因复杂,癌症患者放化疗过程中可导致卵泡凋亡引起 POF。有 POF 风险且有生育要求的癌症患者,可通过胚胎冻存、卵母细胞冻存和卵巢组织冻存等,或进行卵巢原位干细胞治疗来保留其生育功能。然而卵巢组织在移植后会有大量卵泡凋亡,移植过程仍有许多问题需解决。为了提高卵巢组织移植后卵泡的存活率,Dolmans 等将 ADSCs 嵌入纤维蛋白支架中并移植到免疫缺陷小鼠的腹膜壁下部的 1/3 处,然后将卵巢组织移植到细胞支架,移植后第 3、7 和 14d 对种植体中的 PO2 进行监测和分析。结果表明,通过与 ADSCs/纤维蛋白支架的结合,移植组织在早期获得了更高的血氧水平,
21、组织血管生成增加,卵泡存活率升高41。4.3摇 MSCs/细胞支架原位注射疗法摇MSCs 原位注射疗法,更易被接受,操作简单,更有望应用于 POF 的临床治疗中。动物实验研究表明,MSCs 治疗能改善卵巢功能并提高生育能力。Ding 等42研究发现,胶原支架/脐带间充质干细胞(umbilical cord鄄derived mesenchymal stem cells,UC鄄MSCss)通过磷酸化 FOXO3a 和 FOXO1 促进小鼠原始卵泡激活,并抑制卵泡凋亡。随后的临床试验中,招募 14 例 POF 患者,将UC鄄MSCs 或胶原支架/UC鄄MSCs 移植到卵巢中,3 个月后超声检查卵巢的
22、体积和血流量来评估卵巢恢复情况。与移植前相比,移植后卵巢体积增加,且卵巢中未见间质增生及其他卵巢异常结构。3 个 UC鄄MSCs 组的病例和 3 个胶原支架/UC鄄MSCs 组 的 病 例 超 声 显 示 卵 巢 可 见 明 显 血 流 信 号(62.5%,5/8)胶原支架/UC鄄MSCs 组患者移植后卵泡增生,胶原支架/UC鄄MSCs 组中的1 例和 UC鄄MSCs 组中的1 例在接受移植后的一年内成功妊娠。一项 UC鄄MSCss 联合 HA 治疗POF 模型小鼠实验中,使用人 GAPDH 基因特异性引物进行PCR 检测,在体内对 UC鄄MSCss 进行了14d 的追踪以评估 HA对移植的
23、UC鄄MSCss 在卵巢中停留时间的影响,添加 HA 组中,UC鄄MSCss 移植后 7d 仍能观察到 PCR 产物,而在无 HA组中,3d 后就检测不到阳性条带。结果表明,HA 在很大程度上延长了 UC鄄MSCss 在卵巢中的停留时间。在 POF 小鼠模型中,将 UC鄄MSCss/HA 移植到卵巢后,cKit、p鄄cKit、p鄄AKT、p鄄S6K 和 p鄄rpS6 表达水平有所恢复,HE 染色显示卵巢中卵泡数增加,不同阶段的卵泡占比均有上升,并验证了UC鄄MSCss 增强 HGF、VEGF、SCF 和 EGF 等细胞因子的分泌,其中 HGF 通过激活 PI3K鄄Akt 通路促进卵泡存活,且
24、HA 还协调增强 UC鄄MSCss 的旁分泌功能,并促进这一过程35。总的来说,MSCs 联合细胞支架移植到卵巢内,可有效治疗POF,改善卵巢内分泌及生殖功能,提高女性的生育能力。5摇 结论与展望综上所述,MSCs 联合细胞支架是治疗 POF 的有效方法,各类细胞支架的使用无论从卵泡体外培养、卵巢组织移植或原位注射中均提高了 MSCs 疗法的疗效,且在体外卵泡培养实验中 1%CS 支架更具优势。虽然这一治疗方法得到了学术界的认可,但仍有许多问题需更进一步研究。目前的研究验证了 MSCs 通过旁分泌或自分泌、调节免疫、调控基因表达等多种方式发挥治疗作用43,然而细胞之间的作用精细复杂,因治疗涉及
25、患者健康安全问题,其治疗机制、对机体的远期影响等仍需进一步研究,探索优化 MSCs 移植方案,以确定最佳注射部位以及 MSCs 的最佳治疗剂量。尽管对 MSCs 的研究已深入到临床实验阶段,然而现有的 MSCs 制剂标准主要针对安全性(如病原体检测)和细胞类型(如分子标记物)进行检测,仍缺乏针对 MSCs 功能评价的标准。如何能快速选取功能强大的 MSCs 也将成为未来研究需攻克的重点和难点。目前支架制造材料种类繁多,制备方法各异,如何能构造出安全、高效、性价比高的支架尚无定论。随着医学的不断发展,相信在不久的将来 MSCs 治疗能为众多饱受 POF 煎熬的患者带来福音。参摇 考摇 文摇 献1
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