干細胞在膀胱組織重建生物工程中的研究進展

占得文

摘 要：近二十年來，干細胞和組織工程在膀胱組織重建中的研究是近年來一個令人關注的領域，也取得了較大進展。干細胞具有重要的種子細胞功能，成功的為膀胱修補和替代提供了新材料，并將在膀胱組織重建中有著十分廣闊的應用前景。本文分析整理了膀胱重建所需的干細胞來源、生物學特性、表面標志物鑒定，以及其未來的研究方向進行了展望。

關鍵詞：膀胱組織重建；干細胞；尿路上皮

1. 間充質干細胞

目前而言，MSCs是膀胱組織工程最主要的種子細胞。Anumanthan等人發現，小鼠骨髓來源的MSCs貼附生長于胚胎大鼠膀胱間質壁時，可分化為所需的尿路上皮細胞，組織學檢測顯示膀胱組織的形成，細胞表達uroplakin證實尿路上皮細胞的分化。當人骨髓MSCs同人尿路上皮細胞共培養時，可以分化出尿路上皮細胞的特征。Tian等人進一步發現，當在僅適用于尿路上皮分化的條件培養基中培養時，MSCs即可分化成尿路上皮，表明無細胞分化系統的可行性。

MSCs影響膀胱組織再生的機制，推測可能是通過分泌多種生長因子和細胞因子，進而影響細胞增殖、血管生成，并影響微環境。MSCs可通過調節旁分泌作用，從而影響細胞遷移；也可發揮促血管生成的作用，這種作用受富半胱氨酸蛋白61調節，當敲除Cyr 61時，MSCs失去促血管生成的特性；另外，MSCs具有促進神經再生的作用，Leite等人發現，靜脈來源的MSCs粘附生長于無細胞支架上時，表現出神經分化的作用。因此，MSCs除了作為尿路上皮和平滑肌再生的潛在細胞來源，仍具有其他分化潛能，仍需要更多的研究來闡明MSCs在塑造微環境、促進血管生成和神經再生中的作用和用途。

2. 成體干細胞

成體干細胞是膀胱組織工程另一個重要的種子細胞來源，根據來源分為脂肪來源、尿路上皮來源和毛囊來源干細胞。脂肪干細胞是最容易獲取的成體干細胞之一，Zhang等人發現將ASCs與永生化人膀胱尿路上皮細胞系混合，并移植于無胸腺小鼠皮下，4周后，約70%的ASCs表達uroplakin Ia，65%表達uroplakin-II 。然而，由于ASCs起源不屬于上皮細胞，對ASCs分化的確切機制和作用發揮特性，仍需要進一步確定。尿液衍生干細胞是另一種較易獲取的成體干細胞，是分布于尿液中的一個細胞亞群，其生物學特性與MSCs相似，具有多能分化和促血管生成旁分泌的能力。由于其易獲得、可發生60-70次倍增，并且來自自體而免于排斥反應的風險，因此，成為受到青睞的組織工程細胞，但對大多數膀胱癌，尤其是終末期膀胱癌的患者，并不適用。毛囊干細胞是目前研究較少的成體干細胞，但仍舊發現，毛囊干細胞具有分化成尿路上皮樣表型的特性。

3. 胎兒干細胞

胎兒干細胞、人羊膜干細胞、人臍帶來源的MSCs也是可用于組織工程膀胱的種子細胞。人羊膜干細胞從羊水中獲取，HUMSCs來源于產后臍帶組織，這兩種細胞均不影響胚胎。在尿路上皮細胞專用培養基中培養，人羊膜干細胞可以表現出尿路上皮細胞典型的細長和多邊形形態，并表達uroplakin II、cytokeratin 8，and Fibroblast growth factor 10（FGF10）等尿路上皮標志物，而HUMSCs也可以被誘導成尿路上皮樣細胞。并且這兩種細胞粘附生長于脫細胞基質上，用以修復犬模型的膀胱損傷，修復效果均較對照的脫細胞基質效果好。

4.多能干細胞

由于對間充質干細胞，成體干細胞和胎兒/產后干細胞的分化機制了解不足，并且對間充質譜系細胞的上皮分化的長期功能和安全性仍舊未知，而胚胎干細胞和誘導多能干細胞具有分化多能性，因此，成為組織工程膀胱中矚目的備選種子細胞。體內實驗發現，將ESCs培養于小鼠胚胎膀胱間充質層上，可見ESCs分化為尿路上皮細胞；體外實驗發現，維甲酸可以誘導小鼠ESCs和iPSC分化為尿路上皮樣細胞。基于從小鼠模型中獲得認識，研究者們進一步確定，人ESCs和iPSC可通過尿路上皮定向分化步驟，可將約60%的干細胞定向分化為尿路上皮細胞，這些成果對于臨床應用轉化具有重要的作用。

5.其他功能干細胞

5.1 應用于固有肌層再生

固有肌層是尿路上皮層以下，用以維持膀胱的形態和機械性質的結構組成，主要由平滑肌細胞組成。目前研究證實，該類型細胞可由多種干細胞分化而來，包括脂肪干細胞、間充質干細胞、尿液衍生干細胞、毛囊干細胞，以及肌源性干細胞。評價平滑肌細胞分化成功與否的方法包括平滑肌細胞特異性標志物的表達、生物學特性，以及可以。但仍需要進一步研究，以更有效地產生能模仿天然膀胱功能的粘性肌層。

5.2 應用于血管再生

多項生物工程膀胱移植的臨床實驗強調，新血管在移植物上的形成，對于預防移植物萎縮和壞死至關重要，尤其值大面積組織工程膀胱移植中更為重要，而種植的種子細胞可以更好的促進新血管廣泛和快速的形成。但是迄今為止，干細胞在組織工程膀胱血管發生中的應用研究仍舊較少，最近一項研究表明，脂肪內皮祖細胞在膀胱脫細胞基質中形成毛細血管樣結構，可能成為組織工程膀胱再生中的血管來源。過表達VEGF的內皮祖細胞表現出增強的新血管形成能力，這表明結合VEGF基因表達的細胞是組織工程膀胱的未來。

展望

理想的組織工程膀胱需由多種生物相容性材料組成，即可提供膀胱充盈和排空所需的機械力，還需保證新形成的尿路上皮細胞具有緊密連接，在膀胱間充質和尿液之間形成有效屏障，同時需支持新生血管向內生長，并且不受宿主免疫系統排斥。不斷出現的新技術、新型干細胞使得組織工程膀胱再生取得了很大進步，未來的發展方向更多的表現在促血管生成和神經再生方面，從而獲得較為理想的動態尿液儲庫。