脂肪干細(xì)胞治療宮腔粘連的研究進(jìn)展

湯若楠，張琬琳，肖西峰，蘆潔，王曉紅

(空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院唐都醫(yī)院婦產(chǎn)科,西安 710000)

宮腔粘連(IUA)是一種常見的子宮內(nèi)膜損傷性疾病,常表現(xiàn)為月經(jīng)異常、周期性腹痛、不孕、復(fù)發(fā)性流產(chǎn)以及其他產(chǎn)科并發(fā)癥,嚴(yán)重危害女性的生殖健康[1-2]。IUA由以色列婦科醫(yī)生Joseph Asherman首次描述,故又稱為Asherman綜合征[3]。雖然Asherman綜合征和IUA經(jīng)常互換使用,但Asherman綜合征更適合表示伴有閉經(jīng)癥狀的宮腔閉塞,IUA則包括表示一些沒有臨床癥狀的輕度粘連[4]。宮腔鏡下宮腔粘連分離術(shù)為IUA的首選治療方式[5],但其對(duì)于子宮內(nèi)膜受損嚴(yán)重的中重度IUA患者效果不盡人意,術(shù)后再粘連發(fā)生率高達(dá)62.5%,妊娠成功率僅22.5%～33.3%[6]。臨床上應(yīng)用了許多措施[7-9]來預(yù)防術(shù)后再粘連和改善子宮內(nèi)膜功能,包括物理屏障(宮內(nèi)節(jié)育器、Foley球囊、ISB球囊)、生物屏障(羊膜、膀胱基質(zhì)、小腸粘膜下層)及藥物預(yù)防(雌孕激素、低劑量阿司匹林、生長(zhǎng)激素)。這些輔助治療措施的療效尚無統(tǒng)一定論。近年來,隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展,以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的組織再生療法值得關(guān)注。脂肪干細(xì)胞(ASCs)是人成體干細(xì)胞的一種,具有自我更新、增殖和多向分化潛能[10],為IUA的細(xì)胞治療提供新的研究方向。本文將綜述脂肪干細(xì)胞治療宮腔粘連可能的作用機(jī)制以及研究現(xiàn)狀。

一、ASCs相關(guān)概述

1.間充質(zhì)干細(xì)胞及ASCs

間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是一類起源于中胚層的成體干細(xì)胞,具有自我更新和多向分化能力,在組織工程和細(xì)胞治療方面有著很大的潛力,其主要來源包括骨髓、臍帶、胎盤、經(jīng)血和脂肪等[11]。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究的推進(jìn)已經(jīng)證實(shí)了多種組織來源的干細(xì)胞在恢復(fù)月經(jīng)、促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生以及改善生殖結(jié)局方面的有效性[12]。一項(xiàng)探討干細(xì)胞治療宮腔粘連的單臂Meta分析[13]結(jié)果顯示,移植自體和異體干細(xì)胞均可改善宮腔粘連的臨床預(yù)后。

干細(xì)胞目前在臨床應(yīng)用中存在諸多問題。骨髓干細(xì)胞[14]可在體外進(jìn)行大量擴(kuò)增,具有較好的遷移能力,但自我更新能力受年齡影響,限制了其使用。臍帶干細(xì)胞具有取材方便,體外增殖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但來源受限,且異體來源可能存在免疫原性。月經(jīng)血干細(xì)胞是子宮內(nèi)膜干細(xì)胞的來源,具有易于獲得、無倫理爭(zhēng)議、無免疫原性的優(yōu)勢(shì),卻存在收集繁瑣、污染概率大、效率差等缺點(diǎn)。相對(duì)其他干細(xì)胞,脂肪干細(xì)胞含量豐富,取材方便,可以從腹部、大腿和手臂的皮下獲取[15]。脂肪組織中獲得的干細(xì)胞是同等數(shù)量骨髓中干細(xì)胞(BMSCs)的500倍,且比BMSCs壽命長(zhǎng)、增殖能力強(qiáng)[16]。ASCs的自分泌作用比其他類型的干細(xì)胞更為活躍。例如,ASCs表達(dá)的胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-D(VEGF-D)和白細(xì)胞介素-8(IL-8)高于其他MSCs群體[17]。綜上,脂肪干細(xì)胞有可能成為最適合移植的成體干細(xì)胞。

2.ASCs的主要功能

(1)增殖分化潛能:在不同的誘導(dǎo)條件下,ASCs可分化為脂肪細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞、胰腺細(xì)胞和肝細(xì)胞等多種細(xì)胞類型[18]。Safford等[19]從小鼠的脂肪組織和人脂肪組織中分離出ASCs,并用丙戊酸,丁基羥基茴香醚,胰島素和氫化可的松誘導(dǎo)神經(jīng)元分化,1～3 h后,ASCs的表型開始向神經(jīng)元形態(tài)轉(zhuǎn)變。Moon等[20]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(hADSC)在體外分化為內(nèi)皮細(xì)胞,可在小鼠后肢缺血中促進(jìn)血管生成。Timper等[21]將分離出的ASCs通過特定的培養(yǎng)條件誘導(dǎo)細(xì)胞分化為胰腺內(nèi)分泌表型。

(2)分泌功能:ASCs的分泌組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞集落刺激因子、白細(xì)胞介素(6、7、8、11)、腫瘤壞死因子(TNF-α)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)、脂肪細(xì)胞因子[22]。這些豐富的細(xì)胞因子及生物活性因子在子宮內(nèi)膜的再生修復(fù)中起到重要的作用。有研究表明,ASCs分泌的細(xì)胞因子可以通過暴露于不同的環(huán)境來進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如,在培養(yǎng)基添加堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)、表皮生長(zhǎng)因子(EGF)和抗壞血酸后,HGF的分泌就會(huì)增加[23]。因此,當(dāng)ASCs被移植到炎癥或缺血區(qū)域時(shí),它們會(huì)活躍地分泌這些生長(zhǎng)因子,從而促進(jìn)傷口愈合和組織修復(fù)。除了細(xì)胞因子、蛋白質(zhì)和生長(zhǎng)因子之外,近年來有研究發(fā)現(xiàn)ASCs可能通過外泌體(EXO)介導(dǎo)的旁分泌作用來發(fā)揮生物學(xué)功能[24]。EXO是活細(xì)胞分泌的膜性囊泡,直徑約30～100 nm,內(nèi)含蛋白質(zhì)、mRNA、microRNA、In-cRNA等,可在細(xì)胞間進(jìn)行物質(zhì)傳遞。如脂肪干細(xì)胞外泌體攜帶的非編碼RNA中,miR-21,miR-24,和miR-26具有免疫調(diào)節(jié)、促血管生成、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和上皮化活性,可用于神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、呼吸道疾病、炎癥、自身免疫性疾病以及傷口愈合治療[25]。脂肪干細(xì)胞外泌體(ASCs-Exos)具有較好的穩(wěn)定性、安全性以及多效性,在近兩年的研究中炙手可熱[26]。

二、脂肪干細(xì)胞在治療宮腔粘連中的應(yīng)用

1.相關(guān)作用機(jī)制

子宮內(nèi)膜從形態(tài)學(xué)角度可劃分為功能層和基底層。功能層具有周期性增生和脫落的變化。基底層包括間質(zhì)、腺體、支持血管系統(tǒng)和各種免疫細(xì)胞群,它們是月經(jīng)后產(chǎn)生新的功能層的細(xì)胞來源。Lee等[27]總結(jié)了維持正常子宮內(nèi)膜生理過程的3個(gè)生物學(xué)特性,包括防止炎癥對(duì)組織的過度破壞;內(nèi)膜基底層受損激活子宮基底層干細(xì)胞促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生;子宮內(nèi)膜周期性脫落后的無瘢痕修復(fù)。宮腔粘連是由于子宮內(nèi)膜受到損傷后不能完全再生,導(dǎo)致內(nèi)膜瘢痕修復(fù),纖維化增生,最終形成粘連帶所致。脂肪干細(xì)胞可能具有抑制子宮內(nèi)膜纖維化進(jìn)程、促進(jìn)子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖和血管形成及參與免疫調(diào)控的作用,為治療宮腔粘連提供了突破口,將在以下詳述。

(1)抑制纖維化進(jìn)程:轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)在誘導(dǎo)和促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞分化增殖、分泌細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)成分方面起著至關(guān)重要的作用,是TGF-β/Smad信號(hào)通路下游啟動(dòng)和終止組織修復(fù)的主要細(xì)胞因子[28-29]。有證據(jù)表明,TGF-β1與IUA的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),被認(rèn)為是疾病復(fù)發(fā)的早期危險(xiǎn)因素。此外,TGF-β1的作用已被證實(shí)受到多種細(xì)胞因子、激素、酶和microRNAs的調(diào)控[30]。Shao等[31]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提出,在TGF-β1誘導(dǎo)的子宮內(nèi)膜損傷模型中l(wèi)ncRNA-MIAT的表達(dá)水平下調(diào),而ASCS-Exos在子宮內(nèi)膜組織中l(wèi)ncRNA-MIAT的表達(dá)上調(diào),即ASCS-Exos可通過調(diào)節(jié) miR-150-5p 介導(dǎo)lncRNA-MIAT表達(dá)上調(diào)緩解子宮內(nèi)膜纖維化。Zhao等[32]將自體ASCs與ShakeGelTM3D聯(lián)合移植注入到IUA模型小鼠體內(nèi),與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組BMP7和Smad5的表達(dá)增高,子宮內(nèi)膜增厚、纖維化減少,生育能力提高,提示自體ASCs與ShakeGelTM3D聯(lián)合移植可能通過增加BMP7和Smad5信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)受損子宮內(nèi)膜組織的恢復(fù)。

(2)促進(jìn)子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖和血管形成:子宮血流量低和血管生成受損是子宮內(nèi)膜變薄的原因[33],ASCs可通過分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子來促進(jìn)子宮內(nèi)膜下血管的生成修復(fù)受損子宮內(nèi)膜,增加子宮內(nèi)膜厚度。Shao等[34]將40只ICR雌鼠通過損傷子宮內(nèi)膜建立IUA模型,并隨機(jī)分為4組:正常對(duì)照組、假手術(shù)組、ASCs治療組、磷酸鹽緩沖液(PBS)治療組,來研究ASCs在修復(fù)受損子宮內(nèi)膜中的作用。免疫熒光結(jié)果顯示,綠色熒光蛋白(GFP)標(biāo)記的ASCs在體內(nèi)可分化為子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞。在移植后的30 d,ASCS治療組受損子宮內(nèi)膜明顯改善,微血管密度、子宮內(nèi)膜厚度和腺體與正常對(duì)照組相比明顯增加。此外,ASCs組子宮內(nèi)膜損傷大鼠的生育力顯著提高,受孕率明顯高于PBS組。

(3)免疫調(diào)控作用:炎癥反應(yīng)在內(nèi)膜損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用,過度炎癥反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致子宮內(nèi)膜異常修復(fù),發(fā)生纖維化。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素-1(IL-1)都是參與纖維化形成的重要炎癥介質(zhì)[27]。在IUA患者的子宮內(nèi)膜和瘢痕組織中,TNF-α、VEGF和IL-1均呈現(xiàn)高度表達(dá)[35]。脂肪干細(xì)胞含有大量的細(xì)胞因子及受體,可通過上調(diào)抗炎細(xì)胞因子(IL2、IL4和IL10)和下調(diào)促炎癥細(xì)胞因子(IL17和TNF-α)發(fā)揮免疫調(diào)控作用,進(jìn)而抗纖維化和抑制瘢痕形成,甚至促進(jìn)白細(xì)胞凋亡而消除炎癥[35]。?il等[36]用干細(xì)胞聯(lián)合雌激素治療IUA模型大鼠,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,ASCs和雌激素聯(lián)合組白細(xì)胞浸潤(rùn)和纖維化顯著減少,血管明顯增生。由此可見,ASCs在減少子宮內(nèi)膜的炎癥和纖維化中發(fā)揮重要作用。

(4)提高子宮內(nèi)膜容受性:子宮內(nèi)膜容受性(ER)[37]即子宮內(nèi)膜可接受胚胎植入的短時(shí)期,是胚胎成功植入的必要條件之一。研究表明,幾近三分之二的植入失敗是由不良的ER引起的[38]。成功的子宮內(nèi)膜修復(fù)不僅要恢復(fù)宮腔的解剖學(xué)形態(tài),還需提高子宮內(nèi)膜容受性。IUA可以從形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)方面影響ER。IUA患者子宮內(nèi)膜整合素的表達(dá)異常降低了子宮內(nèi)膜容受性,影響胚胎著床,引起不孕或流產(chǎn)[39]。Zhao等[40]從脂肪干細(xì)胞提取外泌體,將其應(yīng)用于IUA大鼠模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脂肪干細(xì)胞外泌體可以增強(qiáng)整合素-β3、LIF、和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá),改善子宮內(nèi)膜容受性,從而促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生和生育力的恢復(fù)。

2.脂肪干細(xì)胞治療宮腔粘連的移植方式

據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道,干細(xì)胞移植方式主要包括宮內(nèi)灌注、經(jīng)子宮動(dòng)脈注射以及聯(lián)合新型生物材料宮腔內(nèi)放置等,以上方式各有優(yōu)劣[41]。宮內(nèi)灌注不易將干細(xì)胞固定在子宮內(nèi)膜表面,有效種植率和存活率低。經(jīng)子宮動(dòng)脈注射有發(fā)生栓塞、感染等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。為了克服這些缺點(diǎn),研究人員提出了各種提高存活率和確保持續(xù)旁分泌分泌的策略。Sun等[42]將ASCs構(gòu)建成細(xì)胞膜片移植到IUA模型小鼠宮內(nèi),以保證干細(xì)胞有效的發(fā)揮,促進(jìn)子宮內(nèi)膜細(xì)胞、肌肉細(xì)胞再生的作用。此外,干細(xì)胞與新型生物材料的結(jié)合應(yīng)用[43]尤其值得關(guān)注。Zhao等[44]將自體骨髓來源單核細(xì)胞通過膠原支架植入重度IUA患者宮腔,改善了患者的生殖預(yù)后。Cao等[45]將臍帶干細(xì)胞作為種子細(xì)胞種植到膠原支架上,構(gòu)建負(fù)載臍帶干細(xì)胞的蛋白支架,將其移植到中重度宮腔粘連的患者體內(nèi),取得了不錯(cuò)的治療效果。Xin 等[46]也構(gòu)建了同樣的膠原支架對(duì)IUA患者進(jìn)行治療,結(jié)果表明干細(xì)胞移植可促進(jìn)子宮內(nèi)膜再生和生育能力恢復(fù)。以上均能說明干細(xì)胞與新型生物材料結(jié)合可以提高干細(xì)胞治療效果,但各研究所使用的生物材料不同,其安全性未得到大樣本研究的證實(shí),存在諸多問題。有些生物材料在體內(nèi)不可降解,取出可能會(huì)造成二次損傷,更潛存過敏反應(yīng)和傳播疾病風(fēng)險(xiǎn)。因此,不同生物材料間安全性及有效性有待進(jìn)一步研究。值得一提的是,有研究表明MSCs外泌體和間充質(zhì)干細(xì)胞有一樣的治療效果,且應(yīng)用安全方便,未來的研究方向可能集中于MSCs外泌體與干細(xì)胞多效因子的提取,及其相關(guān)生物產(chǎn)品的制備。

3.面臨的挑戰(zhàn)

脂肪干細(xì)胞用于治療宮腔粘連面臨許多挑戰(zhàn)。首先是臨床應(yīng)用的安全性問題,雖就現(xiàn)有的研究而言尚未報(bào)道出嚴(yán)重的不良事件,但有研究表明胚胎干細(xì)胞可能與子宮內(nèi)膜增生、子宮腺肌病等的發(fā)生有關(guān),目前尚不明確脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞是否會(huì)產(chǎn)生同樣的問題[47]。有學(xué)者將干細(xì)胞作為基因和細(xì)胞治療的載體來治療腫瘤,但也有研究發(fā)現(xiàn)ASCs分泌的各種細(xì)胞因子和蛋白酶可以促進(jìn)腫瘤血管化,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活和增殖,能否用于癌癥患者尚且存在爭(zhēng)議,適用人群還有待確定[48]。其次,基于研究的限制,尚不明確脂肪干細(xì)胞的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征,如不同年齡或體重指數(shù)人群來源的干細(xì)胞是否具有明確的分化及治療潛力的差異,以及這些差異是否影響治療的效果。為了減少移植排斥反應(yīng)的發(fā)生,大多數(shù)臨床研究多為自體移植,而異體移植是否具可行性,如何降低其免疫原性還有待研究。針對(duì)不同粘連程度的患者,合適的移植劑量和移植次數(shù)也尚不清楚。最后是如何大范圍的進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化,脂肪干細(xì)胞的分離培養(yǎng)需要一定的實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件,優(yōu)化脂肪干細(xì)胞的制備流程也是亟待解決的問題。脂肪組織有創(chuàng)的獲取方式也不容忽視,存在著感染、器官損傷等風(fēng)險(xiǎn),患者的接受程度可能低。這些阻礙都限制了脂肪干細(xì)胞研究進(jìn)一步在臨床上的開展。

三、總結(jié)

ASCs的豐富性、易獲性、多譜系分化能力和分泌多種細(xì)胞因子的能力,意味著ASCs在治療IUA中具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來,已經(jīng)進(jìn)行了大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究來證實(shí)其在子宮內(nèi)膜修復(fù)的價(jià)值,且取得了一些積極成果。然而,脂肪干細(xì)胞治療宮腔粘連存在著制備方式、移植方式、治療劑量的選擇以及臨床應(yīng)用的安全性等問題。為了明確ASCs治療的效果并規(guī)范治療方案,未來需要對(duì)長(zhǎng)期安全性和有效性進(jìn)行更多研究。隨著研究的進(jìn)一步深入,脂肪干細(xì)胞會(huì)為宮腔粘連提供一條行之有效的治療方法,為IUA患者帶來福音。