干細胞治療女性壓力性尿失禁的研究進展

黃國濤 洪 莉 何 勇 趙芷晗 左曉虎 韓武岳

根據國際尿控協會定義,在膀胱逼尿肌松弛狀態下,由于腹壓增加導致不自主的尿液溢出稱為壓力性尿失禁(stress urinary incontinence, SUI)。流行病學研究顯示,全球約有2億尿失禁患者,其中約1/2患者為SUI[1];我國成年女性 SUI患者的患病率約為18.9%,而年齡為50～59歲的SUI患者的患病率高達28.0%,并隨人口老齡化而逐年上升[2]。該疾病是一個國際化、社會化的健康問題,嚴重影響女性患者的社會活動和身心健康。

干細胞在醫學領域具有其獨特的優勢。首先,干細胞可以在體外進行高質量分離,并且具有分化成其他類型細胞的潛力。它們是非專能細胞,具有自我更新特性,每個子細胞可以保持未分化狀態,且在適當的條件下,可以誘導其分化為具有特定功能的組織細胞。再者,研究表明干細胞具有抗菌、抗炎、促進血管生成、抗氧化應激以及抗凋亡等作用[3, 4]。此外,自體干細胞移植能夠降低免疫排斥的風險。因此,理論上利用干細胞的多向分化潛能,可以誘導其分化為成肌細胞,從而解決尿道括約肌功能障礙的問題。本文總結了干細胞治療SUI的相關研究進展,并討論了其在SUI治療中的挑戰。

一、干細胞在壓力性尿失禁治療中的類型

近年來,骨骼肌、脂肪組織、骨髓和尿液等衍生的干細胞被廣泛應用于基礎研究,以探究治療SUI的最佳策略。目前關于干細胞植入尿道括約肌治療SUI的大多數論文都集中在動物實驗上。此外,本文也總結了部分臨床研究,并證實干細胞對于治療SUI具有一定成效。

1.肌肉源性干細胞(muscle-derived stem cells, MDSCs)的植入治療:MDSCs是肌衛星細胞的前身,其可以分化為肌肉和骨骼,并促進軟骨愈合[5]。臨床上肌肉組織來源豐富,在局部麻醉下就能夠大量獲取MDSCs。MDSCs最初來源于人體骨骼肌活檢組織,并經過體外擴增后注入尿道括約肌以治療SUI。研究顯示自體肌肉來源的細胞能夠成功整合到尿道組織中,并在短期內恢復尿道括約肌功能[6, 7]。但由于肌肉來源的干細胞增殖能力相對較弱,通常需要反復注射細胞以達到治療效果。此外,治療效果會隨時間顯著降低。

近年來報道了許多關于MDSCs植入治療SUI的研究。Lee等[8]報道稱,相較于注射牛膠原蛋白,向失陰部神經的大鼠注射MDSCs可以顯著改善尿道括約肌功能,恢復漏尿點壓和閉合壓。此外,在大鼠體內注射MDSCs能夠促進肌管和肌纖維的形成,且自體肌源性干細胞能夠恢復受損的尿道括約肌功能,達到初始閉合壓力值的80%[9]。綜上所述,MDSCs植入治療SUI在動物水平得到了較好驗證。臨床上,Carr等[10]報道了8例女性SUI患者(42～65歲)的1年隨訪情況,這些患者均在局部麻醉下接受了MDSCs注射治療。結果顯示5位(62.5%)女性患者的SUI癥狀有顯著改善,其中1位實現了SUI癥狀完全消除。需要注意的是,活檢過程異常痛苦,且需要進行多次肌肉活檢才能獲得足夠數量的MDSCs,這勢必會導致患者依從性差。此外,細胞收集過程操作不規范會增加患者感染風險。

2.脂肪源性干細胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)的植入治療:ADSCs在臨床應用中具有較大優勢,具體包括:①來源充足,可以通過常見的手術大量獲取脂肪組織;②脂肪組織中ADSCs含量高,1g脂肪組織可以獲得約1.5×107個ADSCs;③增殖能力強,在低血清培養基中也具備快速增殖的能力;④患者對重復采樣的耐受性非常高。Fu等[11]成功地從大鼠腹股溝脂肪組織中分離了ADSCs,并在體外用5-Aza誘導ADSCs分化為成肌細胞。隨后,將誘導的ADSCs注入大鼠的后尿道肌層,隨訪結果表明,ADSCs可用于治療SUI。

近年來,關于ADSCs植入治療SUI的實驗研究顯著增加。Lin等[12]研究發現,在SUI大鼠模型中,通過尿道/靜脈注射ADSCs顯著改善了大鼠的尿流動力學,且能夠使彈性蛋白和平滑肌含量顯著增加。Silwal等[13]報道,在尿道凍傷的兔模型中,與無細胞對照組比較,自體ADSCs植入能夠重建植入部位的平滑肌。且在植入后第14天,漏尿點壓顯著改善。由此,臨床前研究證實了ADSCs植入治療SUI的可行性。臨床上,Kuismanen等[14]提出將ADSCs和膠原蛋白凝膠聯合,并通過膀胱鏡經尿道植入尿道括約肌以治療女性SUI。結果顯示,60%患者經治療后噴嚏試驗為陰性,40%患者在1年的隨訪中SUI癥狀有所改善。Arjmand等[15]分別通過經尿道和經陰道兩種途徑將自體ADSCs植入到尿道周圍區域以治療10例女性SUI患者,并通過尿墊測試、ICIQ-SF評分和Qmax測量等方法證實治療效果顯著。此外,在一項ADSCs治療女性SUI的前瞻性、非隨機的Ⅰ～Ⅱa期臨床試驗中,5例女性患者(50%)的客觀改善大于50%,主觀改善從基線提高了70%～80%[16]。綜上所述,ADSCs植入治療SUI具有很大潛力。

3.骨髓間充質干細胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cell, BMSCs)的植入治療:BMSCs是骨髓內存在的一類非造血干細胞,其分布于體內多種組織和器官,且具有多向分化潛能,能夠向內皮細胞、成骨系細胞、脂肪細胞、成纖維系細胞以及網狀細胞等分化[17]。BMSCs具有明顯優勢:①容易獲得足夠數量的細胞用于治療;②固有的黏附性使其易于貼壁生長;③可誘導尿道括約肌再生修復。

Corcos等[18]研究發現,在SUI動物模型中,尿道周圍植入BMSCs可以恢復受損的尿道括約肌,并顯著改善漏尿點壓。Gunetti等[19]研究發現,在缺乏免疫抑制的情況下,BMSCs可以存活超過4個月,并且可以遷移到纖維間的肌肉和神經肌肉終板中。Kim等[20]利用自體BMSCs治療雌性SUI大鼠。具體操作:體外培養BMSCs并誘導分化,隨后植入雌性大鼠去神經支配的尿道括約肌。結果顯示,植入BMSCs 4周后,漏尿點壓和閉合壓均顯著改善,且植入的BMSCs對肌肉特異性標志物表現出較強的免疫反應性。此外,在神經肌肉雙重損傷的SUI模型中,BMSCs可通過其細胞上清液的分泌蛋白組分發揮治療作用,恢復受損部位彈性纖維密度和陰部神經束[21]。綜上所述,多項研究成果充分證實了BMSCs用于治療SUI的可行性。然而,類似于MDSCs,自體骨髓的提取過程同樣異常痛苦。并且侵入性手術需要在麻醉下收集大量骨髓樣品以獲得足夠的BMSCs,這將增加并發癥發生風險。

4.尿源性干細胞(urine-derived stem cells, USCs)的植入治療:USCs不需要借助酶消化來維持細胞的生長,因此,相較于其他類型的干細胞更容易獲得足量的USCs,且USCs具有較強的體外增殖能力。再者,尿液樣本的選擇不受患者年齡的局限,這極大地提高了獲取來源,且患者耐受良好。此外,有研究表明,尿液具有急性細胞毒性,能夠損害植入體內的BMSCs的細胞活性,而USCs具有優于其他類型干細胞的抗尿液毒性的能力[22]。有研究顯示,高達75%的USCs可以在尿液中存活24h,同時保留其原有的干細胞特性[23]。因此,USCs可能是基于干細胞療法的最有希望的細胞來源。

Wu等[24]從6個健康個體(年齡為3～27歲)的31個尿液樣本中分離出USCs,用含有小鼠血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)基因的腺病毒載體轉染尿干細胞,并通過Ⅰ型膠原蛋白凝膠皮下注射到無胸腺小鼠中。結果表明,在轉染的尿干細胞中存在更多的神經纖維和血管內皮生長因子,而VEGF的過表達增強了USCs的肌源性分化。類似地,Liu等[25]將合成的藻酸鹽微珠和USCs包埋在Ⅰ型膠原蛋白凝膠中,并通過皮下注射到裸鼠中。結果顯示,生長因子可以從微珠中持續釋放,延長植入的干細胞存活時間,促進血管生成和神經再生,并在體內促進成肌譜系細胞的生長。由此可見,表達VEGF的USCs和Ⅰ型膠原蛋白凝膠聯合注射有望通過促進肌肉再生修復來治療SUI,并最終應用于臨床。

二、干細胞在壓力性尿失禁治療中的挑戰

盡管在多項基礎實驗中報道了干細胞療法具有顯著療效,并且在SUI的治療應用方面具有巨大潛力,但在臨床轉化過程中仍然存在許多挑戰:(1)植入的干細胞存活壽命相對較短,研究表明,細胞外基質的分離引起的細胞凋亡、缺血以及炎性反應等可能是導致在植入后第一周觀察到細胞死亡的主要原因[26]。(2)年齡是利用生物工程技術獲得足量優質肌肉樣本的主要制約因素[27],如何擴大樣品來源是我們未來需要努力的主方向之一。此外,隨著年齡的增長,尿道組織的神經密度逐漸下降,而組織中神經密度的下降與橫紋肌密度的降低密切相關[28]。再者,神經密度下降與肌肉細胞數量減少也具有很強的相關性[28]。然而,目前針對SUI干細胞療法的研究大部分集中在修復尿道括約肌和促進血管再生,而忽略了周圍神經的修復再生。(3)目前國際上缺乏干細胞治療的細胞劑量的統一標準,干細胞療法需要的細胞數量從(0.5～128.0)×106個不等,尚需確定最合適的細胞劑量。(4)有研究顯示干細胞移植能夠增加體內腫瘤轉化的風險,因此需要進行后續研究以確保干細胞移植治療的安全性[29, 30]。(5)理想的SUI動物模型更能準確地還原疾病發生、發展過程。SUI疾病的發生、發展是一個慢性過程,而上述提及的SUI動物模型基本都是基于離斷陰部神經法或陰道球囊擴張法建立的,這無法真正模擬大多數SUI患者的病理生理過程。Pauwels等[31]建立了慢性SUI大鼠模型,結果顯示,在整個研究期間,尿道移位組的所有大鼠均不斷漏尿,而陰道擴張組的多數大鼠自發恢復控尿能力(1～2周內),因此需要重復陰道擴張以確保成功建立SUI模型。為了更好地還原SUI的發生、發展過程,建議在基礎實驗中應更多地采用慢性SUI動物模型。

三、展 望

SUI是一種廣泛存在于中老年女性的疾病,傳統的外科治療方法創傷大、成本高,術后并發癥和復發率高,且主要針對重癥患者。以干細胞為基礎的細胞療法的出現勢必為SUI的治療提供新的思路。已發表的數據表明,干細胞移植作為SUI的治療手段具有極其廣闊的應用前景,目前已在進行臨床試驗。但目前仍然缺少最佳的SUI治療方法。需要進行更多的臨床前研究以確定干細胞注射的最佳時機和途徑。此外,干細胞最佳類型的選擇,SUI動物模型,干細胞的植入位置,干細胞的劑量以及長期的安全性和功效等許多基本問題還需要進一步研究。