間充質干細胞改善卵巢生殖衰老研究進展

宋金鑫, 譚季春

1.中國醫科大學附屬盛京醫院 生殖醫學中心,遼寧 沈陽 110022;2.遼寧省生殖障礙疾病與生育力重塑重點實驗室,遼寧 沈陽 110022

卵巢生殖衰老是卵巢功能不可逆地下降的狀態,分為生理性卵巢功能減退-卵巢衰老和病理性功能衰竭-卵巢早衰。卵巢是女性生殖及內分泌功能維持的關鍵,是不同于其他系統、較早進入衰老并快速耗竭的器官,會導致多種疾病的發生,影響女性身心健康。間充質干細胞治療是再生醫學研究和臨床應用的熱點領域,能夠改善女性生殖功能,為卵巢功能減退提供良好的治療前景。本文就間充質干細胞改善卵巢生殖衰老的研究進展作一綜述。

1 卵巢衰老

卵巢衰老包括生理性功能減退和病理性功能衰竭。卵巢生理性功能減退即卵巢衰老,以卵巢功能衰竭為特征,主要表現為卵巢內卵泡數量下降及低質量卵母細胞比例升高,呈現為生殖能力的衰退甚至喪失,并伴隨血促性腺激素水平升高、雌激素水平下降及其他臨床癥狀。病理性功能衰竭可導致原發性或繼發性卵巢早衰,即40歲之前出現絕經,因此,又稱為過早絕經,2016年歐洲人類生殖與胚胎學會在最新指南上更改為早發性卵巢功能不全。早發性卵巢功能不全的發病率約占女性的1.0%,且0.1%女性于30歲之前發病[1-4]。已知的早發性卵巢功能不全病因涉及多方面,包括遺傳、免疫、醫源性、環境及特發性不明因素等[5-7]。早發性卵巢功能不全不僅影響患者的生育前景,還會對患者的骨密度[8]、心血管、性功能、心理及認知健康產生不利影響[9]。目前,全球出生人口急劇下跌,我國2020年第七次全國人口普查顯示總生育率降至1.3[10],創歷年新低,低于國際公認的1.5警戒線。2006～2017年,女性平均初育年齡從24.3歲推遲至27.3歲[11]。越來越多的備孕女性卵巢功能減退,卵子質量差,甚至無卵子發育,導致生育力降低甚至喪失。因此,探究卵巢功能減退的影響因素、發生機制及有效的生育力保存策略對于女性生殖健康及我國“三孩”政策的實施有著重要意義。

2 卵巢功能減退的評估指標

2.1 年齡和月經周期 年齡是評估卵巢功能的直接參考指標,女性生殖能力下降始于35歲左右,因此,將預產年齡≥35歲的女性定義為高齡孕婦[12]。年齡相關的卵巢功能減退包括卵泡數量、質量的下降等。有研究報道,37～38歲是始基卵泡數減少速度加快的拐點,此后迅速下降,絕經時減至1 000個左右,因此,37歲后女性卵巢儲備驟降[13]。月經縮短2～3 d是卵巢功能下降最早出現的癥狀,月經周期縮短或經量減少之后可出現月經稀發甚至停經。年齡和月經周期是卵巢功能減退的外在表現,需進一步行輔助檢查明確診斷。

2.2 生化指標 生化指標包括卵泡刺激素、黃體生成素、雌二醇、抗苗勒管激素及抑制素B等指標。連續多次基礎卵泡刺激素、卵泡刺激素/黃體生成素、雌二醇水平的升高和抗苗勒管激素、抑制素B水平的下降均提示卵巢功能趨于下降的趨勢[14-15]?？姑缋展芗に厥茉陆浿芷诩八幬锏扔绊戄^小,對早期變化極為敏感,是評估卵巢儲備功能的最佳指標之一[16]。

2.3 影像學指標 于卵泡早期行經陰道超聲檢查計數雙側卵巢內竇狀卵泡的總數,雙側卵巢竇卵泡計數少于5～7個提示卵巢儲備功能下降;此外,卵巢體積及卵巢間質血流也可作為輔助評估指標,但效果較差[14]。

3 卵巢功能減退患者的經典療法

目前,針對卵巢功能減退患者的綜合管理主要包括激素替代治療、卵母細胞捐贈、中醫藥治療、生活方式指導和心理調控,以及輔助生殖技術等。有專家建議卵巢功能減退患者只要無用藥禁忌,就應常規采用激素替代治療[17-18],在恢復規律月經后,尚有一定的可能恢復卵巢功能。但有研究表明,長期采用激素替代治療有導致乳腺癌、子宮內膜癌、卵巢癌、中風、血栓栓塞及其他疾病的風險[19-20],因此,需仔細考慮激素替代治療的治療策略。卵母細胞捐贈技術雖然發展良好,但卵子捐贈是一大難題且涉及道德倫理等問題,無法從根本上解決早發性卵巢功能不全患者的痛苦。中醫藥治療對卵巢功能減退患者的生殖激素水平和臨床癥狀具有一定的改善作用[21]。此外,在健康教育中提倡培養良好的生活習慣、進行心理調控也十分重要。輔助生殖技術雖然已被廣泛應用,但需要促排卵獲得足夠數量的卵子才能保證活產,且獲卵數取決于患者的卵巢狀態[22]。有些藥物可作為輔助用藥改善患者的卵巢功能,如脫氫表雄酮[23]、輔酶Q10、生長激素、抗氧化劑維生素C、E及褪黑素等[24],但以上藥物常規應用尚待大樣本研究數據明確有效性和安全性。傳統方法在卵巢功能減退的治療中具有局限性,間充質干細胞治療因此備受期待。

4 卵巢功能減退的間充質干細胞治療

4.1 間充質干細胞 目前,雖然有多種方法可以挽救卵巢功能下降,但效果均不理想,除了常規治療方法外,間充質干細胞被認為是再生醫學和轉化研究中可行的替代方法。間充質干細胞具有高度自我增殖能力和多能性,免疫原性低,且具有免疫調節、抗炎和組織修復功能,被證實可以調節組織局部微環境[25]。間充質干細胞可以從多種組織中分離出來,如骨髓、臍帶、經血、羊膜、脂肪組織等。此外,間充質干細胞具有遷移至損傷部位并通過旁分泌機制來刺激修復的能力,可以治療衰老相關疾病。

4.2 間充質干細胞改善卵巢功能的臨床前研究 一項將臍帶間充質干細胞用于動物模型中的研究顯示,臍帶間充質干細胞能夠治療卵巢早衰[26]。還有研究顯示,把膠原支架上的臍帶間充質干細胞移植到卵巢中能夠增加卵巢體積和竇卵泡數量,促進顆粒細胞增殖和卵巢血管生成,改善卵巢的儲備功能[27]。Ding等[28]發現,骨髓間充質干細胞移植可改善化療所致卵巢損傷大鼠的卵巢功能和結構。有研究表明,人脂肪來源間充質干細胞移植可延長輕度和重度卵巢早衰小鼠模型的生殖壽命[29]。還有研究表明,脂肪來源間充質干細胞的外泌體通過靶向SMAD改善卵巢早衰[30]。Liu等[31]研究報道,人羊膜間充質干細胞能夠改善小鼠年齡相關性卵巢儲備減少的生殖功能。Wang等[32]研究報道,對卵巢早衰小鼠模型尾靜脈注射經血源間充質干細胞能夠增加卵泡數量,恢復性激素水平,修復卵母細胞功能,改善卵巢功能減退。有研究表明,經血源間充質干細胞來源的外泌體在體外和體內均可顯著促進卵泡發育并恢復早發性卵巢功能不全大鼠模型的生育能力,促進大鼠早期卵泡的生長和發育,促進顆粒細胞增殖的同時抑制卵巢細胞的凋亡[33]。一項動物實驗結果表明,胎盤間充質干細胞可以控制早發性卵巢功能不全大鼠模型的炎癥以改善大鼠的卵巢功能[34]。雖然,間充質干細胞對卵泡發育的作用機制尚不完全清楚,但多數學者認為間充質干細胞移植可以促進卵泡、卵子的發育和形成,減少顆粒細胞的凋亡。

4.3 間充質干細胞改善卵巢功能的臨床研究 一項病例報告表明,自體骨髓間充質干細胞移植可以改善卵泡發育,增加抗苗勒管激素水平,使圍絕經期婦女生下健康嬰兒[35]。南京鼓樓醫院將臍帶間充質干細胞聯合膠原移植到卵巢早衰患者的卵巢中,成功挽救了患者卵巢的整體功能及部分患者的生育能力[36]。有研究報道,采用自體骨髓間充質干細胞移植到卵巢的方法治療2例卵巢早衰女性7個月后,患者恢復了卵巢雌激素的產生功能及月經,提示骨髓間充質干細胞能夠提高血清雌激素水平,增加卵巢的體積并改善更年期癥狀[37]。一項卵巢早衰患者自體脂肪來源間充質干細胞于卵巢內移植的研究顯示,脂肪來源間充質干細胞可以恢復部分患者的月經周期并使其卵泡刺激素水平下降,患者治療12個月未觀察到局部或全身的不良反應,證明了干細胞移植的安全性[38]。臨床前研究和臨床研究均已證明間充質干細胞移植可以改善卵巢功能并具有安全性,干細胞治療的最新進展可能會轉化為新的治療選擇,為卵巢功能減退患者帶來新的希望。但骨髓間充質干細胞的獲得存在侵襲性和患者依從性差等問題,脂肪來源間充質干細胞和胎盤間充質干細胞也難以實現自體移植,這使其改善卵巢功能的廣泛臨床應用受到限制。與其他組織來源的間充質干細胞比較,經血源間充質干細胞可以實現周期性采集,避免有創性取材所伴隨的風險。有體外實驗證實,經血源間充質干細胞具有更強、更穩定的增殖能力,擴增一代僅需20 h左右[39],其倍增效率是骨髓間充質干細胞的2倍。有研究發現,經血源間充質干細胞在體外培養較低代數(10代以內)時,增殖能力不受供者年齡影響[40],這是經血源間充質干細胞相較于其他來源干細胞的明顯優勢[41]。因此,經血源間充質干細胞在未來可能擁有更為廣闊的臨床應用潛力。

4.4 間充質干細胞改善卵巢功能的作用機制

4.4.1 旁分泌 間充質干細胞通過分泌細胞因子發揮免疫調節、抗炎、抗凋亡、抗氧化、抗纖維化及血管生成等作用。(1)細胞因子。間充質干細胞可以分泌多種細胞因子,包括血管內皮生長因子[42]、肝細胞生長因子[43]、胰島素樣生長因子[44]等,有助于抗炎、抗凋亡、血管生成、抗纖維化及免疫調節,從而有助于卵巢修復。血管內皮生長因子可在卵泡發育期間參與卵泡激活和血管擴張以刺激促性腺激素[45];還可改善小鼠卵巢組織的血運重建、存活及卵母細胞質量[46-48]。有研究發現,卵巢卵泡液中的血管內皮生長因子與自然周期體外受精中的不孕類型有關[49]。(2)抗凋亡因子。間充質干細胞可以在恢復微血流動力學的同時合成、分泌經典的凋亡抑制蛋白來防止細胞程序性死亡,如B細胞淋巴瘤2、絲蘇氨酸蛋白激酶等[50-51]。B細胞淋巴瘤2與B細胞淋巴瘤2相關X蛋白的比值決定了細胞對病理刺激的敏感性[52]。有研究表明,人類多能干細胞-間充質干細胞衍生的外泌體不僅可以恢復早發性卵巢功能不全小鼠的血清性激素水平,促進顆粒細胞增殖,還能夠提高B細胞淋巴瘤2的表達,抑制細胞凋亡[53]。(3)抗氧化因子。有研究表明,血紅素加氧酶-1基因在臍帶間充質干細胞中過度表達,通過Jun氨基末端激酶/B細胞淋巴瘤2信號通路調節自噬,從而恢復早發性卵巢功能不全小鼠的卵巢儲備[54]。還有證據表明,移植的人骨膜間充質干細胞通過調節卵巢組織中的血紅素氧化酶-1/血紅素氧化酶-2比率來抑制受傷卵巢的氧化應激[55]。在大鼠損傷模型中,人類胎盤衍生的間充質干細胞通過降低血紅素加氧酶-1和活性氧的積累發揮抗氧化作用,從而恢復卵巢功能[56]。

4.4.2 細胞外囊泡 細胞外囊泡是活細胞分泌的直徑為50～200 nm的雙層膜性囊泡,外泌體通過傳遞多種蛋白質和非編碼RNA在細胞通信中發揮關鍵作用[57]。間充質干細胞是產生細胞外囊泡能力最強的細胞之一。與間充質干細胞比較,間充質干細胞-細胞外囊泡是一種非細胞成分,可直接與靶細胞作用發揮生物學效應,便于儲存;同時,其克服了間充質干細胞在體內長期應用突變致瘤的隱患。細胞外囊泡發揮作用主要基于以下機制:(1)促血管生成。間充質干細胞-細胞外囊泡可能通過傳遞具有血管生成功能的蛋白質調節血管生成。有研究報道,在人臍帶間質干細胞-細胞外囊泡移植4周后,早發性卵巢功能不全小鼠的卵巢血管數量顯著增加,推測人臍帶間質干細胞-細胞外囊泡誘導的血管生成因子高表達可能在恢復卵巢功能方面發揮了重要作用[58]。(2)促增殖,抑凋亡。間充質干細胞-細胞外囊泡通過調節凋亡相關基因表達發揮作用。有研究表明,間充質干細胞-細胞外囊泡可以調節磷脂酰肌醇-3-羥激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶信號通路減少凋亡蛋白的表達,增加抗凋亡蛋白,增強卵巢功能[59]。(3)調節炎癥。有學者發現,羊水衍生的外泌體可上調Smad-4和Smad-6,下調轉化生長因子-β和白細胞介素-10,從而促進組織修復[60]。

5 總結與展望

干細胞治療技術在其他領域的探索及臨床研究為改善卵巢功能減退帶來了巨大希望,是最新熱門研究領域。盡管這些方法在動物研究方面有著良好的記錄,但其臨床實施仍處于起步階段,缺乏安全性保證。未來應更深入地進行臨床研究并努力為絕大多數患者制定個性化的治療計劃,以解決生育挑戰。雖然,卵巢中是否存在卵巢干細胞仍有爭議,但通過外源途徑給予干細胞,使卵巢處于干細胞營造的微環境,可能對于改善卵巢功能是合理且有前景的方法。卵巢功能減退不僅造成生育力下降,還會引起各種圍絕經期癥狀,給女性的身心健康帶來很大的危害。干細胞研究及技術突破為延緩卵巢衰老、保護女性生育力提供了新的思路,有望成為預防及治療衰老導致的生殖系統疾病的有力手段。