间充质干细胞促进子宫内膜修复的研究进展——从理论到临床

蒋芷荷,孙冬岩

子宫解剖结构的内层,即子宫内膜,对正常的生殖周期、母体对妊娠的识别及母体与胚胎的相互作用起着重要作用[1]。育龄期妇女子宫内膜的严重损伤通常伴随着薄型子宫、内膜纤维化或宫腔粘连(interuterine adhension,IUA)的形成[2],表现为无症状的条索状粘连、月经减少及闭经。研究表明IUA患者中大约50%有继发性不孕或习惯性流产史[3]。目前IUA的主要治疗方法是宫腔粘连分离术(trans-cervical resection of adhesion,TCRA),对于轻中度患者疗效尚可,但部分重度IUA则难以修复且容易发生再次粘连,导致胚胎移植不易着床、再次自然流产、胚胎停育等。因此,需要寻找一个治疗IUA的新的、可行有效的方法。文献查询发现,间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)有向子宫内膜迁移、分化的潜能,这为受损子宫内膜修复提供了新思路。因此,笔者检索了中国知网、万方、Pubmed等数据库中近10年的MSCs治疗IUA的研究进展并进行归纳整理。

1 子宫内膜的修复

1.1 子宫内膜的生理修复

育龄期女性在正常生理情况下,受下丘脑-垂体-卵巢的内分泌调节轴的雌孕激素序贯作用,发生子宫内膜功能层的周期性修复与剥脱,为妊娠做好前期准备。其中子宫内膜腔上皮修复是非雌激素依赖性的,而间质血管修复则是雌激素依赖性的。通过以上过程子宫内膜在正常生理下达到完全无痕化修复,即完全再生[4]。

1.2 子宫内膜的损伤后修复

宫腔操作、感染及某些药物的使用等,一旦导致子宫内膜基底层受损,使细胞和腺体再生障碍、新生血管形成受损,子宫内膜就难以实现完全再生[5]。临床上可表现为:① 再生不良,例如薄型子宫,子宫内膜厚度≤7 mm;② 纤维性修复,导致宫腔粘连,子宫失去正常形态和功能,甚至造成宫腔封闭。

TCRA,即宫腔镜下经宫颈电刀或冷刀机械性分离宫腔内粘连带,目前是诊断和治疗IUA公认的金标准,术后可放置宫内节育器、Foley导管或生物材料,常联合使用一些辅助药物治疗方法,主要涉及两方面:一是促进子宫内膜再生修复,如雌激素[6];二是增加子宫内膜血流,如阿司匹林及西地那非[7]。对于轻中度IUA具有较好疗效,但重度IUA复发率高达62.5%[8]。

近年来,在探寻IUA治疗新方法的过程中,许多研究者认为子宫内膜损伤后修复困难,可能与子宫内膜基底层的干细胞数量减少、缺失,或功能受损有关[9]。

2 间充质干细胞

干细胞是一组具有多向分化和自我更新潜能的未成熟原始细胞群,可分为胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)和成体干细胞(adult stem cell)。人类胚胎干细胞具有致瘤性、免疫排斥性,且涉及医学伦理和法律方面的问题。而非造血成体干细胞中的MSCs,具有低免疫原性、自我更新能力和多向分化能力,能在PDGF、FGF-2、TGF-b、EGF、SDF-1和Dkk-1等刺激条件下,在体外增殖[10]、分化为间充质细胞(MC)及各种组织细胞[11],迁移到受损区域与细胞相融合,分泌多种因子和趋化因子来支持组织修复,表现出血管生成、抗凋亡、抗炎等作用[12],因此被大量用于受损后子宫内膜修复相关研究。

3 间充质干细胞修复子宫内膜

3.1 试验及应用

从体外细胞实验、动物实验到临床试验,从定性实验到机制研究,目前已有充分的研究证明MSCs能促进子宫内膜修复,且具有一定的临床前景(详见表1)。

表1 间充质干细胞修复子宫内膜的相关实验及临床应用

3.2 安全性

最近十余年间,MSCs治疗的潜力和前景被高度期待,目前全球有超过1 200个注册的MSCs临床试验。与所有新兴的医疗技术一样,患者的安全始终是第一位的。最近的一项系统综述和荟萃分析重新评估了55项随机对照试验和2 696例患者,结果表明MSCs治疗持续表现出良好的安全性[27]。

3.3 治疗效果

为了比较MSCs与TCRA治疗IUA的效果,表1所述的一期临床试验中研究者们选择至少经历过一次宫腔镜粘连松解失败的尝试,平均2～3次宫腔镜手术尝试的复发性IUA导致继发性不孕或胚胎移植失败的患者为纳入标准。在这些TCRA失败的患者中,MSCs的治疗取得了较好的疗效,平均半数左的患者右成功妊娠,但标准化治疗方法的缺失使得成功率波动较大。另外,Liu等[19]研究证明,MSCs治疗IUA较雌激素效果更佳,而邵康[28]研究则证明,阿司匹林在中重度IUA术后的综合治疗中联合使用,可有效促进子宫内膜的恢复,但对妊娠率并无明显影响。

3.4 机制

已有的实验和研究表明,MSCs能够通过直接和间接两种方式修复子宫内膜。直接方式包括定向分化等,间接方式则包括调节免疫反应和旁分泌效应[29]。

如表1所示,MSCs具有定向分化成子宫内膜上皮和基质细胞的能力。研究表明MSCs在自身免疫和炎症过程的治疗中具有一定作用,MSCs可以抑制T细胞增殖和树突状细胞分化,并调节B细胞功能[30];能抑制促炎细胞因子的分泌,增加受损细胞的存活,调节树突状细胞、巨噬细胞和单核细胞的细胞因子分泌,并诱导巨噬细胞向抗炎细胞的转变[31]。MSCs的旁分泌则具有抗炎、抗纤维化、抗凋亡以及促进血管再生等效应[32]。

为进一步研究内在机制,研究者们进行了MSCs信号转导通路的相关研究。细胞的信号转导是指生物学信息在细胞间或细胞内转换和传递,并产生生物效应的过程,本质上就是细胞和分子水平的功能调节,是生理功能调节的基础,也是许多人类疾病的分子基础。

(1)PI3K/AKT 信号通路:Wang等[33]研究表明,人脐带间充质干细胞外泌体(hUCMSC-Exos)能上调Bcl-2水平,下调Cleaved Caspase-3水平,激活PTEN-PI3K/AKT信号通路,调控细胞增殖和抗凋亡。

(2)TGF-β1/Smad3 信号通路:Yao等[34]的研究发现,BMSC衍生的Exo参与损伤子宫内膜的修复,其作用与BMSC相似,可能通过下调TGF-β1/Smad信号通路调控损伤子宫内膜纤维化修复。

(3)JAK/STAT3信号通路:Sun等[35]研究证明,UCMSCs过表达miR-455-5p通过调节SOCS3介导的JAK/STAT3信号通路,促进ESCs的增殖和细胞周期进程,减轻子宫内膜损伤,促进受损子宫内膜的修复。

(4)Wnt/β-Catenin信号通路:Yuan等[36]通过建立兔IUA模型,发现雌激素支持BMSCs向EECs分化,抑制上皮细胞-间充质转化(EMT)和子宫内膜纤维化,增加β-catenin和C-myc的表达。

(5)EGF/Ras p21通路:Zhao等[37]研究证明,MenSCs能够诱导EECs的增殖和侵袭,刺激EGF、PDGF、FGF、MMP3、VEGF和TGF-β1的表达,但对细胞凋亡没有影响。

(6)VEGF 信号通路:Shi等[38]发现circ6401能与miR-29b-1-5p结合,阻止其降低RAP1B的水平,激活VEGF信号通路,促进血管生成并刺激ESCs的增殖。

(7)Notch信号通路:Zhang等[39]研究表明,Notch信号的激活能更好地维持子宫内膜间充质基质/干细胞(eMSC)处于静止状态,并使其根据微环境中的Notch和Wnt活性重新进入细胞周期。

(8)Hippo/TAZ信号通路:Zhu等[40]研究证明,Hippo信号能被MenSCs激活,从而导致TAZ磷酸化,使其核输出和细胞质保留,TGFβ信号通路被抑制,进而下调纤维化基因的表达。

(9)p38 MAPK信号通路:Zhu等[41]发现,MenSCs可显著恢复受损ESCs的增殖和迁移能力,抑制ESCs凋亡,上调P-AKT、P-p38、VEGF和β-catenin蛋白表达。

(10)NF-κB 信号通路:Hua等[42]发现hUCB-MSCs能明显降低NFKB1 mRNA表达及NF-κB-p65蛋白水平。

(11)ERK信号通路:Zhang等[43]研究发现MenSCs条件培养基可以激活AKT和ERK通路,促进细胞增殖、迁移和血管生成[43]。

综上所述,实验证明MSCs能够通过上调或抑制多个信号通路,促进子宫内膜细胞增殖、抑制细胞凋亡,促进血管的生成、抑制纤维化产生,从而产生修复子宫内膜的效应。

4 间充质干细胞修复子宫内膜的治疗现状

在目前实验研究基础上,许多研究者对于MSCs的具体治疗方式进行了不同的实验尝试。从3D打印细胞支架、水凝胶复合物负载,到雌激素联合、中药联合等方式,均证明了联合治疗较单独MSCs治疗IUA更具疗效。其中中药联合具有容易获得、种类繁多、使用简单、安全性高等优点,且研究证明中药对MSCs生物活性有促进作用[44],这为下一步研究提供了新的方向。

5 小结

MSCs修复子宫内膜的研究在基础研究及临床应用方面均已取得了一定进展,一方面实验证明大部分不同来源的MSCs均能促进子宫内膜修复,另一方面多个信号通路均能作用该过程,产生定向分化、调节免疫反应和旁分泌效应等,从而产生修复效果。但MSCs的提取存在一定难度,具体的治疗方法也缺乏标准化,临床试验的不足更是让人对该治疗方法的疗效心存疑虑。因此,下一步研究方向可能从以下几方面入手:① 进一步阐明MSCs促进子宫内膜修复的机制;② 研究MSCs的更优制备方法及标准化治疗;③ 从治疗IUA的各种中药方剂中筛选出联合MSCs治疗的单方或复方进行临床推广。总之,MSCs治疗中重度IUA,细胞及动物实验结果丰富,临床应用报道例数不多,但仍为IUA的治疗提供了新方向。

利益冲突作者均声明不存在任何利益冲突。