干细胞在子宫内膜损伤修复中的应用

干细胞在子宫内膜损伤修复中的应用 子宫内膜再生修复障碍会导致女性宫腔粘连 闭经 不孕等问题 宫腔粘连临床处理棘手 目前尚未确切的有效治疗方法 利用干细胞修复子宫内膜的相关研究目前是国际上的热点问题 子宫内膜的再生修复与调控因素 子宫内膜再生修复的病理 修复过程包括炎症反应 组织形成 组织重塑三个阶段 电镜 子宫内膜的再生从未被退化组织覆盖的裸露基底层腺体口区域开始 上皮从其中逐渐长出 并延伸长入周围表面完整的部位 内膜表面完全再上皮化以后 腺体 间质及血管也在增殖期进行快速修复 LUDWIGH Microarchitecitureofthehumanendometriumbyscanningelectromicroscopy menstrualdesquamationandremodeling AnnalsoftheNewYorkAcademyofSciences 1992 622 28 46 子宫内膜再生修复机制的假说 1 局部残留腺上皮增殖完成内膜的再上皮化 2 间质 上皮及内皮细胞通过细胞转化重新形成内膜 3 存在于内膜间质和上皮内的干细胞分化形成新的内膜组织 研究证实 内膜中具有特殊细胞表型的W5C5 和CD146 PDGF R 细胞亚群具有多向分化和内膜重建的能力 位于内膜的基底层和功能层 子宫内膜再生的可能调控因素 月经来潮后随着雌激素水平的上升 功能层腺上皮细胞大量增殖 而基底层对激素改变的刺激不敏感 增殖不活跃 残留内膜组织可能参与了子宫内膜功能层的再生 雌激素可通过调节Wnt信号通路来促进内膜增殖生长 新生血管形成对内膜的再生修复很重要 血管内皮生长因子在月经后内膜的修复再生早期起着重要作用 纤连蛋白介导的腔上皮迁移在子宫内膜上皮修复过程中发挥了重要作用 蛋白水解酶 生长因子 转化生长因子及炎性细胞等都在内膜再生修复的过程中起重要作用 提示正常的创伤修复机制也对内膜重建起一定的作用 子宫内膜损伤或月经脱落后 薄的 功能失调或萎缩的内膜激活宫腔内残留的内膜干细胞 或者循环血中骨髓来源干细胞迁移至内膜 协助内膜的再生修复 通常子宫内膜损伤后 上皮细胞迅速再生和较轻的炎症反应使其达到完全的无瘢痕修复 但是一些内膜损伤后会形成宫腔粘连 宫腔粘连发生的可能机制 宫腔粘连的病理 子宫内膜被纤维化的间质和无活性的立方柱状上皮替代 腺体稀疏 无活性或囊样扩张 功能层和基底层不能辨别 上皮对激素刺激无反应 缺乏血管 宫腔内纤维性粘连形成 宫腔粘连发生的可能机制 1 内膜表面上皮再生延迟可能是宫腔粘连发生的重要原因 2 感染和炎症反应会抑制创伤内膜的再生 刮宫破坏了内膜屏障 缺乏上皮细胞覆盖宫腔表面 间质裸露 加上炎症反应引起水肿 炎性细胞浸润 上皮细胞坏死等 间质纤维活性增加 胶原沉积 导致子宫内膜的纤维化 从而形成宫腔粘连 3 内膜干细胞数量或功能的消失就会导致内膜薄及再生失调 较深的子宫内膜损伤累及基底层甚至肌层 使定居于子宫内膜的干细胞受损或丢失 内膜失去了再生能力 导致宫腔粘连 干细胞在宫腔粘连内膜修复中的应用 干细胞是一种具有自我更新和多向分化潜能的细胞 成体干细胞可以从骨髓 脂肪 羊水等多种组织中提取 目前已在临床上成功应用于治疗血液系统疾病和恶性肿瘤 以及皮肤 骨和软骨 膀胱等组织的修复 干细胞促进内膜再生的可能机制 1 干细胞具有分化为子宫内膜细胞的能力动物实验证明 通过制备子宫内膜条件培养液来模拟子宫内膜生长的微环境 在体外环境下添加雌激素 发现兔骨髓间充质干细胞 BMSCs 向子宫内膜上皮细胞分化 发现小鼠的BMSCs与子宫内膜间质细胞共培养 BMSCs可向子宫内膜上皮细胞方向分化 将大鼠BMSCs与子宫内膜间质细胞共培养 发现BMSCs可以向子宫内膜间质细胞方向分化 以上这些研究说明了干细胞向子宫内膜样细胞方向分化的可行性 2 干细胞具有分化为血管细胞的能力干细胞具有向损伤组织趋化和迁移的能力 且可以直接分化为血管细胞 在组织发生损伤 血管结构破坏 机体自身机制启动血管新生 这个过程需要大量的内皮细胞 周细胞和血管平滑肌细胞的参与修复 当接受干细胞移植后 干细胞能够分化为血管细胞 促进和加速损伤区域新生血管的形成 进而促进组织的修复 3 干细胞具有分泌多种生物活性分子的能力移植的干细胞进入损伤部位后可通过自分泌和旁分泌作用产生细胞因子 进而促进血管新生 损伤细胞恢复和抑制炎症 干细胞分泌的外泌体对抗凋亡基因具有上调作用 对促凋亡基因具有下调作用 从而抑制损伤细胞的凋亡 对组织的修复及再生起到重要作用 当组织损伤严重的情况下 内源性的干细胞尚不足以维持内环境的稳态 移植外源性的干细胞 也可以发挥作用 4 干细胞缺少免疫原性和具有免疫调节功能干细胞表达低水平的HLA MHCI类分子 非组成性表达MHCII类分子 不表达共刺激分子 以及不引起同种异源淋巴细胞的活化和增殖 是移植外源性干细胞的有利条件 干细胞表达功能性Toll受体 通过TLR途径调节免疫 干细胞促进子宫内膜修复的相关实验研究 Zhao等发现 通过宫腔注射骨髓间充质干细胞 可增加薄型子宫内膜大鼠的子宫内膜厚度 Jing等发现 尾静脉注射可促进薄型子宫内膜的修复 提高子宫内膜容受性 骨髓干细胞可向子宫内膜募集 并向子宫内膜的上皮细胞 间质细胞的方向分化 Alawadhi等发现 子宫内膜的机械性损伤可以促进骨髓间充质干细胞募集到宫腔粘连小鼠模型的子宫内膜 参与子宫内膜的再生修复 从而提高小鼠的受孕率 Song等在宫角损伤小鼠模型中 进行胚胎干细胞结合胶原蛋白支架的移植 发现胚胎干细胞来源的细胞可定向分化为子宫内膜上皮细胞 修复受损的子宫 恢复其结构和功能 提高小鼠的受孕率 不同子宫内膜损伤的动物模型 如薄型子宫内膜 宫腔粘连等 通过宫腔或尾静脉注射骨髓干细胞 可促进子宫内膜的上皮 间质成分增加 干细胞治疗宫腔粘连的临床应用 2011年Nagori等使用自体BMDSCs治疗了一名33岁的重度宫腔粘连患者 该患者在接受干细胞治疗前已尝试过刮宫 周期性激素治疗等 效果均欠佳 对患者行刮宫后 在超声引导下用注射器经宫颈向宫底及宫腔内注入干细胞悬液 术后辅以阿司匹林和周期性激素治疗 超声检查结果显示患者术后子宫内膜再生较好 并且 患者通过体外受精成功怀孕 随访至妊娠第8周胎儿生长良好 NAGORICB PANCHALSY PATELH EndometrialregenerationousingautologousadultstemcellsfollowedbyconceptionbyinvotrofertilazationinapatientofsevereAshermansyndrome JournalofHumanReproductiveSciences 2011 4 1 43 48 2013年 Zhao等针对反复流产导致的难治型IUA病人 常规治疗无效后 行宫腔粘连分解术 术后利用BMDSCs联合雌激素人工周期治疗 使其成功受孕 ZHAOY WANGA Intrauterinetransplantationofautologousbonemarrowderivedmesenchymalstemcellsfollowedbyconceptioninapatientofsevereintrauterineadhesions OpenJournalofObstetricsandGynecology 2013 3 3 377 380 2014年Singh等对 名宫腔镜诊断为 级宫腔粘连的生育期患者进行了自体BMDSCs治疗 她们都有继发性闭经或不育病史 且标准的宫腔镜下粘连松解术及雌激素治疗失败 在超声引导下 用穿刺针经阴道穹隆将干细胞悬液注入患者子宫宫底 前壁 后壁三处的内膜与肌层交界区 随访结果显示 治疗后 个月 所有患者的内膜厚度均较治疗前有明显增加 其中五名患者重新恢复了月经 SINGHN MOHANTYS SETHT AutologousstemcelltransplantationinrefractoryAsherman ssyndrome Anovelcellbasedtherapy JournalofHumanReproductiveSciences 2014 7 2 93 98 中科院遗传发育所戴建武团队 研制出能特异结合干细胞的胶原支架 南京鼓楼医院的胡娅莉团队与其合作通过提取患者自身干细胞 附着在可降解的生物支架材料上 用支架材料的孔隙和干细胞的分化功能完成血管组织的再生 结合传统宫腔镜的改进 实现了受损子宫内膜的功能性修复 有病人相继怀孕并顺利生产 目前这项研究仍在继续 这是干细胞在世界再生医学领域的重要成果 也是在生殖领域的成功突破 戴建武 引导组织再生智能生物材料的转化研究 生命科学 2016 28 8 907 914 问题与展望 干细胞具有广阔的临床应用前景 基于其独特的生物学功能 以干细胞为中心的再生治疗或替代治疗将为重度子宫内膜损伤的治疗带来新的希望 但是 干细胞技术向临床转化还有很多问题需要解决 如何保持干细胞经过体外大规模培养后的分化能力 遗传特征和稳定性 避免致瘤性的发生 建立与药效