2021年間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在女性生殖系統(tǒng)修復(fù)中的研究進(jìn)展

1、2021 年間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在女性生殖系統(tǒng)修復(fù)中的研究進(jìn)展（全文）間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem ，MSC是一類來源于多種成體組織的多能干細(xì)胞，以其遷移能力強(qiáng)大、分化潛能多元、免疫原性低、組織來源廣泛且便于體外分離擴(kuò)增等優(yōu)勢在組織及器官損傷性疾病的治療中得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。外泌體作為 MSC 旁分泌作用的主要方式之一，在 MSC 發(fā)揮療效應(yīng)中扮演著十分重要的角色。外泌體不僅能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞間的物質(zhì)運(yùn)輸和信息交流，更攜帶有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及核酸等多種生物活性成分，并能高效穿透多種生物屏障，進(jìn)而改變靶細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)及基因表達(dá)，使其發(fā)展成一種高效的藥物載體和基因治療制劑。更重要的是MSC

2、 外泌體能夠模擬并發(fā)揮母細(xì)胞 MSC 的能有效促進(jìn)組織再生能力，調(diào)節(jié)損傷局部的免疫反應(yīng)，從而成為 MSC 治療的潛在替代方案。目前，對于 MSC 外泌體在婦產(chǎn)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究也初露端倪，其在促進(jìn)子宮內(nèi)膜修復(fù)、治療早發(fā)性卵巢功能不全 premature ovarianinsufficiency，POI和多囊卵巢綜合（polycystic ovary ，PCOS）、輔助壓力性尿失禁（stress urinary incontinence，SUI手術(shù)治療及加速陰道手術(shù)創(chuàng)面修復(fù)等方面均展現(xiàn)出較大的治療潛能。因此，本文聚焦 MSC 外泌在女性生殖系統(tǒng)修復(fù)中的作用及其機(jī)制，歸納分析其 應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展，

3、綜述如下。一、 外泌體的生物學(xué)性狀MSC 是 世紀(jì) 60 年由 Friedenstein 在骨髓中發(fā)現(xiàn)的一種成體多能干細(xì)胞1，近年來在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注。最初多 MSC 的治療作用歸因于其歸巢和分化能力，然而隨后的多數(shù)研究結(jié)果提示，在體內(nèi)自然狀態(tài)下 MSC 定植于損傷組織局部的持續(xù)時(shí)間通常很短，且不能在非誘導(dǎo)條件下高效轉(zhuǎn)分化為器官的實(shí)質(zhì)細(xì)胞成分，這表明 MSC 的主要治療作用可能主要由其旁分泌機(jī)制介導(dǎo) 2?3。近期的研究提出，外泌體作為 MSC 旁分作用的主要方式之一，在 MSC 發(fā)揮其治療作用中扮 演著十分重要的角色 。外泌體是細(xì)胞外囊泡的重要亞分類指細(xì)胞向胞外分泌的一種具有單層膜結(jié)構(gòu)

4、的納米級(jí)囊泡。外泌體主要起源于細(xì)胞體系統(tǒng)，經(jīng)由多泡體內(nèi)的腔內(nèi)囊泡與細(xì)胞質(zhì)膜融合后向細(xì)胞外排出而產(chǎn)生，其內(nèi)含有參與其運(yùn)輸?shù)乃拇慰缒さ鞍准易澹ㄈ?CD63、CD81、CD9 等）和熱休克蛋白（HSP）族（如 HSP60、HSP70 、HSP90 等，及與其發(fā)生過程相關(guān)的特異性蛋白如外泌體標(biāo)志物之一 Alix 白、腫瘤易感基因 101（TSG101）、同線蛋白 syntenin）、泛素和網(wǎng)格蛋白等等 5?6。在體內(nèi)，包括 MSC 在內(nèi)的幾乎所有類型的細(xì)胞均能產(chǎn)生外泌體，并廣泛存在于多種體液及組織間液中7。外泌體的粒徑在 nm，在透射電鏡下觀察呈茶托樣結(jié)構(gòu)離純化后可在 80 穩(wěn)儲(chǔ)存數(shù) 8。二、 外泌體

5、參與組織損傷修復(fù)的優(yōu)勢及潛在機(jī)制與直接應(yīng)用 MSC 進(jìn)行治療的手段相比，基于 MSC 外泌體的無細(xì)胞治療不僅能夠模擬 MSC 多種生物學(xué)特性，其更易于穿透體內(nèi)的多種生物屏障并在血液循環(huán)中流通，穩(wěn)定性強(qiáng)且致瘤性低，還規(guī)避了細(xì)胞治療潛在的倫理障礙，在臨床應(yīng)用中無需擴(kuò)增、便于儲(chǔ)存、易于控制給藥劑量，因而具有更高的安全性及便捷性；此外，與單獨(dú)應(yīng)用某種細(xì)胞因子相比，因 MSC 外泌包含多種脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸成分，在促進(jìn)組織修復(fù)及再生中可發(fā)揮多重復(fù)合效應(yīng)，使療效更佳9?10。目前的大量研究結(jié)果顯示MSC 外泌體在包括心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肝損傷、腎損傷和促進(jìn)骨和軟骨的再生等多種疾病的治療研究中療效顯1

6、1?15因此， MSC 外體在再生醫(yī)學(xué)的研究及應(yīng)用中前景廣闊。MSC 外泌體富含多種其母細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的蛋白質(zhì)及核括 mRNA微小 RNA ，miRNA）、miRNA 前體和其他非編碼 RNA成分可被毗鄰及遠(yuǎn)隔損傷組織或器官內(nèi)的靶細(xì)胞攝取內(nèi)吞從而將 MSC內(nèi)的生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至靶細(xì)胞內(nèi)，并調(diào)節(jié)其下游靶基因和信號(hào)通路的表達(dá)4。此外，通過對 MSC 進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦砘瘲l件刺激或基因工程改造，其所分泌釋放的外泌體內(nèi)容物成分可發(fā)生較大的變異，使 MSC 外體更加適應(yīng)不同器官組織及病理變化的需求，增強(qiáng) MSC 及其泌體的療效 16?，F(xiàn)有的研究表明， MSC 外泌體在組織再生和器官保護(hù)中的作用是通 過多重途徑和機(jī)

7、制發(fā)揮的，包括：（1）誘導(dǎo)靶器官內(nèi)細(xì)胞重編程及分化；（2）加速損傷組織內(nèi)的血管新生；（3）抑制靶細(xì)胞內(nèi)凋亡基因的轉(zhuǎn)錄；（4）促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重塑和抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；（5）緩解損傷局部的炎癥和免疫反應(yīng) 17。三、 外泌體在女性生殖系統(tǒng)修復(fù)中的作用雖然關(guān)于 MSC 外泌體促進(jìn)全身各器官組織損傷修復(fù)的研究已不鮮見，但在婦產(chǎn)科領(lǐng)域的相關(guān)研究仍處于起步階段，主要集中在以下幾個(gè)方 面。1.促進(jìn)損傷子宮內(nèi)膜修復(fù)：宮腔粘連（ adhesions是子宮膜損傷性疾病，是婦科的常見病，目前基于 MSC 細(xì)胞治療可有效逆轉(zhuǎn)子宮內(nèi)膜纖維化并加速損傷的子宮內(nèi)膜再生，從而改善宮腔粘連的預(yù)后，因而逐漸在宮腔粘連分離術(shù)后的多種輔

8、助治療手段中脫穎而出18，但其中的作用機(jī)制尚未明確。近期的多項(xiàng)研究結(jié)果顯示，外泌體能夠模擬并發(fā)揮 MSC 的功 能，有效促進(jìn)損傷的子宮內(nèi)膜修復(fù)。Ebrahim 等19通過在 IUA 大鼠模型的損傷內(nèi)膜局部注射臍帶MSC 外體同時(shí)予或不予口服雌激素以探索臍帶 MSC 外泌體的療效，病理檢查和免疫組化的結(jié)果顯示，單獨(dú)臍帶 MSC 外泌體組和臍帶MSC 外體服雌激素組的內(nèi)膜腺數(shù)量顯著增多內(nèi)膜纖維化的面積顯著減少，炎癥相關(guān)細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子（TNF?）、白細(xì)胞介素IL、IL?6 等和纖維化相關(guān)標(biāo)志物如轉(zhuǎn)化生長因子（TGF?）、矮化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子 （RUNX2）、型膠原蛋白collagen）等的表達(dá)水

9、平均較對照組顯著降低，而血管新生相關(guān)的標(biāo)志物血管內(nèi)皮生長因子 ）表達(dá)水平較對照組顯著升高；這表明，臍 MSC 外泌體結(jié)合口服雌激素可有效改善內(nèi)膜纖維化、促進(jìn)內(nèi)膜血管新生、緩解損傷內(nèi)膜局部的炎癥。無獨(dú)有偶，子宮來源的 MSC 外泌體也可加速 IUA 大鼠的膜細(xì)胞增殖、改善內(nèi)膜纖維化，從而發(fā)揮出與其母細(xì)胞相同的療效；更重要的是，相較于 MSC，MSC 外泌體促進(jìn)損傷內(nèi)膜的血管新生起效更快，進(jìn)而加速損傷內(nèi)膜的修復(fù)過20外用骨髓 MSC 外泌體治療 IUA新西蘭兔模型也觀察到相同的療效，不僅發(fā)現(xiàn)骨髓 MSC 外體的療效與骨髓 MSC 相同察到骨髓 MSC 外泌體可逆轉(zhuǎn) TGF? 誘的兔子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞

10、的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，并通過調(diào)節(jié) TGF?1/轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Smad 通路速兔損傷子宮內(nèi)膜的修復(fù)過程 21。Xiao 等22進(jìn)一步對骨髓 MSC 外泌體抑制子宮內(nèi)膜纖維化的分子機(jī)制進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)骨髓 MSC 外泌體可在大鼠損傷內(nèi)膜的局部釋并轉(zhuǎn)運(yùn)至毗鄰的內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)其攜帶和轉(zhuǎn)運(yùn) miRNA?340（miR?340可發(fā)揮逆轉(zhuǎn)內(nèi)膜 維化并加速內(nèi)膜無瘢痕修復(fù)的作用?？梢?， 外泌體可通過加速子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖、促進(jìn)內(nèi)膜的血管新生及逆轉(zhuǎn)內(nèi)膜纖維化等多種途徑推動(dòng)損傷內(nèi)膜的修復(fù)進(jìn)程，同時(shí)有望替代現(xiàn)有的 MSC 治療發(fā)展成為加速損傷后內(nèi)膜重建的無細(xì)胞治療藥物。2.改善卵巢功能不全及 PCOS 癥POI 是

11、1 種以月紊亂促性腺激素及低雌激素為特點(diǎn)的臨床綜合征，尤其是由于婦科惡性腫瘤年輕化的趨勢，放化療及手術(shù)所致的醫(yī)源性POI 的發(fā)病呈現(xiàn)增多趨勢 23?24。為此，近期的項(xiàng)研究針對不同組織來源的 MSC 及其外泌體在改善卵巢功能及恢復(fù)生殖能力等方面的療效及機(jī)制進(jìn)行探索。在體外，臍帶 MSC 外泌體能被化療誘導(dǎo)的損傷卵巢顆粒細(xì)胞攝取，下調(diào)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，上調(diào)其 DNA 損傷修復(fù)相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，表明臍帶 MSC 泌體能通過抑制化療損傷所致的卵巢顆粒細(xì)胞凋亡而改善 POI25。在體內(nèi)，進(jìn)一步的研究通過化療誘導(dǎo)小鼠 POI 模型，給予尾靜脈注射臍帶 MSC 外泌體驗(yàn)證其療效，結(jié)果顯示，外泌體組

12、的卵泡數(shù)量和卵巢血管生成增多，可有效恢復(fù)動(dòng)情周期，血管新生相關(guān)的細(xì)胞因如蛋白激酶 （Akt酸化 （p?AKTVEGF、胰島素樣生長因 和血管生成素等達(dá)水平上調(diào)明臍 MSC外泌體在體內(nèi)還通過磷脂酰肌醇 3 激酶（PI3K）/Akt 路調(diào)節(jié)卵巢內(nèi)的血管生成進(jìn)而改善 POI 小的卵巢功能26。此外，脂 MSC 外泌體也能發(fā)揮相似的功效且能通過調(diào)節(jié) Smad 信號(hào)通路在體內(nèi)及體外抑制POI 卵巢顆粒細(xì)胞的凋亡善 POI 小鼠血清性激素水平和卵巢儲(chǔ)備功能27。還有研究對骨髓 MSC 外泌體改善卵巢功能的分子機(jī)制進(jìn)行了初探，結(jié)果顯示，骨髓 MSC 外泌體通過轉(zhuǎn)運(yùn) MSC 內(nèi)的 ，體內(nèi)，預(yù)防化療誘導(dǎo)的卵泡閉

13、鎖，改善卵巢儲(chǔ)備功能；在體外，通過在轉(zhuǎn)錄后水平抑制損傷的卵巢顆粒細(xì)胞內(nèi) PTEN 基因的表達(dá)從而抑制其凋亡， 協(xié)助重建卵巢功能 28。此外，脂肪 MSC 外泌體對 PCOS 所致的卵巢功能失調(diào)也有一定的療效，其通過轉(zhuǎn)運(yùn) MSC 內(nèi)表達(dá)的 至卵丘細(xì)胞，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制程序性細(xì)胞死亡蛋白 4（PDCD4）的表達(dá)而促進(jìn)卵丘細(xì)胞的增殖、抑制其凋亡而改善小鼠血清性激素水平異常緩 PCOS 癥29。由此可見， 外泌體能夠改善多種病因所致的卵巢功能紊亂及不全， 為重建卵巢生育力提供了新的方向。3.輔助 SUI 的手術(shù)治療SUI 主要是由于尿道括約肌功能障礙和盆底肌肉松弛薄弱所造成的，目前基于 MSC 的細(xì)胞

14、治療能夠輔助 SUI 手術(shù)治療，可有效加速盆底組織的重建30。而近期的研究顯示 MSC 外泌同樣具備治療 SUI 的力。脂肪 MSC 外泌體能上調(diào) SUI 者尿道周圍成纖維細(xì)胞內(nèi)膠原合成相關(guān)基因（如 col1a1、TIMP?1、TIMP?3 等基）的表，同時(shí)抑制膠原降解相關(guān)蛋白酶如基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）1 和 MMP?2 等的表達(dá)，從而提高尿道周圍結(jié)締組織內(nèi)膠原蛋白的含量為善 SUI 相癥狀提供有利的分子基礎(chǔ)31。而另 1 項(xiàng)關(guān)研究顯示，脂肪 MSC 外泌體還能刺激骨骼肌細(xì)胞和 Schwann 細(xì)胞的增殖，隨后的蛋白組學(xué)分析指出，骨骼肌和神經(jīng)的再生及增殖相關(guān)通路（如 PI3K/Akt 、JA

15、K/STAT 、WNT ）參與其中。進(jìn)一步的相關(guān)動(dòng)物研究顯示，局部注射人脂肪 MSC 外體能顯著改善 SUI 模型大鼠的膀胱容積和漏尿點(diǎn)壓力提高尿道中橫紋肌纖維和外周神經(jīng)纖維的數(shù)量，且外泌體組的療效略好于 MSC 組使外泌體在未來替代 MSC 輔助 SUI 治療為可能 32。此外，尿液 MSC 泌體也可在 SUI 大鼠模型中發(fā)揮同樣的療效還能在體外通過細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激路促進(jìn)肌衛(wèi)星細(xì)胞激活和增殖速恥尾肌損傷修33可見MSC 外泌體可通過加速盆底肌肉結(jié)締組織的修復(fù)改善 SUI 癥狀， 但更多相關(guān)的分子機(jī)制仍有待探討。4.加速陰道手術(shù)創(chuàng)面的修復(fù)下生殖道畸形整復(fù)手術(shù)后所致的陰道創(chuàng)面損傷常因愈合緩慢而成

16、為臨床術(shù)后護(hù)理及功能恢復(fù)的難題。有研究發(fā)現(xiàn)，臍帶 MSC 能夠加速陰道缺損大鼠角化鱗狀上皮細(xì)胞的增殖，增加陰道組織的彈性；更重要的是，共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，臍帶 MSC 通過其旁分泌途徑，而不是轉(zhuǎn)分化途徑增強(qiáng)陰道上皮細(xì)胞活性并推動(dòng)其細(xì)胞周期的進(jìn)展這提示臍帶 MSC外泌體在此過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)臍帶 MSC外泌體分離提取后加至陰道上皮細(xì)胞培養(yǎng)體系中，可顯著促進(jìn)其增殖、抑制其凋亡呈現(xiàn)劑量依賴性的特點(diǎn)后的高通量測序和基因本）分析還發(fā)現(xiàn)，臍帶 MSC 泌體中占比較高的 miR?100 、miR?21 和 miR?143 等 miRNA 及其下游信號(hào)通路可能是加速陰道上皮細(xì)胞增殖的重要分子基礎(chǔ) 35。因此，MSC 外泌體也為 加速陰道損傷修復(fù)及再生提供了潛在的新途徑。、望MSC 泌體為女性生殖系統(tǒng)損傷及退行性病變的治療提供了新的途徑，但將現(xiàn)有的干細(xì)胞治療向 MSC 外泌體治療過渡