成體干細(xì)胞在泌尿系統(tǒng)疾病重建中的應(yīng)用

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摘要：干細(xì)胞是目前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)方向。干細(xì)胞具有自我更新及定向分化的潛在能力。近年來(lái)，干細(xì)胞移植治療在治療壓力性尿失禁和膀胱損傷方面已成為研究重點(diǎn)，不同來(lái)源的干細(xì)胞在治療膀胱損傷已取得矚目的研究成果。干細(xì)胞對(duì)陰莖勃起神經(jīng)和海綿體血管內(nèi)皮細(xì)胞起著修復(fù)保護(hù)作用。干細(xì)胞具有向多種譜系細(xì)胞轉(zhuǎn)化的能力來(lái)治療壓力性尿失禁。干細(xì)胞移植為泌尿系統(tǒng)的神經(jīng)肌肉疾病的修復(fù)重建提供了一條新途徑，使認(rèn)為不可修復(fù)的的神經(jīng)肌肉疾病的結(jié)構(gòu)修復(fù)和組織重建成為可能。干細(xì)胞包括脂肪干細(xì)胞（adipose-derivedstemcells,ADSCs)、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bonenarrowmesenchymalstem，BMSCs）和肌源性干細(xì)胞（muscle-derivedstemcell，MDSCs）等。組織工程學(xué)是一類(lèi)交叉學(xué)科，主要包括綜合細(xì)胞培養(yǎng)、材料構(gòu)建和細(xì)胞種植等。組織工程技術(shù)為泌尿外科臨床醫(yī)師提供了一條修復(fù)乃至重建受損臟器的新思路。本文就利用干細(xì)胞作為種子細(xì)胞，對(duì)膀胱缺損、壓力性尿失禁、勃起功能障礙泌尿系疾病的組織工程修復(fù)進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：干細(xì)胞；組織工程技術(shù)；尿路重建；泌尿外科

前言

干細(xì)胞是低分化或未分化的細(xì)胞，其具有自我更新、高效增殖能力和多向分化潛能的細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞分化過(guò)程，干細(xì)胞的分化階段可以分為以下四類(lèi)：1）、全能干細(xì)胞（受精卵），2）、多潛能干細(xì)胞（胚源性干細(xì)胞），3）、多能干細(xì)胞（成人干細(xì)胞），4）、單能干細(xì)胞（祖細(xì)胞）[1]。多能干細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，是體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一種未分化細(xì)胞.骨髓、肌組織、血管內(nèi)皮、皮膚及脂肪等處可以通過(guò)一定方式獲取多能干細(xì)胞，從而避免了獲取胚胎干細(xì)胞時(shí)的倫理問(wèn)題。因?yàn)槎嗄芨杉?xì)胞不會(huì)轉(zhuǎn)化為惡性表型，降低了植入體內(nèi)后形成畸胎瘤的風(fēng)險(xiǎn)，多能干細(xì)胞引起了醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注[2]。在泌尿系修復(fù)與重建中用常常用到多能干細(xì)胞。干細(xì)胞包括脂肪干細(xì)胞（adipose-derivedstemcells,ADSCs)、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bonenarrowmesenchymalstem，BMSCs）和肌源性干細(xì)胞（muscle-derivedstemcell，MDSCs）等。ADSCs是一種從脂肪組織基質(zhì)中極易分離得到的成體干細(xì)胞，ADSCs具有增殖能力強(qiáng)、多向分化潛能并且不涉及免疫排斥的優(yōu)勢(shì)[3]。脂肪組織在人體內(nèi)來(lái)源廣泛，獲取簡(jiǎn)便，ADSCs可以通過(guò)抽脂及傳代培養(yǎng)從中獲取，不僅具有穩(wěn)定的體外多代增殖能力，而且在不同的誘導(dǎo)因子作用下，ADSCs可以向脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及胰島細(xì)胞分化，并且可以分泌多種促血管生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子及抗凋亡因子并且作為基因治療的靶細(xì)胞具有抗炎抗氧化作用[4]。BMSCs是一種能夠自我增殖，可自體移植和較強(qiáng)的橫向分化潛能和可塑性的成纖維細(xì)胞，可以分化成內(nèi)胚層細(xì)胞、中胚層細(xì)胞和外胚層細(xì)胞。例如在體內(nèi)外可以分化為肌細(xì)胞，肝細(xì)胞，成骨細(xì)胞，軟骨細(xì)胞，脂肪細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞等多種細(xì)胞。許多研究室經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)BMSCs的亞群包括多能成體祖干細(xì)胞、骨髓來(lái)源成人多向誘導(dǎo)細(xì)胞和小胚胎樣干細(xì)胞，這些亞群都具有BMSCs的異質(zhì)性并且可能是那些可以分化為內(nèi)外胚層細(xì)胞、已經(jīng)確定好譜系的細(xì)胞來(lái)源[5]。MDSCs作為一種存在成體肌肉組織中具有良好的自我更新和增殖能力的自體成體干細(xì)胞，在細(xì)胞移植和基因治療方面具有廣闊的前景。骨骼肌中分離出兩種細(xì)胞，一種是僅能分化成肌源性組織的骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞；另一種是具有干細(xì)胞功能的MDSCs，存在于骨骼肌肌纖維外面，是一種分裂能力很強(qiáng)的肌細(xì)胞。與肌衛(wèi)星細(xì)胞比，不僅能促進(jìn)肌組織再生，還能分化成成骨骼肌纖維和包括肌肉、脂肪、骨、軟骨等中胚層類(lèi)型及包括神經(jīng)樣細(xì)胞在內(nèi)的外胚層細(xì)胞。因在泌尿外科疾病中這三種細(xì)胞發(fā)揮著重大作用，在下文中將著重論述。

1膀胱的修復(fù)重建

膀胱腫瘤、慢性膀胱炎、膀胱結(jié)核或創(chuàng)傷等很多臨床上常見(jiàn)的膀胱疾病都會(huì)導(dǎo)致膀胱功能障礙或結(jié)構(gòu)缺損，臨床上常常用腸道來(lái)替代膀胱進(jìn)行修補(bǔ)作為常規(guī)的治療方案。但由于腸道和膀胱在解剖結(jié)構(gòu)和功能上的差別，所以術(shù)后效果往往不盡如人意，許多并發(fā)癥如粘液性液體的產(chǎn)生、電解質(zhì)紊亂、尿路結(jié)石形成、腫瘤復(fù)發(fā)也相繼發(fā)生。干細(xì)胞治療技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用為膀胱解剖結(jié)構(gòu)缺損及功能障礙的修復(fù)重建提供了基礎(chǔ)。Zhu等[6]研究發(fā)現(xiàn)ADSCs可以用來(lái)修復(fù)重建膀胱組織，首先將培養(yǎng)好的ADSCs種植在膀胱無(wú)細(xì)胞基質(zhì)移植物（bladderacellularmatrixgrafts，BAMGs)上，然后取24只雄性成年白兔，分別在膀胱表面切除1.5×1.5cm的缺損處，再將雄性成年白兔隨機(jī)分成兩組，實(shí)驗(yàn)組將種植ADSCs的BAMGs用5-0薇橋縫合于膀胱缺損處，對(duì)照組則將無(wú)ADSCs的BAMGs以相同方式縫合于膀胱缺損處。并于4、12、24周時(shí)每組分別定期處死四只白兔，用膀胱回流造影的方法檢測(cè)，觀察到實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組的膀胱形態(tài)更加接近正常膀胱形態(tài)，并且膀胱容量較術(shù)前和對(duì)照組均有提高，分別為3.31%和5.65%。在組織學(xué)上種植有ADSCs的BAMGs表現(xiàn)出同周邊正常膀胱組織相同的光滑肌肉組織，ADSCs促進(jìn)新生的血管形成和神經(jīng)細(xì)胞增殖。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)體內(nèi)外誘導(dǎo)的方式ADSCs能向膀胱平滑肌細(xì)胞（smoothmusclecell，SMC)分化，SMC可以表達(dá)平滑肌特異性的標(biāo)志物并具備收縮和舒張的功能，可以用于修復(fù)重建膀胱基層缺損。LiuG等[7]將ADSCs植入膀胱周?chē)窠?jīng)缺損的小鼠模型中，經(jīng)過(guò)組織學(xué)檢查分析得出植入ADSCs的受損膀胱周?chē)窠?jīng)纖維數(shù)量，軸突直徑和髓鞘厚度較模型組顯著提高。研究表明脂肪干細(xì)胞可以促進(jìn)膀胱周?chē)窠?jīng)損傷的修復(fù)重建。對(duì)于膀胱神經(jīng)損傷的治療有著重要性的幫助。提高膀胱貯存和排泄尿液的功能對(duì)于無(wú)論是患有先天性或者獲得性膀胱缺損的患者來(lái)說(shuō)膀胱組織再生是最理想并最可行的應(yīng)用。而在組織再生中，一項(xiàng)重要的進(jìn)展就是確定MD-SCs可以向組織特殊分化方向進(jìn)行誘導(dǎo)[8]。在特定培養(yǎng)基中培養(yǎng)的MDSCs經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的誘導(dǎo)分化，通過(guò)免疫學(xué)分析可以得到平滑肌細(xì)胞表型、染色陽(yáng)性的α平滑肌肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白等平滑肌細(xì)胞特征性標(biāo)志[9]。Tian等[10]研究發(fā)現(xiàn)在一個(gè)聚乳酸纖維三維支架上可以將MDSCs分化培養(yǎng)為平滑肌細(xì)胞。Anumanthan等[11]報(bào)道了將14只大鼠膀胱間充質(zhì)組織與小鼠股骨、脛骨來(lái)源的MDSCs復(fù)合后植入小鼠腎被膜下，12周后通過(guò)免疫組化染色可見(jiàn)小鼠MDSCs來(lái)源的尿路上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步證明了在適當(dāng)誘導(dǎo)環(huán)境下，MDSCs能夠向內(nèi)胚層起源的尿路上皮細(xì)胞分化誘導(dǎo)。

2尿失禁的干細(xì)胞治療

尿失禁是由于神經(jīng)功能障礙或膀胱括約肌損傷而喪失排尿自控能力，使尿液不自主地流出。女性最常見(jiàn)的尿失禁按照癥狀可分為壓力性尿失禁、急迫性尿失禁及壓力急迫混合性尿失禁。根據(jù)流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)：女性人群中23%-45%有不同程度的尿失禁，7%左右有明顯的尿失禁癥狀，其中約50%為壓力性尿失禁。壓力性尿失禁（stressurinaryincontinenceSUI）是指在體力活動(dòng)或咳嗽打噴嚏等腹壓增加時(shí)不自主的尿液漏，45歲到65歲的婦女10%～80%患有SUI。最新的證據(jù)表明"括約肌單元"異常是導(dǎo)致SUI最重要的因素，這種"括約肌單元"包括尿道外括約肌，平滑肌層，神經(jīng)元，血管叢，粘膜下層和上皮細(xì)胞。尿道及括約肌單位的萎縮、結(jié)締組織的變化、尿道周?chē)难汗嘧⒑蜕窠?jīng)元質(zhì)量的改變均促進(jìn)SUI的發(fā)展[12]。最新實(shí)驗(yàn)研究表明[13]在尿失禁大鼠模型的膀胱外周注射ADSCs，可觀察到ADSCs可促進(jìn)平滑肌細(xì)胞分化及膠原蛋白含量的升高并可提高尿道排尿的功能。Wu等[14]研究發(fā)現(xiàn)將ADSCs移植入SUI模型大鼠尿道中，2周后對(duì)實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組進(jìn)行尿動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，干細(xì)胞移植組與對(duì)照組相比，大鼠的膀胱最大容量得到明顯改善并恢復(fù)到正常大鼠最大膀胱容量，移植組大鼠的腹壓漏尿點(diǎn)壓升高、最大尿道閉合壓和功能性尿道長(zhǎng)度也得到顯著升高。Jack等[15]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用大鼠體內(nèi)自身的脂肪組織分離培養(yǎng)出ADSCs，并將ADSCs移植入大鼠膀胱和尿道中，可以觀察到ADSCs不僅僅可以存活并且還可以分化成平滑肌細(xì)胞[16]。給脂肪組織提取細(xì)胞注射熒光標(biāo)記物，12周后將檢測(cè)被熒光標(biāo)記物標(biāo)記脂肪干細(xì)胞注射到大鼠的膀胱和尿道中，一定時(shí)間后對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組大鼠進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)ADSCs已混入到有活性的平滑肌細(xì)胞中。在另一項(xiàng)研究中，ADSCs以可降解生物微球形式注射到損傷的大鼠尿道周?chē)珹DSCs可化為有功能的平滑肌并可維持近似正常的漏尿點(diǎn)壓和逆行性尿道灌注壓力。張[17]等實(shí)驗(yàn)表明在給患有2型糖尿病的SUI大鼠尾靜脈和逼尿肌注射ADSCs，治療后的SUI大鼠膀胱排泄功能明顯改善，并且2型糖尿病SUI大鼠粘膜層凋亡細(xì)胞數(shù)目減少，粘膜下毛細(xì)血管網(wǎng)的完整性也得到明顯提高，并且這兩種治療效果無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此靜脈注射AD-SCs為臨床上治療SUI提供了可行性。Yamamoto等[18]報(bào)道了2例根治性前列腺切除術(shù)后SUI患者，經(jīng)尿道周?chē)⑸銩DSCs治療，12周后取得了比較理想的治療效果，表明自體ADSCs尿道周?chē)⑸渲委烻UI是安全可行的。為了提高移植后干細(xì)胞的成活，一些研究將生長(zhǎng)因子與干細(xì)胞共移植，尤其將稀釋的生長(zhǎng)因子與干細(xì)胞共移植，顯著提高了干細(xì)胞成活率，提高控尿效果[19]。

3勃起功能障礙的干細(xì)胞治療

勃起功能障礙是男性常見(jiàn)疾病，勃起功能障礙（erectiledysfunction，ED）是指男性持續(xù)性或反復(fù)發(fā)作性的難以達(dá)到和維持陰莖勃起，進(jìn)而無(wú)法完成性交或滿(mǎn)意性活動(dòng)的病理現(xiàn)象。陰莖的勃起依賴(lài)于一系列正常的神經(jīng)和血管性反應(yīng)，包括正常的性心理反應(yīng)，正常的內(nèi)分泌、神經(jīng)和血管功能等，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的異常都有可能導(dǎo)致ED的發(fā)生。患者出現(xiàn)ED的直接原因是陰莖海綿體神經(jīng)（CN）損傷所引起的勃起神經(jīng)反射中斷，并且在CN損傷后，陰莖海綿體組織中的平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞凋亡數(shù)目增加，海綿體平滑肌纖維數(shù)量減少?gòu)亩又亓薊D的發(fā)生[20]。GuitingLin等[21]將自體分離培養(yǎng)的ADSCs注射到受損的大鼠陰莖海綿體內(nèi)，5周后經(jīng)測(cè)量表明實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組海綿體的壓力明顯增加。實(shí)驗(yàn)證明ADSCs在特定的培養(yǎng)基誘導(dǎo)下，ADSCs在體外可以分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等。胰島素樣生長(zhǎng)因子和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體（IGF/IGFR）通路參與血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化，有利于ADSCs促進(jìn)神經(jīng)性勃起功能障礙的恢復(fù)。Kim等[22]通過(guò)純化、濃縮、基因轉(zhuǎn)染將從雌性大鼠的骨骼肌內(nèi)分離培養(yǎng)出MDSCs注入雙側(cè)陰莖海綿體神經(jīng)損傷的大鼠陰莖海綿體內(nèi)，經(jīng)過(guò)4周的治療與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組的最高海綿體內(nèi)壓和神經(jīng)標(biāo)記蛋白基因產(chǎn)物9.5都有極大的提高。組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)移植后的MDSCs可與平滑肌細(xì)胞相互融合進(jìn)而改善陰莖的勃起功能。邱雪峰等[23]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)向雄性大鼠腹腔內(nèi)注射鏈脲佐菌素誘導(dǎo)制備成糖尿病性ED，并將分離培養(yǎng)的第三代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植到糖尿病性ED大鼠左側(cè)的陰莖海綿體內(nèi)。糖尿病ED治療組較未治療組大鼠的ICP顯著提高，陰莖海綿體組織結(jié)構(gòu)也得到明顯改善，勃起明顯提高。Muammer等[24]研究發(fā)現(xiàn)給雙側(cè)陰莖海綿體神經(jīng)損傷的大鼠陰莖內(nèi)注射P75dMSCs，除了假組，實(shí)驗(yàn)組與其他組比較不僅僅表達(dá)出較高的海綿體內(nèi)壓力，而且p75dM-SCs分泌表達(dá)的堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子經(jīng)ELISA結(jié)果表明可保護(hù)促進(jìn)損傷后的海綿體神經(jīng)修復(fù)。Bivalacqua等[25]將用含有eNOS基因的腺病毒轉(zhuǎn)染后的大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞注入大鼠陰莖海綿體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)rMSCs注入陰莖海綿體陰莖后至少可存活21天，并且無(wú)炎癥反應(yīng)。海綿體內(nèi)注射eNOS基因修飾的rMSCs后大鼠勃起功能在第7天和第21天，都有明顯改善，而未注入修飾的MSCs，第21天勃起功能才有明顯提高。兩者均伴有移植細(xì)胞內(nèi)皮的平滑肌特異標(biāo)記物免疫染色陽(yáng)性。

4小結(jié)與展望

綜上所述，在組織工程學(xué)的應(yīng)用中，干細(xì)胞為臨床患者帶來(lái)了新的希望。干細(xì)胞對(duì)于泌尿外科疾病如膀胱損傷、壓力性尿失禁、陰莖勃起功能障礙等常見(jiàn)疾病的修復(fù)重建有著極其重要的意義。干細(xì)胞通過(guò)其特殊的分化誘導(dǎo)成脂肪干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和肌源性干細(xì)胞來(lái)完成對(duì)神經(jīng)的修復(fù)及組織的重建。多能干細(xì)胞作為種子細(xì)胞在治療泌尿外科疾病已經(jīng)進(jìn)入臨床階段，多能干細(xì)胞在治療泌尿系統(tǒng)疾病具有著巨大的應(yīng)用前景，雖然仍然有一些問(wèn)題亟待解決如干細(xì)胞應(yīng)用時(shí)的倫理問(wèn)題和轉(zhuǎn)化時(shí)帶來(lái)的致瘤性風(fēng)險(xiǎn)，但相信在不久的未來(lái)可以看到更多干細(xì)胞在泌尿外科領(lǐng)域中的應(yīng)用。

作者:花永亮 單位:哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院泌尿外科三科