干细胞治疗子宫内膜损伤性不孕不育
撰文│吴美贤 谢敬
编辑│陈圆圆
审校│汤红明
子宫内膜在胚胎发育和妊娠过程中对胚胎着床起着重要作用。结合动物实验以及临床试验数据，干细胞在促进薄型子宫内膜修复方面的能力不容忽视，或可为不孕不育家庭带来新的希望。
据世界卫生组织统计，全世界有6,000~8,000万人无法生育，占据育龄人口的15%~20%。虽然现代辅助生殖技术的迅猛发展为解决许多不孕不育家庭提供了有效方法，但仍有许多夫妇因各种原因无法正常生育。成功受孕不仅需要良好的胚胎同时也需要子宫内膜提供着床基础，而薄型子宫内膜是现代辅助生殖技术中胚胎着床失败的重要原因之一，发病率约为2.4%。
合适的子宫内膜厚度是成功受孕的重要前提之一，子宫内膜是高度再生的组织结构，主要由功能层和基底层组成。且随着生理周期生长、转化、剥落和再生修复不断循环再生。在月经期，子宫内膜厚度约为1~4mm，卵泡期为4~8mm，而分泌期达到最厚，约为7~14mm，一般临床认为卵泡期子宫内膜厚度小于7mm为薄型子宫内膜（Thin Endometrium，TE）。而随着炎症、刮宫清宫等宫腔手术操作逐渐增加导致子宫内膜损伤，子宫内膜再生障碍引发的薄型子宫内膜是女性不孕的重要原因。在辅助生殖中，目前对于该类患者没有良好的治疗方案，常用的方法是通过雌孕激素的联合用药来促进子宫内膜的生长，但是临床效果并不理想。近年来随着干细胞研究的迅猛发展，用干细胞移植的手段来修复受损子宫内膜也逐渐引起相关领域科学家的关注。下文主要介绍了不同来源干细胞及外泌体在TE治疗方面的应用。
01
胚胎干细胞(ESCs)
ESCs来源于胚胎阶段囊胚的内细胞团，具有自我更新和分化潜能。研究表明，人胚胎干细胞(hESCs)可被诱导形成子宫内膜上皮，参与子宫内膜的发育，当与小鼠子宫内膜基质细胞共培养时，会诱导其雌激素、孕激素受体、细胞角蛋白、上皮细胞黏附分子（EPCAM）、CA125、β-微管蛋白的表达，表明其有可能分化子宫内膜细胞。小鼠胚胎干细胞(mESCs)的体外分化显示mESCs可以表达子宫内膜干细胞(hEDSCs)标记物，这表明mESCs可能分化为间充质细胞(MSCs)。虽然没有报道子宫内膜细胞直接从ESCs分化，但它们的全能性使其有希望成为TE治疗的候选细胞。然而，由于ESCs具有全能性，在体内形成肿瘤的风险较高，极大限制了其临床应用。
02
骨髓间充质干细胞（BMSCs）
BMSCs属于成体干细胞，一直是细胞治疗和再生医学很好的种子细胞。2004年，Taylor等证明子宫内膜细胞可以来源于供体骨髓细胞，并显示非子宫干细胞有助于子宫内膜组织的再生。在薄型子宫内膜动物模型中注射BMSCs可提高子宫内膜的厚度，且BMSCs移植后，整合素α、γ、β3和白血病抑制因子(LIF)水平恢复正常。目前已有临床尝试对子宫内膜Asherman综合症患者进行BMSCs移植治疗，临床效果表明子宫内膜厚度有增加，且纤维化水平有所改善，这表明外源性补充的干细胞有望成为应用于薄型子宫内膜修复等疾病的新方法。然而，BMSCs的获取过程具有侵袭性，需进行骨髓穿刺，会对身体造成一定伤害。此外，BMSCs的数量较少，仅占骨髓有核细胞总数的不到1%，且随着年龄的增长，BMSCs的分化潜能明显下降，这些因素限制了其在TE治疗中的应用。
03
人脐带间充质干细胞( hUC-MSCs)
hUC-MSCs是一种来源于新生儿早期发育脐带中具有自我更新和多向分化能力的多能干细胞。hUC-MSCs因获得渠道丰富以及低免疫原性、高增殖和分化能力，无伦理争议和稳定的生物学特性使得其广泛应用于临床治疗。1991年，Mc Elreavey从脐带基质中分离出来的UC-MSCs，其在内源性生长因子、功能蛋白、细胞因子、外源性雌激素和子宫内膜基质细胞分泌的生长因子的共同作用下，倾向于分化为子宫内膜腺上皮样细胞。在IUA大鼠子宫中，hUC-MSCs移植增加了子宫内膜厚度和腺体数量，同时纤维化组织数量减少。Xu L等人建立了胶原降解的支架/UC-MSCs结构，并将其移植到瘢痕子宫患者体内，发现移植后患者子宫内膜和肌层厚度增加，瘢痕周围血管改善。更重要的是恢复了子宫的功能，使患者能够成功受孕。这给TE患者的临床治疗带来了希望。不过，hUC-MSCs的使用涉及体外培养和增殖，这也为其临床应用带来了安全控制问题。
04
人子宫内膜干细胞（hEDSCs）
研究表明，子宫内膜中存在能够增殖的多能性干细胞。Smalley等人指出，在增殖阶段，子宫内膜上皮细胞的克隆形成能力增加，而在分泌阶段基质细胞的活性更强，这表明在内膜中可能存在基质/间充质干细胞。在子宫内膜中分离出的侧群细胞包含两类细胞群体，一种包含上皮细胞(CD9+)，另一种包含上皮细胞和基质细胞(CDl3+)。所以，可通过鉴定侧群细胞表达的内皮细胞标志从而识别子宫内膜内皮祖细胞，且这些细胞可分化为子宫内膜腺上皮细胞、间充质细胞和内皮细胞。2007年，Masuda等人将人子宫内膜上皮和基质混合细胞异种移植到NOD/SCID小鼠中，混合细胞可再生成腺体和基质，表明部分子宫内膜细胞可在体内保持自我更新能力，且具有较强的增殖能力和分化潜能。尽管hEDSCs已被应用于临床，但人类或小鼠子宫内膜干细胞的具体标记物尚不明确。Schwab等人通过表面分子标记CD146 和PDGFRβ从子宫内膜分离出hEDSCs，主要分布在功能层以及基底层的血管周围处，且表达与血管形成相关的基因。尽管通过单个基因标记分离子宫内膜干细胞可大大提高分离效率，但细胞的特异性标记不同、成分复杂以及分离和纯化程序给分离带来了更大的挑战，需要进一步的科学研究探明。
05
干细胞外泌体
间充质干细胞在组织修复中的作用机制已成为研究热点。由于移植的干细胞数量有限，移植之后真正到达受损区域的干细胞数量很少且增殖率低，这意味着移植的干细胞并不能代替子宫内膜细胞，使越来越多的学者倾向于认为干细胞的旁分泌作用可能才是发挥修复功能的主导作用。因此，关于干细胞分泌的生物因子和一些可溶性因子的研究得到了广泛的关注。外泌体是一种脂质膜结构，含有特定的蛋白质、脂质和核酸，可介导细胞间信号传导，影响细胞功能。已经证明外泌体对各种疾病都有一定的疗效，如减少心肌梗死面积、促进肾脏损伤修复，调节免疫反应等，这表明外泌体有望成为临床治疗的新方向。研究已经证实干细胞外泌体可招募血管内皮细胞，促进其增殖、迁移和血管生成，从而改善宿主血液补充和组织损伤修复。外泌体在组织修复中的作用机制仍有待发现，与细胞相比，外泌体具有更安全、稳定、易于保存、无免疫原性（即异体移植不存在免疫排斥反应）等无可比拟的优势，使其成为干细胞研究的新热点。向损伤部位注射干细胞中分离的外泌体将为TE治疗提供一种新的方法，具体的疗效以及机制仍待以后被挖掘。
06
总结
子宫内膜在胚胎发育和妊娠过程中对胚胎着床起着重要作用。TE可阻碍受精卵的正常着床和发育，是女性不孕的主要原因之一。结合动物实验以及临床试验数据，干细胞在促进TE修复方面的能力不容忽视。然而，目前对其治疗机制和人群反应还没有系统的研究，其治疗效果可能有多种原因：①干细胞分化为子宫内膜上皮细胞和基质细胞；②子宫内干细胞与体细胞之间的细胞相互作用，促进血管生成，阻碍剩余子宫内膜干细胞的凋亡；③血管内皮细胞分泌的营养因子。女性子宫内膜的厚度和容受性是成功妊娠的重要因素。因此，不管是来自内细胞团，还是骨髓、脐带或者子宫内膜等的干细胞，若能促进子宫内膜再生，都可为因TE不孕的女性带来治疗希望。考虑到诸如易获取、无创采集、丰富和低免疫排斥等因素，hUC-MSCs和hEDSCs作为TE治疗子宫内膜再生的种子细胞脱颖而出。尽管临床试验取得了进展，但许多问题仍未解决，在大规模临床实践之前需要做更多的研究。
研究员
谢敬
同济大学生命科学与技术学院
现任同济大学生命科学与技术学院以及同济大学附属东方医院再生医学研究所研究员、博士生导师。主要研究领域为组蛋白介导的表观遗传学机制对干细胞命运调控的研究。在美期间，与包括诺贝尔奖得主 Dr. Eric Betzig 在内多位世界一流的科学家开展合作，将超高分辨率显微成像技术（Super resolution imaging）、单分子分析（Single molecule analysis） 等前沿技术应用于研究中。主要论著发表在Cell、Science、Trends in Cell Biology等多个国际著名学术期刊上，并获多项美国科技专利授权。
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