夏漫城 雙衛(wèi)兵

尿源干細(xì)胞（urine-derived stem cells，USCs）是指從尿液中提取的具有干細(xì)胞特性的成體干細(xì)胞，需經(jīng)分離、培養(yǎng)及鑒定等多個環(huán)節(jié)獲得，該類細(xì)胞具有旁分泌特性[1-2]。USCs 具有良好的增殖能力及多向分化潛能，可經(jīng)誘導(dǎo)分化為功能性平滑肌細(xì)胞和尿道上皮細(xì)胞等，旁分泌特性則體現(xiàn)在可分泌生長因子、細(xì)胞因子和核糖核酸等活性物質(zhì)的外泌體上[3-4]。此外，USCs 也可通過免疫調(diào)節(jié)作用促進(jìn)泌尿生殖系統(tǒng)的組織修復(fù)[5]。與骨髓、脂肪、羊水和肌肉等來源的干細(xì)胞相比，USCs 具有安全無創(chuàng)、取材方便、價格低廉、操作簡單和倫理問題少等優(yōu)勢[2]。

自2008年首次報道從人的尿液中提取出USCs 以來，陸續(xù)有學(xué)者應(yīng)用尿液中提取出的USCs在泌尿生殖系統(tǒng)再生領(lǐng)域進(jìn)行了一系列的研究[6]。盡管USCs的相關(guān)研究尚處于初級階段，USCs對泌尿生殖系統(tǒng)的組織重建及修復(fù)的生物學(xué)機制尚不完全明確，但是為再生醫(yī)學(xué)及組織工程學(xué)在泌尿生殖系統(tǒng)等方面的發(fā)展發(fā)揮了積極的推動作用。本文就USCs在泌尿生殖系統(tǒng)再生領(lǐng)域的研究進(jìn)展綜述如下。

一、USCs 與腎臟修復(fù)

腎臟是最難再生的器官之一，Choi 等[1]研究表明USCs 可作為腎臟再生良好細(xì)胞來源，USCs 或USCs 外泌體有望用于急性腎損傷、慢性腎病、糖尿病腎病和原發(fā)性腎病綜合征（primary nephrotic syndrome，PNS）等情況下的腎臟修復(fù)[5]。

Tian 等[7]在腎缺血（再灌注）損傷大鼠體內(nèi)注射了綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)的USCs 與水凝膠的混合物，于腎小管上皮內(nèi)檢測到了USCs；相比于對照組，USCs 治療組血清肌酐和尿素氮水平、腎小管損傷評分、凋亡細(xì)胞數(shù)量降低，而增殖細(xì)胞數(shù)量增加，IL-10和TGF-β1 等抗炎因子的mRNA表達(dá)水平上調(diào)，但I(xiàn)FN-γ和IL-1β 等促炎因子的mRNA表達(dá)水平降低。這些結(jié)果提示USCs 可促進(jìn)腎臟修復(fù)并改善缺血性急性腎損傷后的腎功能。此外，USCs對慢性腎病大鼠的腎功能及腎臟的組織學(xué)形態(tài)具有改善作用，USCs 還可用于治療糖尿病腎病等糖尿病相關(guān)的并發(fā)癥，且低氧預(yù)處理可促進(jìn)USCs對糖尿病腎病的修復(fù)[8-10]。石冬梅等[11-12]成功建立了PNS兒童USCs 分離培養(yǎng)的方法，并發(fā)現(xiàn)PNS 患兒體內(nèi)存在2 種不同形態(tài)的USCs，與正常的USCs 相比，從PNS 兒童提取的USCs在形態(tài)、自我更新能力、腎系標(biāo)志物表達(dá)和自噬水平等方面都存在差異，這為指導(dǎo)USCs 用于兒童PNS 治療提供了理論基礎(chǔ)。

Jiang 等[13]研究USCs 外泌體在早期預(yù)防糖尿病腎病的作用，在體實驗發(fā)現(xiàn)，靜脈注射USCs 外泌體可阻止足細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞凋亡，抑制糖尿病大鼠caspase-3 過表達(dá)，并增加腎小球內(nèi)皮細(xì)胞增殖；離體實驗顯示，USCs 外泌體可以減少高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞凋亡，USCs 外泌體還含有與血管再生和細(xì)胞存活有關(guān)的活性物質(zhì)，包括生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β1、血管生成素和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7 等[13]?？梢?，USCs 外泌體可通過抑制足細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管再生和細(xì)胞存活來預(yù)防糖尿病性腎病。

二、USCs 與輸尿管修復(fù)

一項將USCs 應(yīng)用于兔輸尿管重建的實驗顯示：將USCs 體外分化得到的尿路上皮細(xì)胞和功能性平滑肌細(xì)胞接種到血管細(xì)胞外基質(zhì)上形成組織工程移植物，并將其移植至實驗動物體內(nèi)，可以觀察到重建的輸尿管內(nèi)形成了多層的尿路上皮組織和有序的平滑肌組織，這一實驗結(jié)果表明USCs可用于輸尿管組織的重建及修復(fù)[14]。但當(dāng)前USCs 應(yīng)用于輸尿管修復(fù)及再生的研究較少，仍需更多基礎(chǔ)及臨床研究進(jìn)一步驗證。

三、USCs 與膀胱修復(fù)

膀胱是一個結(jié)構(gòu)和功能較復(fù)雜的器官，其排尿和儲尿受神經(jīng)、血管以及逼尿肌等多重因素影響[15-17]。近年來，各種干細(xì)胞制成的生物支架用于膀胱修復(fù)已取得較大進(jìn)展，USCs 或USCs 外泌體可作為改善膀胱組織結(jié)構(gòu)及功能的良好來源，其在間質(zhì)性膀胱炎（interstitialcystitis，IC）、壓力性尿失禁（stressurinaryinconvenience，SUI）和神經(jīng)源性膀胱（neurogenicbladder，NB）等膀胱疾病的修復(fù)應(yīng)用方面取得了一定成效[3,18]。

IC是一種慢性非細(xì)菌性膀胱炎癥，以尿頻和（或）盆腔疼痛為主要臨床表現(xiàn)。Li 等[19]用魚精蛋白（脂多糖）誘導(dǎo)了Sprague-Dawley 大鼠的IC 模型，通過靜脈注射方式將USCs輸入IC 大鼠體內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)，相比未靜脈注射USCs的IC大鼠，其膀胱排尿功能改善，膀胱組織中相關(guān)抗氧化劑和抗凋亡蛋白生物標(biāo)志物明顯較高。而未靜脈注射USCs的IC大鼠在炎癥、氧化應(yīng)激、凋亡和自噬相關(guān)生物標(biāo)志物的含量上高于靜脈注射USCs的IC 大鼠，這一結(jié)果表明USCs 可通過調(diào)控IC 大鼠的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和凋亡過程來恢復(fù)膀胱功能。

SUI 發(fā)病原因之一是尿道括約肌的損傷，這種肌肉退化的特征表現(xiàn)為肌肉細(xì)胞的損失和纖維結(jié)締組織的增多[20]。Wu 等[21]給SUI 大鼠注射USCs 外泌體后，發(fā)現(xiàn)其腹壓尿漏點壓、最大膀胱容量等尿動力學(xué)參數(shù)明顯改善，尿道組織的病理切片也顯示受損括約肌細(xì)胞得到了恢復(fù)。Aicher 等[20]比較了幾種治療SUI 方法的優(yōu)劣，USCs 較體育鍛煉、藥物干預(yù)、括約肌電生理刺激等方法具有更多的優(yōu)勢，并有可能成為將來SUI 治療的首選方法。

NB的治療一直是泌尿外科的難點，一項USCs 治療 NB的研究顯示：治療組大鼠膀胱濕重、膀胱濕重/體重比值、尿動力學(xué)相關(guān)指標(biāo)、離體逼尿肌肌條相關(guān)指標(biāo)、逼尿肌細(xì)胞凋亡率均優(yōu)于對照組，對照組蛋白P2Y4的表達(dá)高于干細(xì)胞治療組[22]。USCs在一定程度上減輕膀胱逼尿肌細(xì)胞水腫或肥大，促進(jìn)NB 大鼠膀胱功能的恢復(fù)。糖尿病性膀胱是糖尿病導(dǎo)致的NB，其發(fā)病機制復(fù)雜，與膀胱逼尿肌功能紊亂有關(guān)。一項USCs 治療糖尿病并發(fā)癥的研究發(fā)現(xiàn)，盡管USCs并未顯著降低空腹血糖水平，但是膀胱逼尿肌的纖維化和細(xì)胞凋亡被抑制，從而減輕了糖尿病大鼠膀胱組織學(xué)破壞和功能衰退，這一結(jié)果提示USCs 可用于治療糖尿病性膀胱[9]。

四、USCs 與尿道修復(fù)

USCs在尿道修復(fù)方面主要是應(yīng)用于尿道狹窄和尿道下裂。USCs 可減輕尿道重建與尿道缺損時的炎癥和纖維化進(jìn)程[6,23-24]。Liu 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，實驗組以小腸黏膜下層為支架將USCs 注入其中形成組織工程移植物，然后用于尿道黏膜缺損實驗兔的尿道成形術(shù)，對照組僅采用小腸黏膜下層進(jìn)行尿道成形，結(jié)果顯示實驗組尿道口徑、尿路上皮再生速度、平滑肌含量和血管密度均優(yōu)于對照組，免疫熒光染色證實移植的USCs在體內(nèi)分化成了尿路上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，另外，對照組較實驗組尿道局部的炎性細(xì)胞浸潤和纖維化明顯?？梢姡泽wUSCs 可作為尿道修復(fù)的替代細(xì)胞來源，以USCs為基礎(chǔ)的尿道修復(fù)材料可為患有復(fù)雜長段尿道狹窄患者帶來更好的療效。吳少峰等[26]研究也表明USCs 有望用于尿道下裂畸形的重建。

五、USCs 與男性生殖器官修復(fù)

USCs在男性生殖器官修復(fù)的應(yīng)用包括勃起功能障礙、隱睪和非梗阻性無精癥（non-obstructive azoospermia，NOA）等。

勃起功能障礙的病因涉及神經(jīng)、血管和內(nèi)分泌等眾多方面。多項研究表明USCs 可改善神經(jīng)損傷和糖尿病所致的勃起功能障礙癥狀，海綿體內(nèi)壓/平均動脈壓等指標(biāo)均明顯好轉(zhuǎn)[27-31]。USCs對勃起功能障礙可能的修復(fù)機制包括：（1）增加內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)及平滑肌含量；（2）減緩海綿體纖維化，抑制細(xì)胞凋亡；（3）促血管生成的miRNA的傳遞；（4）通過VEGF/VEGFR1/eNOS 通路改善陰莖海綿竇內(nèi)皮功能。

隱睪是常見的先天性缺陷，也是導(dǎo)致男性不育的重要原因之一。Zhou 等[32]在隱睪患者的尿液中獲取了隱睪特異性USCs，其在特異性基因OCT4的形態(tài)、標(biāo)記表達(dá)和表觀遺傳學(xué)狀態(tài)等方面與人類胚胎干細(xì)胞相似。這種隱睪患者特異性USCs的建立和鑒定，為今后研究隱睪分子機制及睪丸的再生修復(fù)提供了良好的人類遺傳學(xué)基礎(chǔ)。

NOA 也是男性不育的常見病因，目前缺乏有效的治療方法。Deng 等[33]探討了移植USCs和USCs 外泌體是否能促進(jìn)NOA 小鼠精子恢復(fù)這一問題，他們將USCs和USCs外泌體分別注射入白消安誘導(dǎo)的NOA 小鼠睪丸間質(zhì)中，研究發(fā)現(xiàn)白消安處理后第36天注射USCs 或USCs 外泌體能恢復(fù)小鼠精子發(fā)生，而白消安處理后第3天注射USCs 或USCs 外泌體不能促進(jìn)小鼠精子恢復(fù)，這表明USCs及其外泌體可促進(jìn)白消安誘導(dǎo)的NOA 小鼠生精恢復(fù)，但在白消安破壞早期其保護(hù)小鼠睪丸的作用不佳。這項研究為NOA的治療提供了一個新的思路。

綜上所述，USCs在泌尿生殖系統(tǒng)修復(fù)和再生領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大，盡管許多研究還處于初級階段，研究對象還局限在各種動物模型，其生物學(xué)特性、具體的修復(fù)原理及與其他類型干細(xì)胞在修復(fù)方面的差異尚不明確，臨床應(yīng)用之前還需要解決很多具體問題，但是目前的研究還是展示了一個非常好的應(yīng)用前景。