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间充质干细胞治疗早发性卵巢功能不全的研究进展

【摘要】 早发性卵巢功能不全(POI)是一种复杂的内分泌疾病,具体发病机制尚不明确,目前研究表明,遗传、免疫、环境、手术及放化疗等因素与之相关;同时,氧化应激、血管损伤、卵巢颗粒细胞(OGC)和膜

间质细胞(TIC)的凋亡会伴随疾病发生。 近年来 POI 的发病率逐渐上升且出现年轻化趋势,临床上常用的激素替代疗法、免疫疗法及辅助生殖技术皆无法从根本上改善卵巢功能。 人脐带间充质干细胞(hUCMSC)属于多能干细胞,具有多向分化和自我更新能力,能够减少体内活性氧(ROS)的堆积、调节自噬、减少 TIC凋亡及抑制卵巢纤维化、促进卵泡发育和 OGC 增殖。 可见,hUCMSC 具有“一对多”的生物学效应,本文就hUCMSC 治疗 POI 的研究进展进行综述,或许能为 hUCMSC 恢复受损卵巢组织功能的机制提供理论依据。

 

多项 研 究 表 明 人 脐 带 间 充 质 干 细 胞 ( humanumbilical cord mesenchymal stem cells,hUCMSC)具有多向分化和自我更新能力,可显著改善受损卵巢组织的生理功能和激素水平。 相比骨髓、脂肪来源的干细胞,hUCMSC 来源广泛、取材方便,不涉及伦理问题。 研究也证明脐带与胎盘交界处的 hUCMSC 在脱离母体后仍能发 挥 强 大 的 繁 殖 再 生 能 力[13] 。 因 此, 本 文 对hUCMSC 治疗 POI 的作用机制及最新进展进行综述,以期为 POI 的临床研究提供参考。1hUCMSC 治疗 POI 的作用机制研究表明 POI 的发生机制通常与卵巢颗粒细胞(OGC)和膜间质细胞(TIC)凋亡、卵巢组织纤维化、血管损伤、氧化应激、线粒体功能受损、DNA 损伤自我修复能力等有关。

hUCMSC 治疗颗粒细胞凋亡性 POI 的作用机制环磷酰胺(CTX)小鼠造模的实验结果表示,化疗药物一方面可以通过毒性作用直接导致卵巢功能障碍,另一方面则是通过诱导 OGC 凋亡导致[13] 。 有研究表明化疗导致的卵巢损伤,可通过卵巢组织中的外泌体(Exos)miR⁃122⁃5p 靶向调节 B 细胞淋巴瘤因子 9(BCL9)的表达、抑制 OGC 凋亡而实现卵巢功能修复作用[13] ;在该项实验中还发现 Exos⁃miR⁃141⁃3p 的表达也显著高于对照组,因此,miR⁃141⁃3p 可能也是治疗POI 的潜在靶点,仍需进一步的实验证实。 另一项顺铂(CDDP) 诱导的 POI 体外研究表示,hUCMSC⁃Exos-miR⁃29a 的表达上调可靶向作用于 HMG 盒转录因子 1(HBP1)、下调激活 Wnt / β⁃catenin 通路,减少 OGC 凋亡、促进原始卵泡增殖,从而对 CDDP 诱导损伤的卵巢组织起到修复作用[14] 。DNA 的损伤若不能及时恢复,将会出现类似于 BNC1 基因截短突变导致的 POI 在内的各类基因疾病[15] ,因而促进 DNA 修复、调节基因信号通路也是减少 OGC 凋亡、促进受损卵巢组织修复的一种新途径。研究发现 hUCMSC⁃Exos⁃miR⁃17⁃5p 通过调节 SIRT7 基因及其下游多聚 ADP 核糖聚合酶 1(PARP1)、γ⁃H2AX蛋白、X 射线修复交叉互补蛋白 6(XRCC6)的表达、减少体内活性氧(ROS)的堆积,从而促进 OGC 增殖;此前也有研究明确表示 SIRT7 具有促进氧化代谢、增加rRNA 表达等作用。 因此,SIRT7 基因及其下游靶点基因可能成为未来治疗 POI 的新靶点[16] 。 除此之外,通过调节减少中长链非编码 RNA DLEU1 基因表达和促进 miR⁃146b⁃5p 的表达也可以减少 OGC 凋亡,从而改善 POF 的症状[17] 。 因此,化疗药物毒性作用和 DNA损伤导致的 POI 都能通过 hUCMSC 抑制 OGC 凋亡实现修复作用。

hUCMSC 治疗 TIC 凋亡及卵巢纤维化的作用机制生理情况下人体 ROS 的产生和清除处于动态平衡,一旦这一平衡被外界刺激打破后,将会打破正常细胞信号的传导和组织稳态,研究表明 ROS 异常堆积、TIC 凋亡与 POI 的发生密切相关。 TIC 通过向卵泡提供营养支持和满足结构的需要,促进卵泡发育和排卵,对卵巢生理功能起到关键性的调节作用[18] 。 因此,通过减少 ROS 堆积、减少 TIC 凋亡是促进卵巢组织修复的重要途径,而 hUCMSC 移植可以调节 ROS 水平、抑制 AMP 依赖的蛋白激酶/ 雷帕霉素靶蛋白( AMPK/mTOR) 信号通路实现这一目标[19] 。 同样在另一项CDDP 诱导的 POI 小鼠实验也表明,hUCMSC 可通过上调 TICs 核内 NR4A1 的表达,介导线粒体机制而减少TIC 凋 亡[20] ; 同 时, hUCMSC 还 可 以 通 过 AMPK/NR4A1 通路实现抑制卵巢纤维化的作用[21] ,从而改善受损卵巢。 另外,hUMSC 移植也可以通过调节 TGF-β1 / Smad3 信号通路达到促进卵巢基质细胞增殖分化作用,也可以减少卵巢组织纤维化,以此恢复卵巢的内分泌功能及促进卵泡发育[22] 。 因此,减少 TIC 凋亡及卵巢纤维化也是恢复卵巢功能的有效途径之一。 

 

hUCMSCs 促进卵巢组织血管生成机制体内缺血、缺氧环境会直接影响线粒体的正常生理功能,故而血管生成也是促进卵巢功能恢复的有效途径之一。 研究表明 hUCMSC-Exos⁃miR⁃126⁃3p 可以通过自噬作 用 内 化 到 受 损 的 OGC 内, 经 过 PI3K/AKT / mTOR 信号通路靶向作用于磷酸肌醇⁃3⁃激酶调节亚基 1(PIK3R2),有效促进血管的生成,抑制 OGC凋亡、减少闭锁卵泡数目[23] ;Samarkanova 等[24] 的研究也表示人富血小板血浆( PRP) 富含丰富的营养因子,对组织有很强的再生能力,而从脐带中提取出的富含脐带血小板的血浆(CB⁃PRP) 在抗炎因子、生长因子、细胞因子及免疫调节因子方面比 PRP 更具有优势。 因此,CB⁃PRP 和 hUCMSC 联合应用有更强的血管生成能力和 OGC 增殖能力,比单独使用同等剂量hUCMSC 的作用更显著[25] ,为提高有效性提供了更有利的证据。 以此推测 hUCMSC 联合使用血管生长因子比单独使用同等剂量 hUCMSC 在促进血管生成方面更有优势。

 

hUCMSCs 促进卵泡发育的 Hippo 信号通路研究发现 BNC1 基因敲除能通过下调卵母细胞中的神经纤维瘤蛋白 2(NF2),激活 Hippo⁃YAP 蛋白信号通路途径,导致卵母细胞对铁死亡的敏感性增加,而铁死亡又是细胞非程序性凋亡的一种形式,因此容易出现卵泡过早活化、卵母细胞死亡和卵泡闭锁等 POI表现;故而,抑制 Hippo 通路以及抑制铁死亡也可能是治疗 POI 的潜在机制之一[15,26] 。 过去许多研究已经证实 Hippo⁃YAP 信号通路主要与细胞增殖及凋亡等作用密切相关,研究表明 Hippo⁃YAP 抑制剂与 hUCMSC⁃Exos 都能促进卵泡发育、OGC 增殖[27] ;这与另一项动物实验中通过 Hippo 通路及 Exos⁃miR⁃21⁃5p 靶向抑制磷酸酶和张力素同系物( PTEN) 表达水平的结论一致[28] 。 综 上 所 述, hUCMSC⁃Exos 也 可 以 通 过 抑 制Hippo⁃YAP 途径达到促进卵泡发育及组织分化的作用,减少铁死亡也是避免 POI 发生发展的一个重要

途径。

 

hUCMSCs 治疗自噬性 POI 的作用机制大部分细胞可以通过调节血红素氧合酶⁃1 ( HO⁃1)减少氧化应激反应和炎症因子的损害,从而实现组织器官的保护;部分研究表明 HO⁃1 与自噬系统也有相关性[29] 。 实验发现 HO⁃1⁃hUCMSCs 在激活 JNK/ Bcl⁃2 信号通路后,可以调节自噬系统和增强 CD8+ CD28T 细胞的表达,而 CD8 + CD28⁃T 细胞的调节能力具有重要的免疫控制能力,可以降低凋亡速率;此外有研究证实除细胞凋亡外,细胞自噬与滤泡损失也密切相关,因此 HO⁃1⁃hUCMSCs 能实现 OGC 自噬和细胞凋亡的逆转[30] 。

 

hUCMSC 治疗氧化应激性 POI 的作用机制研究表明长期高脂高糖(HFHS)饮食可能会增加OGC 氧化应激损伤, 激活 OGC 中 的 Dab2ip / Ask1 /MAPK p38 蛋白激酶信号通路、γ⁃H2A 蛋白的磷酸化,进而导致细胞周期阻滞和生长抑制,形成不可逆转的POI;而高表达的 miR⁃146b⁃5p 可以明显减轻氧化应激造成的 OGC 损伤。 因此,Exos⁃RNA⁃146b⁃5p 在 HFHS诱导的 POI 中有一定的潜在研究前景[17] 。 人胎盘间充质干细胞( hPMSC) 衍生的表皮生长因子(EGF) 通过上调 Nrf2 / HO⁃1 通路的表达和调节 PTEN/ PI3K/AKT 通路,抑制氧化应激反应、减少线粒体氧代谢,从而改善受损卵巢组织的生理功能[31] 。 脐带与胎盘交

界处 的 hUCMSC 也 能 衍 生 大 量 EGF, 因 此 推 测hUCMSC 也有通过 Nrf2 / HO⁃1 通路减少氧化应激反应的可能性,是促进受损卵巢组织修复的机制之一,但从源头上减少 HFHS 饮食习惯也是关键步骤。2 hUCMSC 治疗 POI 的安全可行性多项研究显示 hUCMSC 能有效改善受损卵巢组织生理功能及促进激素分泌,但其安全性仍争议不断。因此,通过对 61 例 hUCMSC 异体移植治疗的 POI 患者进行长期随访,结果发现被观察者均未出现治疗相关并发症及严重的副作用;还有 4 例患者实现了临床妊娠并成功分娩,其子代均属正常新生儿[32] 。 另一项研究表明 hUCMSC⁃外囊泡(hUCSC⁃Evs)不仅改善了卵巢的生理功能,还缩短了妊娠时间,提高了生育能力,并且 hUCMSC 异体移植治疗 POI 成功分娩的子代与正常生育的子代相比无显著差异。 两项实验都证实hUCMSC 移植治疗 POI 是安全可行的,但其实验样本量较少,且对子代认知能力监测方式缺少一定的客观有效性,所以其临床安全还需要更多客观科学的研究来进一步证实[33] 。3 hUCMSCs 治疗 POI 的未来研究点近期研究发现单独使用褪黑素(MLT)可有效改善OGC 凋亡,恢复卵巢功能[34] ,除此之外,MLT 还可以通过 SIRT6 / F⁃κB 信号通路有效促进脂肪间充质干细胞(ADSC)的增殖分泌,证明 MLT 与 ADSC 联合使用对受损卵巢组织的修复作用优于单独使用同等剂量MLT 或 ADSC,尤其是5 μM 的 MLT 与 ADSC 联合使用的促进作用更为显著[35] 。 因此推测,hUCMSC 与 MLT联合也会有同样效果,但具体联合方案及作用机制还需要进一步的研究来证实。 此外,3D⁃生物打印工程可通过调节 PI3K/ AKT 通路,促进新生血管生成、减少ADSC移植后组织灌注缺血时间[15, 36] 。 MSC 具有多向分化共性,因此,生物打印技术在 hUCMSC 移植后缩短组织灌注缺血时间上可能也有相同的作用结果。

总结与展望

大量研究表明 hUCMSC 可实现 OGC 和 TIC 凋亡的逆转,抑制氧化应激反应及促进血管生成,从而减少ROS 的异常堆积,显著抑制纤维化形成,通过以上途径改善原始卵泡的数量和质量,进而有效改善受损卵巢组织的功能;并且 hUCMSC 移植对多种原因导致的POI 都有改善卵巢结局的作用。 因此,hUCMSC 的使用可能是 POI 患者的新希望。 但其最佳使用方案、移植作用时间点及安全性等问题未来还需要更多的实验数据证实。

参 考 文 献

[1] Ghahremani⁃Nasab M, Ghanbari E, Jahanbani Y, et al. Prematureovarian failure and tissue engineering[ J]. J Cell Physiol,2020,235(5):4217⁃4226.

[2] Rudnicka E, Kruszewska J, Klicka K, et l. Premature ovarianinsufficiency⁃aetiopathology,epidemiology, and diagnostic evaluation[J]. Prz Menopauzalny,2018,17(3):105⁃108.

[3] Kokcu A. Premature ovarian failure from current perspective [ J].Gynecol Endocrinol,2010,26(8):555⁃562.

[4] Jiao X,Qin C,Li J,et al. Cytogenetic analysis of 531 Chinese womenwith premature ovarian failure[J]. Hum Reprod,2012,27(7):2201⁃2207.

[5] Hsieh YT,Ho JYP. Thyroid autoimmunity is associated with higher riskof premature ovarian insufficiency⁃a nationwide Health InsuranceResearch Database study[J]. Hum Reprod,2021,36(6):1621⁃1629.

[6] Grossmann B,Saur S,Rall K,et al. Prevalence of autoimmune diseasein women with premature ovarian failure[ J ]. Eur J ContraceptReprod Health Care,2020,25(1):72⁃75.

[7] 黄青霞,韩毓,蒋英彩,等. 职业女性卵巢早衰的影响因素调查 [J]. 中国计划生育学杂志,2021,29(12):2513.

[8] Schipper I,Louwers YV. Premature and early menopause in relationto cardiovascular disease[ J]. Semin Reprod Med,2020,38 (4⁃5 ):270⁃276.

[9] Sassarini J,Lumsden MA,Critchlet HO. Sex hormone replacement inovarian failure⁃new treatment concepts [ J ]. Best Pract Res ClinEndocrinol Metab,2015,29(1):105⁃114.

[10] 丁海遐,李文. 女性生育力保存国际指南解读[J]. 实用妇产科杂志,2020,36(5):354⁃357.

[11] 叶晨书,沈明霞. 卵巢储备功能下降的病因与治疗研究[ J]. 医学信息,2021,34(10):47⁃49.

[12] Tang H, Liu Y, Fan Y, et al. Therapeutic effects of low⁃intensitypulsed ultrasound on premature ovarian insufficiency[ J]. UltrasoundMed Biol,2021,47(8):2377⁃2387.

[13] Zhang X, Zhang R, Hao J, et al. MiRNA⁃122⁃5p in POI ovarian⁃derived exosomes promotes granulosa cell apoptosis by regulatingBCL9[J]. Cancer Med,2022,11(12):2414⁃2426.

[14] Gao T,Cao Y,Hu M,et al. Human umbilical cord mesenchymal stemcell⁃derived extracellular vesicles carrying microrna⁃29a improvesovarian function

of mice with primary ovarian insufficiency bytargeting hmg⁃box transcription factor/ Wnt / beta⁃catenin signaling[J]. Dis Markers,2022,2022:5045873.

[15] Wang F, Liu Y, Ni F, et al. BNC1 deficiency⁃triggered ferroptosisthrough the NF2⁃YAP pathway induces primary ovarian insufficiency[J]. Nat Commun,2022,13(1):5871.

[16] Ding C,Zhu L,Shen H,et al. Exosomal miRNA⁃17⁃5p derived fromhuman umbilical cord mesenchymal stem cells improves ovarian

function in premature ovarian insufficicy by regulating SIRT7[ J].Stem Cells,2020,38(9):1137⁃1148.

[17] Liu T,Lin J,Chen C,et al. MicroRNA⁃146b⁃5p overexpression attenuatespremature ovarian failure in mice by inhibiting the Dab2ip / Ask1 /p38⁃Mapk pathway and γH2A. X phosphorylation [ J]. Cell Prolif,2021,54(1):e12954.

[18] Kinnear HM,Tomaszewski CE,Chang FL,et al. The ovarian stromaas a new frontier[J]. Reproduction,2020,160(3):25⁃39.

[19] Lu X,Bao H,Cui L,et al. HUMSC transplantation restores ovarianfunction in POI rats by inhibiting autophagy of theca⁃interstitial cellsvia the AMPK/ mTOR signaling pathway[ J]. Stem Cell Res Ther,2020,11(1):268.

[20] Luo Q,Tang Y, Jiang Z, et al. HUCMSCs reduce theca interstitialcells apoptosis and restore ovarian function in premature ovarianinsufficiency rats through regulating NR4A1⁃mediated mitochondrialmechanisms[J]. Reprod Biol Endocrinol,2022,20(1):125.

[21] Cui L, Bao H, Zhu W, et al. HUMSCs transplantation regulatesAMPK/ NR4A1 signaling axis to inhibit ovarian fibrosis in POI rats[J]. Stem Cell Rev Rep,2023,19(5):1449⁃1465.

[22] Cui L,Bao H,Liu Z,et al. HUMSCs regulate the differentiation ofovarian stromal cells via TGF⁃beta1 / Smad3 signaling pathway toinhibit ovarian fibrosis to repair ovarian function in POI rats[J]. StemCell Res Ther,2020,11(1):386.

[23] Qu Q,Liu L,Cui Y,et al. MiR⁃126⁃3p containing exosomes derivedfrom human umbilical cord mesenchymal stem cells promoteangiogenesis and attenuate ovarian granulosa cell apoptosis in apreclinical rat model of premature ovarian failure[J]. Stem Cell ResTher,2022,13(1):352.

[24] Samarkanova D,Cox S,Hernandez D,et al. Cord blood platelet richplasma derivatives for clinical applications in non⁃transfusionmedicine[J]. Front Immunol,2020,11:942.

[25] Wang J, Zhao Y, Zheng F, et al. Activated human umbilical cordblood platelet⁃rich plasma enhances the beneficial effects of humanumbilical cord mesenchymal stem cells in chemotherapy⁃induced POFrats[J]. Stem Cells Int,2021,2021:8293699.

[26] 郭一鸣,张艳,杨丽雅,等. 人脐带间充质干细胞改善早发卵巢功能不全小鼠卵巢功能[ J]. 中国计划生育学杂志,2023,31 (4):757⁃762,995.

[27] Li Z,Zhang M,Zheng J,et al. Human umbilical cord mesenchymalstem cell⁃derived exosomes improve ovarian function and proliferationof premature ovarian insufficiency by regulating the hippo signalinpathway[J]. Front Endocrinol (Lausanne),2021,12:711902.

[28] 李仲康. 人脐带间充质干细胞来源外泌体改善卵巢功能的效果评价及机制探究[D]. 石家庄:河北医科大学,2022.

[29] Yachie A. Heme oxygenase⁃1 deficiency and oxidative stress:a reviewof 9 independent human cases and animal models[J]. Int J Mol Sci,2021,22(4):1514.

[30] Yin N,Wu C,Qiu J,et al. Protective properties of heme oxygenase⁃1expressed in umbilical cord mesenchymal stem cells help restore theovarian function of premature ovarian failure mice through activatingthe JNK/ Bcl⁃2 signal pathway⁃regulated autophagy and upregulatingthe circulating of CD8 + CD28 ⁃ T cells [ J]. Stem Cell Res Ther,2020,11(1):49.

[31] Ding C, Zou Q, Wu Y, et al. EGF released from human placentalmesenchymal stem cells improves premature ovarian insufficiency viaNRF2 / HO⁃1 activation [ J]. Aging ( Albany NY),2020,12 ( 3 ):2992⁃3009.

[32] Yan L,Wu Y,Li L,et al. Clinical analysis of human umbilical cordmesenchymal stem cell allotransplantation in patients with prematurovarian insufficiency[J]. Cell Prolif,2020,53(12):e12938.

[33] Liu C, Yin H, Jiang H, et al. Extracellular vesicles derived frommesenchymal stem cells recover fertility of premature ovarianinsufficiency mice and the effects on their offspring [ J ]. CellTransplant,2020,29:963689720923575.

[34] Feng J,Ma WW,Li HX,et al. Melatonin prevents cyclophosphamide⁃induced primordial follicle loss by inhibiting ovarian granulosa cellapoptosis and maintaining AMH expression [ J]. Front Endocrinol(Lausanne),2022,13:895095.

[35] Huang QY,Chen SR,Zhao YX,et al. Melatonin enhances autologousadipose⁃derived stem cells to improve mouse ovarian function inrelation to the SIRT6 / NF⁃kappaB pathway[J]. Stem Cell Res Ther,2022,13(1):399.

[36] Deng T,He J,Yao Q,et al. Human umbilical cord mesenchymal stemcells improve ovarian function in chemotherapy⁃induced prematureovarian failure mice through inhibiting apoptosis and inflammation viaa paracrine mechanism[J]. Reprod Sci,2021,28(6):1718⁃1732.

(收稿日期:2023⁃06⁃13)