人尿源性干细胞在口腔组织工程中的应用及研究进展

章茜茹 综述 陈林 王帅 审校

人尿源性干细胞在口腔组织工程中的应用及研究进展

章茜茹 综述 陈林 王帅 审校

人尿源性干细胞（Human urine derived stem cells，hUSC）作为一种新的干细胞来源，具有旺盛的增殖能力、高度自我更新能力、良好的多向分化潜能和旁分泌能力，取材无创且无免疫和伦理问题。作为一种理想的干细胞来源，人尿源性干细胞在组织工程和再生医学领域已经展示了广阔的应用前景，在泌尿系统疾病、骨组织工程等方面的相关研究，也揭示了hUSC在口腔组织工程中具有应用潜能。本文就尿源干细胞的最新研究成果，及其在口腔组织工程中的应用和研究进展进行综述。

人尿源性干细胞 口腔组织工程 细胞治疗 类器官

口腔颌面部肿瘤、损伤、炎症等导致的骨折，以及颌面部后天畸形与组织缺损等，严重影响了口腔颌面部的功能和患者的面部外观。干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，可以分化成多种功能细胞，已被广泛应用于组织工程的研究[1]。理想的细胞来源应该具有取材非侵入性、操作简单、成本低廉，并且无年龄、性别、族裔或身体情况限制。近年来，一种新型干细胞——人尿源性干细胞（Human urine derived stem cells，hUSC）被发现，hUSC具有良好的多向分化潜能、高度自我更新能力[2]，并且取材无创，无免疫和伦理方面的问题，较之目前运用于口腔组织工程的干细胞，如牙周膜干细胞 （Periodontal ligament cell，PDLC）、 骨髓基质干细胞（Bone marrow stromal cell，BMSC）、牙囊干细胞（Dental follicle stem cell，DFSC）、牙乳头干细胞（Stem cell from the apical papilla，SCAP）和脂肪细胞（Adipose-derived stem cell，ADSC）等[3]，是一种更为理想的干细胞来源，有望成为口腔再生医学研究的可靠的细胞来源，以修复和重建口腔关节、骨、软骨、黏膜、涎腺等组织器官结构和功能。

1 尿源干细胞

将人体新鲜尿液离心，保留离心管底部1 mL液体，并用培养液重悬后种植于培养板，反复扩增后可得到hUSC[4]。hUSC的优点：①取材简单、成本低廉、无创，每100 mL人新鲜尿液约含有干细胞2.5个[5]。②hUSC具有更高的端粒酶活性和更长的端粒序列，扩增能力强，3~4周即可扩增到1×106个，6~7周能传至第 4代，数量可达 1×108个[5-6]。③具有

2 尿源干细胞在口腔组织中的应用与研究

目前，hUSC已经显示了其蕴藏的广阔的应用前景，在泌尿系统疾病、骨组织工程，以及脑损伤修复等方面，均有相关研究与报道，而在口腔组织工程中的研究与运用尚处于起步阶段。

2.1 牙再生方面的应用

近年来，组织工程和干细胞的研究进展为牙列缺损的修复提供了更具吸引力的方法。诱导多能性干细胞（Induced pluripotent stem cells，iPS）在牙再生领域有极大的运用潜能，但受到细胞来源、增殖能力、分化潜能等限制，仍缺乏合适的种子细胞[14]。Cai等[15]将诱导分化的hUSC注入小鼠肾包膜下，3周后观察到小鼠肾包膜下长出牙齿样结构，含有与人体正常牙齿一致的牙釉质、牙本质和牙髓，并含有成釉细胞样细胞，新生组织的化学组份、物理性质与人正常牙齿高度相似。该研究结果表明，hUSC可用于再生特定的牙组织，是牙再生种子细胞的候选来源。

2.2 口腔颌面部骨组织缺损修复方面的应用

骨组织工程技术修复骨缺损已取得了长足的进展[16]。hUSC可向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞分化， 其各方面的特性优于BMSC，为骨组织工程提供了新的细胞来源。Guan等[17]分析了hUSC分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞的能力，发现hUSC分化3周后，茜素红S和von Kossa染色显示出无定形钙矿物沉积的直接证据；免疫荧光显示，成骨相关蛋白OCN和Runx2的表达在hUSC诱导组中上调。进一步评估hUSC的软骨形成分化潜能，通过免疫荧光检测Sox9和Ⅱ型胶原的表达，结果表明hUSC有着显著的软骨形成分化能力；将诱导后的细胞接种裸鼠皮下，4周后可见骨样包块，组织学证实为骨组织。Bharadwaj等[7]提出通过骨形态发生蛋白（BMP）转染可提高hUSCs的成骨能力。Guan等[18]证明BMP2能诱导hUSC加速向成骨方向分化，且转染BMP后hUSC无需其他辅助条件即可向成骨细胞分化，组织学结果显示，转染后hUSC在裸鼠皮下形成了新骨。Qin等[19]的研究显示，适宜浓度的纳米银（AgNP）可以促进hUSC的成骨分化。上述研究均表明hUSC的成骨能力是值得肯定的。hUSC可作为牙周组织再生、修复种植后骨缺损，以及治疗颞下颌关节疾病的良好干细胞来源。

2.3 口腔颌面部神经损伤修复方面的应用

中枢神经系统可通过自身内源性干细胞来修复[20]，提示了外源性移植干细胞修复神经损伤的可能性。目前，对于干细胞向神经细胞的分化研究多采用骨髓间充质干细胞、神经干细胞等，Guan等[17]研究了hUSC向神经谱系的分化潜能，显示了其在体外分化成神经祖细胞的潜力。他们在神经诱导培养基中观察到显著的折射性细胞体，表达神经细胞特异性蛋白Sox2和巢蛋白的细胞数量显著增加，表明hUSC可以分化成神经样细胞。另有研究发现，hUSCs经神经诱导7 d后，细胞呈现混合细胞群状态，其中包括神经干细胞、成熟神经元和神经胶质细胞；将hUSC移植于小鼠脑内，3周后大鼠脑组织冰冻切片显示细胞可从脑损伤移植区迁移至海马区，说明移植细胞能够于宿主脑内成功存活、迁移，并分化为神经细胞[21]。因此，hUSC具有分化为神经样细胞的潜能，对修复颌面部神经损伤具有重要意义。

2.4 口腔颌面部软组织缺损修复方面的应用

新生血管的生成对伤口愈合具有重要作用。Wu等[22]将含有小鼠血管内皮生长因子（VEGF）基因的腺病毒载体转染hUSC，然后将细胞与人脐静脉内皮细胞混合植入裸鼠皮下，发现移植区形成致密的微血管网，且表达了更多的内皮细胞特异性标记物，证明转染后的hUSC能够更有效地促进血管生成。Liu等[23]的研究证实，用含有人VEGF165和绿色荧光的腺病毒转染hUSC，植入裸鼠皮下，观察到了广泛血管化，并表达内皮细胞特异性抗原CD31和von Willebrand's因子。将hUSC与复合聚己内酯/明胶电纺纳米支架（PCL/GT）结合，移植到体内14 d后，伤口愈合率高于对照组，且皮肤结构完整，上皮化程度高，新生胶原纤排列整齐，新生胶原纤维明显多于对照组，并可见新生致密毛囊；同时，还发现 hUSC可通过旁分泌作用，在伤口处募集内皮细胞，刺激内皮细胞增殖、迁移，促进血管新生[24]。Yuan等[25]的研究发现，hUSC分泌的外泌体可通过促进大鼠血管生成而加速伤口愈合。综上所述，hUSC可作为修复皮肤组织损伤的种子细胞，通过与其他诱导因子及支架材料结合加快皮肤创面愈合，可用于口腔颌面部损伤的修复及促进皮瓣转移的成功率。

2.5 类器官方面的应用

类器官是利用多能干细胞或器官祖细胞，在体外采用3D培养技术进行培养，包含目标器官中至少一种细胞类型，能够自组装为器官样结构，且具有其生理结构和功能特征，是研究疾病发病相关机制、药物筛选和疾病治疗的工具[26]。hUSC可分化为膀胱相关的细胞类型，包括功能性尿路上皮和平滑肌细胞谱系[27]。Wu等[28]将hUSC诱导分化的尿路上皮细胞和平滑肌细胞接种在改良的3D多孔小肠黏膜下层支架上，得到了类似于天然尿道组织的多层黏膜结构。Liu等[29]将hUSC种植在小肠黏膜下层，成功修复了兔尿道缺损，表明hUSC具有构建类器官的潜力，可用于尿道修复及膀胱再造等。而类器官在口腔方面的运用，目前主要集中在涎腺类器官。头颈部恶性肿瘤的放射治疗、舍格伦综合征或其他原因导致的涎腺分泌功能障碍，可导致口干、继发性龋、吞咽困难等，严重影响患者生活质量[30]。涎腺类器官构建应用的干细胞主要有涎腺来源的干细胞和其他组织来源的干细胞两大类，而hUSC在膀胱及尿道组织再生方面的研究成果，及其多向分化潜能、取材无创性、无致瘤性等优点，为三维腺涎类器官的构建提供了新的思路和种子细胞的选择。

3 展望

hUSC作为一个新的理想干细胞来源，在口腔领域的应用报道还较少，其组织来源及其作用机制尚不明确，仍有不少问题需要进一步探索。已有的研究已经显示了hUSC的诸多优点，在口腔再生医学领域存在着广阔的应用前景，相信随着研究的深入，hUSC有望在口腔组织工程领域获得重要地位。

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The Research Progress and Application of Human Urine Derived Stem Cells in Oral Tissue Engineering

ZHANG Qianru,CHEN Lin,WANG Shuai．School of Stomatology,Zunyi Medical University;Guizhou Province Key Laboratory of Oral Diseases Research,Zunyi 563000,China.Corresponding author:WANG Shuai(E-mail:nanwangshuai639@126.com).

【Summary】Human urine-derived stem cells (hUSC)have been reported,and regarded as a candidate for seed cells in tissue engineering,which are highly expandable,and have self-renewal capacity,multi-differentiation potential and paracrine properties.More importantly,hUSC can be obtained via a non-invasive,simple way,and are low immunogenic without medical ethics restrictions.hUSC as an ideal source of stem cells,have demonstrated a prosperous progress in scientific research and potential application in the field of tissue engineering and regenerative medicine.The research achievement in urinary system,bone tissue engineering also implies potential applications of hUSC in oral maxillofacial tissue regeneration.In this paper,the application of hUSC in oral tissue engineering and regeneration were reviewed by summarizing domestic and overseas research progress on hUSC.

Human urine derived stem cells;Oral tissue engineering;Cell therapy;Organoids

Q813.1+1

B

1673－0364（2017）06－0340－03

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.06.011

贵州省科技厅科学技术基金计划（黔教合基础[2016]1170）；遵义医学院博士科研启动基金。

563000 贵州省遵义市 遵义医学院附属口腔医院，贵州省高等学校口腔疾病研究特色重点实验室。

王帅（E-mail：nanwangshuai639@126.com）。良好的多向分化潜能，可分化为尿路上皮细胞、尿道平滑肌细胞、成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、内皮细胞、骨骼肌细胞、神经样细胞等。④不存在医学伦理问题[7]。⑤安全性高，目前尚未发现具有致瘤性，实验证明将细胞植入肾内3个月未形成畸胎瘤[6，8]。⑥具有免疫调节能力，降低炎症免疫反应，抑制外周血液单核细胞的增殖，并分泌IL-6和IL-8[9]。利用猿病毒 40大T抗原 （SV40Tag）[10]，温晟等[11-12]成功构建了SV40Tag永生化hUSC，且证实永生化后的hUSC保持了干细胞的分化潜能，仍能向成骨细胞、成软骨细胞及成脂肪细胞分化，为组织工程研究提供了稳定的细胞来源。目前，对于hUSC的组织来源尚不明确，该细胞可能来源于肾上皮细胞，或来源于血液中干细胞通过肾小球滤过时漏出到尿液中形成的干细胞[13]。

2017年10月6日；

2017年10月29日）