间充质干细胞改善卵巢生殖衰老研究进展

宋金鑫, 谭季春

1.中国医科大学附属盛京医院 生殖医学中心,辽宁 沈阳 110022;2.辽宁省生殖障碍疾病与生育力重塑重点实验室,辽宁 沈阳 110022

卵巢生殖衰老是卵巢功能不可逆地下降的状态,分为生理性卵巢功能减退-卵巢衰老和病理性功能衰竭-卵巢早衰。卵巢是女性生殖及内分泌功能维持的关键,是不同于其他系统、较早进入衰老并快速耗竭的器官,会导致多种疾病的发生,影响女性身心健康。间充质干细胞治疗是再生医学研究和临床应用的热点领域,能够改善女性生殖功能,为卵巢功能减退提供良好的治疗前景。本文就间充质干细胞改善卵巢生殖衰老的研究进展作一综述。

1 卵巢衰老

卵巢衰老包括生理性功能减退和病理性功能衰竭。卵巢生理性功能减退即卵巢衰老,以卵巢功能衰竭为特征,主要表现为卵巢内卵泡数量下降及低质量卵母细胞比例升高,呈现为生殖能力的衰退甚至丧失,并伴随血促性腺激素水平升高、雌激素水平下降及其他临床症状。病理性功能衰竭可导致原发性或继发性卵巢早衰,即40岁之前出现绝经,因此,又称为过早绝经,2016年欧洲人类生殖与胚胎学会在最新指南上更改为早发性卵巢功能不全。早发性卵巢功能不全的发病率约占女性的1.0%,且0.1%女性于30岁之前发病[1-4]。已知的早发性卵巢功能不全病因涉及多方面,包括遗传、免疫、医源性、环境及特发性不明因素等[5-7]。早发性卵巢功能不全不仅影响患者的生育前景,还会对患者的骨密度[8]、心血管、性功能、心理及认知健康产生不利影响[9]。目前,全球出生人口急剧下跌,我国2020年第七次全国人口普查显示总生育率降至1.3[10],创历年新低,低于国际公认的1.5警戒线。2006～2017年,女性平均初育年龄从24.3岁推迟至27.3岁[11]。越来越多的备孕女性卵巢功能减退,卵子质量差,甚至无卵子发育,导致生育力降低甚至丧失。因此,探究卵巢功能减退的影响因素、发生机制及有效的生育力保存策略对于女性生殖健康及我国“三孩”政策的实施有着重要意义。

2 卵巢功能减退的评估指标

2.1 年龄和月经周期 年龄是评估卵巢功能的直接参考指标,女性生殖能力下降始于35岁左右,因此,将预产年龄≥35岁的女性定义为高龄孕妇[12]。年龄相关的卵巢功能减退包括卵泡数量、质量的下降等。有研究报道,37～38岁是始基卵泡数减少速度加快的拐点,此后迅速下降,绝经时减至1 000个左右,因此,37岁后女性卵巢储备骤降[13]。月经缩短2～3 d是卵巢功能下降最早出现的症状,月经周期缩短或经量减少之后可出现月经稀发甚至停经。年龄和月经周期是卵巢功能减退的外在表现,需进一步行辅助检查明确诊断。

2.2 生化指标 生化指标包括卵泡刺激素、黄体生成素、雌二醇、抗苗勒管激素及抑制素B等指标。连续多次基础卵泡刺激素、卵泡刺激素/黄体生成素、雌二醇水平的升高和抗苗勒管激素、抑制素B水平的下降均提示卵巢功能趋于下降的趋势[14-15]。抗苗勒管激素受月经周期及药物等影响较小,对早期变化极为敏感,是评估卵巢储备功能的最佳指标之一[16]。

2.3 影像学指标 于卵泡早期行经阴道超声检查计数双侧卵巢内窦状卵泡的总数,双侧卵巢窦卵泡计数少于5～7个提示卵巢储备功能下降;此外,卵巢体积及卵巢间质血流也可作为辅助评估指标,但效果较差[14]。

3 卵巢功能减退患者的经典疗法

目前,针对卵巢功能减退患者的综合管理主要包括激素替代治疗、卵母细胞捐赠、中医药治疗、生活方式指导和心理调控,以及辅助生殖技术等。有专家建议卵巢功能减退患者只要无用药禁忌,就应常规采用激素替代治疗[17-18],在恢复规律月经后,尚有一定的可能恢复卵巢功能。但有研究表明,长期采用激素替代治疗有导致乳腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌、中风、血栓栓塞及其他疾病的风险[19-20],因此,需仔细考虑激素替代治疗的治疗策略。卵母细胞捐赠技术虽然发展良好,但卵子捐赠是一大难题且涉及道德伦理等问题,无法从根本上解决早发性卵巢功能不全患者的痛苦。中医药治疗对卵巢功能减退患者的生殖激素水平和临床症状具有一定的改善作用[21]。此外,在健康教育中提倡培养良好的生活习惯、进行心理调控也十分重要。辅助生殖技术虽然已被广泛应用,但需要促排卵获得足够数量的卵子才能保证活产,且获卵数取决于患者的卵巢状态[22]。有些药物可作为辅助用药改善患者的卵巢功能,如脱氢表雄酮[23]、辅酶Q10、生长激素、抗氧化剂维生素C、E及褪黑素等[24],但以上药物常规应用尚待大样本研究数据明确有效性和安全性。传统方法在卵巢功能减退的治疗中具有局限性,间充质干细胞治疗因此备受期待。

4 卵巢功能减退的间充质干细胞治疗

4.1 间充质干细胞 目前,虽然有多种方法可以挽救卵巢功能下降,但效果均不理想,除了常规治疗方法外,间充质干细胞被认为是再生医学和转化研究中可行的替代方法。间充质干细胞具有高度自我增殖能力和多能性,免疫原性低,且具有免疫调节、抗炎和组织修复功能,被证实可以调节组织局部微环境[25]。间充质干细胞可以从多种组织中分离出来,如骨髓、脐带、经血、羊膜、脂肪组织等。此外,间充质干细胞具有迁移至损伤部位并通过旁分泌机制来刺激修复的能力,可以治疗衰老相关疾病。

4.2 间充质干细胞改善卵巢功能的临床前研究 一项将脐带间充质干细胞用于动物模型中的研究显示,脐带间充质干细胞能够治疗卵巢早衰[26]。还有研究显示,把胶原支架上的脐带间充质干细胞移植到卵巢中能够增加卵巢体积和窦卵泡数量,促进颗粒细胞增殖和卵巢血管生成,改善卵巢的储备功能[27]。Ding等[28]发现,骨髓间充质干细胞移植可改善化疗所致卵巢损伤大鼠的卵巢功能和结构。有研究表明,人脂肪来源间充质干细胞移植可延长轻度和重度卵巢早衰小鼠模型的生殖寿命[29]。还有研究表明,脂肪来源间充质干细胞的外泌体通过靶向SMAD改善卵巢早衰[30]。Liu等[31]研究报道,人羊膜间充质干细胞能够改善小鼠年龄相关性卵巢储备减少的生殖功能。Wang等[32]研究报道,对卵巢早衰小鼠模型尾静脉注射经血源间充质干细胞能够增加卵泡数量,恢复性激素水平,修复卵母细胞功能,改善卵巢功能减退。有研究表明,经血源间充质干细胞来源的外泌体在体外和体内均可显著促进卵泡发育并恢复早发性卵巢功能不全大鼠模型的生育能力,促进大鼠早期卵泡的生长和发育,促进颗粒细胞增殖的同时抑制卵巢细胞的凋亡[33]。一项动物实验结果表明,胎盘间充质干细胞可以控制早发性卵巢功能不全大鼠模型的炎症以改善大鼠的卵巢功能[34]。虽然,间充质干细胞对卵泡发育的作用机制尚不完全清楚,但多数学者认为间充质干细胞移植可以促进卵泡、卵子的发育和形成,减少颗粒细胞的凋亡。

4.3 间充质干细胞改善卵巢功能的临床研究 一项病例报告表明,自体骨髓间充质干细胞移植可以改善卵泡发育,增加抗苗勒管激素水平,使围绝经期妇女生下健康婴儿[35]。南京鼓楼医院将脐带间充质干细胞联合胶原移植到卵巢早衰患者的卵巢中,成功挽救了患者卵巢的整体功能及部分患者的生育能力[36]。有研究报道,采用自体骨髓间充质干细胞移植到卵巢的方法治疗2例卵巢早衰女性7个月后,患者恢复了卵巢雌激素的产生功能及月经,提示骨髓间充质干细胞能够提高血清雌激素水平,增加卵巢的体积并改善更年期症状[37]。一项卵巢早衰患者自体脂肪来源间充质干细胞于卵巢内移植的研究显示,脂肪来源间充质干细胞可以恢复部分患者的月经周期并使其卵泡刺激素水平下降,患者治疗12个月未观察到局部或全身的不良反应,证明了干细胞移植的安全性[38]。临床前研究和临床研究均已证明间充质干细胞移植可以改善卵巢功能并具有安全性,干细胞治疗的最新进展可能会转化为新的治疗选择,为卵巢功能减退患者带来新的希望。但骨髓间充质干细胞的获得存在侵袭性和患者依从性差等问题,脂肪来源间充质干细胞和胎盘间充质干细胞也难以实现自体移植,这使其改善卵巢功能的广泛临床应用受到限制。与其他组织来源的间充质干细胞比较,经血源间充质干细胞可以实现周期性采集,避免有创性取材所伴随的风险。有体外实验证实,经血源间充质干细胞具有更强、更稳定的增殖能力,扩增一代仅需20 h左右[39],其倍增效率是骨髓间充质干细胞的2倍。有研究发现,经血源间充质干细胞在体外培养较低代数(10代以内)时,增殖能力不受供者年龄影响[40],这是经血源间充质干细胞相较于其他来源干细胞的明显优势[41]。因此,经血源间充质干细胞在未来可能拥有更为广阔的临床应用潜力。

4.4 间充质干细胞改善卵巢功能的作用机制

4.4.1 旁分泌 间充质干细胞通过分泌细胞因子发挥免疫调节、抗炎、抗凋亡、抗氧化、抗纤维化及血管生成等作用。(1)细胞因子。间充质干细胞可以分泌多种细胞因子,包括血管内皮生长因子[42]、肝细胞生长因子[43]、胰岛素样生长因子[44]等,有助于抗炎、抗凋亡、血管生成、抗纤维化及免疫调节,从而有助于卵巢修复。血管内皮生长因子可在卵泡发育期间参与卵泡激活和血管扩张以刺激促性腺激素[45];还可改善小鼠卵巢组织的血运重建、存活及卵母细胞质量[46-48]。有研究发现,卵巢卵泡液中的血管内皮生长因子与自然周期体外受精中的不孕类型有关[49]。(2)抗凋亡因子。间充质干细胞可以在恢复微血流动力学的同时合成、分泌经典的凋亡抑制蛋白来防止细胞程序性死亡,如B细胞淋巴瘤2、丝苏氨酸蛋白激酶等[50-51]。B细胞淋巴瘤2与B细胞淋巴瘤2相关X蛋白的比值决定了细胞对病理刺激的敏感性[52]。有研究表明,人类多能干细胞-间充质干细胞衍生的外泌体不仅可以恢复早发性卵巢功能不全小鼠的血清性激素水平,促进颗粒细胞增殖,还能够提高B细胞淋巴瘤2的表达,抑制细胞凋亡[53]。(3)抗氧化因子。有研究表明,血红素加氧酶-1基因在脐带间充质干细胞中过度表达,通过Jun氨基末端激酶/B细胞淋巴瘤2信号通路调节自噬,从而恢复早发性卵巢功能不全小鼠的卵巢储备[54]。还有证据表明,移植的人骨膜间充质干细胞通过调节卵巢组织中的血红素氧化酶-1/血红素氧化酶-2比率来抑制受伤卵巢的氧化应激[55]。在大鼠损伤模型中,人类胎盘衍生的间充质干细胞通过降低血红素加氧酶-1和活性氧的积累发挥抗氧化作用,从而恢复卵巢功能[56]。

4.4.2 细胞外囊泡 细胞外囊泡是活细胞分泌的直径为50～200 nm的双层膜性囊泡,外泌体通过传递多种蛋白质和非编码RNA在细胞通信中发挥关键作用[57]。间充质干细胞是产生细胞外囊泡能力最强的细胞之一。与间充质干细胞比较,间充质干细胞-细胞外囊泡是一种非细胞成分,可直接与靶细胞作用发挥生物学效应,便于储存;同时,其克服了间充质干细胞在体内长期应用突变致瘤的隐患。细胞外囊泡发挥作用主要基于以下机制:(1)促血管生成。间充质干细胞-细胞外囊泡可能通过传递具有血管生成功能的蛋白质调节血管生成。有研究报道,在人脐带间质干细胞-细胞外囊泡移植4周后,早发性卵巢功能不全小鼠的卵巢血管数量显著增加,推测人脐带间质干细胞-细胞外囊泡诱导的血管生成因子高表达可能在恢复卵巢功能方面发挥了重要作用[58]。(2)促增殖,抑凋亡。间充质干细胞-细胞外囊泡通过调节凋亡相关基因表达发挥作用。有研究表明,间充质干细胞-细胞外囊泡可以调节磷脂酰肌醇-3-羟激酶/丝苏氨酸蛋白激酶信号通路减少凋亡蛋白的表达,增加抗凋亡蛋白,增强卵巢功能[59]。(3)调节炎症。有学者发现,羊水衍生的外泌体可上调Smad-4和Smad-6,下调转化生长因子-β和白细胞介素-10,从而促进组织修复[60]。

5 总结与展望

干细胞治疗技术在其他领域的探索及临床研究为改善卵巢功能减退带来了巨大希望,是最新热门研究领域。尽管这些方法在动物研究方面有着良好的记录,但其临床实施仍处于起步阶段,缺乏安全性保证。未来应更深入地进行临床研究并努力为绝大多数患者制定个性化的治疗计划,以解决生育挑战。虽然,卵巢中是否存在卵巢干细胞仍有争议,但通过外源途径给予干细胞,使卵巢处于干细胞营造的微环境,可能对于改善卵巢功能是合理且有前景的方法。卵巢功能减退不仅造成生育力下降,还会引起各种围绝经期症状,给女性的身心健康带来很大的危害。干细胞研究及技术突破为延缓卵巢衰老、保护女性生育力提供了新的思路,有望成为预防及治疗衰老导致的生殖系统疾病的有力手段。