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尿源性干细胞在尿道括约肌功能障碍治疗中的潜在应用

张德英1,2朱家强1.马文云1.蒙教宫1.魏广辉1*张元元1、2 *

1.变更医科大学儿童医院泌尿科,变更,中国
2.美国北卡罗来纳州温斯顿塞勒姆维克森林大学再生医学研究所

*通讯作者:张元元,美国北卡罗来纳州温斯顿塞勒姆维克森林大学再生医学研究所,电话:336-713-1189;电子邮件:yzhang@wakehealth.edu魏广辉,重庆医科大学儿童医院泌尿科,重庆,中国


压力性尿失禁(SUI)当尿道括约肌内的肌肉和神经损伤导致腹内压升高时,会导致大量尿液流失。分娩期间阴道分娩造成的损伤是女性尿失禁的主要原因,这会导致尿道外括约肌、盆底肌和膀胱受损阴道后外侧神经丛[1,2]。在45岁以下的女性中有19%、老年女性中有29%、疗养院居民中有78%存在SUI,男性患者数量也在不断增加[3,4]。SUI在美国影响到1300万人,在全世界影响到2亿人[5].SUI降低患者的生活质量,并与显著的发病率相关。除了药物治疗[6],还有几种侵入性外科治疗,包括悬吊手术[7]和填充剂注射[8-15],已被普遍用于治疗SUI。尽管吊带手术可以加强脆弱的盆底肌肉,并报告了71~73%的成功率[7],但尿道括约肌缺陷仍然存在[16]注射填充剂取得了令人鼓舞的结果,但随着时间的推移,这些制剂会被吸收,并可能导致慢性炎症、经尿道脓肿、异物巨细胞反应、膀胱或尿道侵蚀、移向内部器官、下尿路梗阻,并导致尿潴留和尿潴留严重的排尿功能障碍,甚至肺栓塞[15,17,18]。在治疗SUI时,基于细胞的治疗是恢复尿道括约肌功能的替代方法。几种自体细胞类型,包括来源于骨骼肌[19-40]、脂肪组织[19,25,28,33,34,37,38,41-51]、骨髓的间充质干细胞(MSC)[37,39,46,47,52-58]或脐带血单核细胞[59]已用于此目的。然而,为了获得这些细胞,通常需要进行侵入性程序,如肌肉组织活检或骨髓或脂肪抽吸术,并伴有并发症的风险。

从尿液中分离的细胞亚群具有干细胞的生物学特性[8,43-53],即克隆原性、高扩增能力[60,61]、多潜能分化能力[8]、促血管生成旁分泌作用[62]和免疫调节特性[63]。因此,我们将这些细胞称为干细胞“尿源性祖细胞/干细胞(USCs)”[64,45,50]。这些细胞不是MSC谱系,但显示出与成人干细胞相似的表面标记,即CD24、CD29、CD44、CD73、CD90、CD105、CD117、CD133、CD146、SSEA-4和STRO-1呈阳性染色,而CD14、CD31、CD34和CD45呈阴性染色[61,65].USC是易于诱导的多能干(iPS)细胞[66],这为个性化治疗提供了候选策略。多个团队证实了我们的结果[67,68],并使用人类USC再生各种类型的组织和器官[69-79]。

USC具有组织再生的多潜能分化能力,并有可能分化为所有三个胚层的所需细胞系[65],如中胚层(即骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌细胞和内皮细胞)和内胚层(即足细胞、上皮细胞或尿路上皮细胞)和外胚层(即神经细胞)细胞类型。对于以细胞为基础的SUI治疗,需要植入的内皮细胞和心肌细胞。USC可以分化产生具有独特特征的功能性内皮细胞:包括体外血管形成、内皮细胞标记物表达和具有紧密连接形成的屏障功能。此外,USC分化为o骨骼肌细胞[65,80,81]和平滑肌细胞谱系[44,47,48]这些分化的USCs在体外和体内均表现出肌小管样或肌纤维形成的形态、体外收缩能力以及肌源性基因和蛋白标记物的表达。更多证据表明,干细胞旁分泌效应在恢复尿道括约肌功能中起着重要作用血管生成生长因子和细胞因子(即IGF1、FGF1、PDGF、MMP9和IL-8)的her水平我们最近的研究进一步证明了生物活性因子对括约肌功能恢复的影响。在阴道扩张损伤一周后的大鼠模型中,通过尿道周围注射USC局部给药或通过腹腔注射全身给药显著增强了括约肌功能通过增加泄漏点压力恢复cter功能,并通过防止尿道括约肌损伤恢复组织学[82]。

USCs最有可能起源于肾组织[65]。这些细胞很容易分离,然后从单个克隆中生成大量细胞[60,61,65]。此外,从中年个体收集的USCs中,高达75%表达端粒酶活性(USCs-TA)+)并保留较长的端粒长度[83]。南加州大学助教+具有较高的增殖能力,并维持多达67个种群倍增,表明单个USC可产生高达1.5×10的细胞20(即267)14周内的细胞[61,65]。在优化我们的方法后,从每个人的24小时尿液中获得100-140个USC克隆[60]。大约需要2-5×107个细胞才能用于SUI治疗[58,84-86]。因此,一份200毫升的尿液样本可以在早期(

作为一种新的细胞来源,与骨骼肌祖细胞(SMPC)或骨髓间充质干细胞(BMSCs)相比,人类USC在细胞分化和尿道括约肌组织再生的嗜性因子切片方面具有优势[64,65]。此外,USCs可以产生更多的细胞并存活更长时间(超过16代),因为它们表达端粒活性,但不表达畸胎瘤或肿瘤。此外,USC存在于每个人的尿液中,无论其年龄、性别或种族,并提供足够数量的细胞用于治疗性注射。对于细胞分离,由于USC从单个克隆开始,可以保证USC的纯度。分离过程简单,不需要酶消化。此外,当从患者自身的尿液样本中获取组织重建时,它们的使用既不涉及伦理问题,也不涉及免疫反应,因此很容易获得机构伦理批准。从其他物种(如猴子、猪、狗和兔子)中分离和培养USC也很容易[87],这使得这些在动物实验中使用非常可行。

表1:USCs、SMSCs和BMSCs干细胞特性的比较

注:ND-未确定

防止SUI复发是细胞植入后的关键。尽管基于骨骼肌祖细胞的细胞治疗对SUI患者取得了有希望的结果[58,88,89],但在某些情况下需要多次注射[89]。显然,不鼓励多次进行多次肌肉活检以持续获取骨骼肌细胞来治疗SUI复发。相比之下,与侵入性外科活检程序相比,可以通过简单、安全、低成本和非侵入性的程序收集或重复收集USC,从而避免了患者的死亡潜在的发病率和并发症,如供区创伤和感染。因此,毫无疑问,作为最佳细胞来源的自体USC比骨骼肌祖细胞或其他MSC更能在长期随访中实现稳定的功能改善,以增强括约肌组织再生或其他组织再生尿路系统的修复。

确认

作者承认中国国家自然科学基金(81570650、81371704号)资助。

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Aritcle类型:短讯

引用:张德,朱杰,马W,龚M,魏G,等。(2015)尿源性干细胞在尿道括约肌功能障碍治疗中的潜在应用。国际干细胞研究杂志1(2):doihttp://dx.doi.org/10.16966/ 2472-6990.105

版权:©2015 Zhang D,et al.这是一篇根据知识共享署名许可证条款发行的开放获取文章,允许在任何媒体中不受限制地使用、发行和复制,前提是原创作者和来源均已获得授权。

出版历史:

  • 收到日期:2015年10月07

  • 接受日期:2015年10月27日

  • 出版日期:2015年10月31日