组织工程技术在阴道成形术中的应用

伊家嘉等

阴道成形术常用于先天性无阴道、阴道闭锁、两性畸形、后天会阴部损伤、肿瘤切除后盆腔清扫造成的阴道缺如，以及男性要求女性化者，它是解决先天及后天无阴道患者性生活和性角色的根本途径。理想的阴道成形术是为患者再创造一个解剖和功能均接近正常的阴道。从宫颈口到阴道口深度达7cm，可容纳两指宽，内壁柔软，有分泌物，不发生挛缩，不破坏外阴形态，对机体不造成大的损伤，不遗留显著瘢痕。目前，人工阴道成形术有多种方法，最基本的是在尿道、膀胱和直肠之间形成人工腔穴，利用各种不同的覆盖物纳入腔穴形成人工阴道。常用的手术覆盖物有皮片、皮瓣、肌肉瓣、膀胱瓣、肠袢、腹膜等自体组织以及羊膜、胎儿皮肤等异体组织。这些技术在创造了阴道的同时会导致一些并发症，如肠粘连，大量粘液分泌或无分泌物，毛发生长，继发狭窄、挛缩及瘢痕等[1]， 异体组织移植往往只充当暂时性覆盖物并可能引起排斥反应。不通过人工造穴形成人工阴道的术式有顶压阴道成形术和外阴阴道成形术等，而顶压法受先天条件限制，外阴阴道成形则外阴形态改变明显。此外，利用这些非阴道组织再造的阴道在功能上有一定的局限性，在形态学及组织学方面与正常阴道组织差别也较大。因此，探索和改进阴道成形方法是必要而迫切的[2]。组织工程技术采用自体细胞体外培养扩增的方法使组织器官再造成为可能，它对机体损伤小，组织形态和正常组织相似，具有广泛的应用前景，现将阴道组织工程技术的国内外研究方法与进展综述如下。

1阴道组织工程中的种子细胞

1.1 颊粘膜：Lin [3]成功地应用自体颊粘膜为8例患有MRKH综合征的患者进行了阴道再造术。取出2cm×7cm的自体全厚颊粘膜片，在粘膜片上打针孔样的洞以增加移植物的面积，将其固定在阴道处造的腔穴中，粘膜片边缘与小阴唇及周围皮肤缝合，放入模具。这是首例应用自体颊粘膜进行的阴道再造术。Oakes等[4]首次用自体颊粘膜片对一位曾行结肠阴道再造术后继发狭窄的患者进行了二次阴道成形术获得成功，证明颊粘膜是阴道再造的良好材料。这为颊粘膜作为种子细胞应用于组织工程阴道再造提供了思路。赵穆欣等[5]也应用自体颊粘膜微粒移植进行了阴道再造。他将颊粘膜剪成0.5mm的微粒并移入尿道与直肠之间造的腔穴中。术后阴道深6～10cm，容纳两指宽，人造阴道粉红色，表面光滑，组织病理学示未角化的复层扁平上皮粘膜层，供区愈合良好。利用自体颊粘膜进行阴道再造术为自体颊粘膜作为种子细胞应用于阴道组织工程奠定了基础。李森恺等[6]用口腔粘膜微粒进行阴道重建，口腔粘膜微粒是补充粘膜缺损的良好材料，成活容易，生长迅速，术后收缩较小，可以应用于部分尿道重建和阴道重建等被覆粘膜结构器官的再造。他采用明胶海绵承托口腔粘膜微粒游离移植的方法行阴道再造术。点状采取直径为5mm口腔粘膜片剪成直径小于1mm的微粒备用。口腔创面填塞碘仿纱条放置。将获取的粘膜微粒均匀地涂在干燥的明胶海绵上。阴道再造时，阴道诸壁各用1片明胶海绵承托的粘膜微粒覆盖。多孔硅胶模具中填塞碘仿砂条固定。采用这种方法，阴道深6～10cm，宽能容窥具，粘膜光滑红润，弹性好，近阴道外口阴道壁可见皱襞，病理示复层鳞状上皮，外阴外观与正常女性相似，无任何手术痕迹。口腔内供粘膜区域无继发畸形，张口不受限，感觉正常[7]。颊粘膜取材方便，供区范围较广，创伤小，风险低，不留并发症或继发病理改变，组织学形态与正常阴道粘膜相似且组织相容性好，是组织工程应用于阴道再造的良好种子细胞。

1.2 阴道组织

1.2.1上皮细胞及平滑肌细胞： Roger[8]将体外培养的兔阴道上皮细胞和平滑肌细胞分别种植于PGA支架的内外两面，植入裸鼠皮下继续培育，免疫组化染色显示所形成的工程化组织中上皮细胞角化蛋白AE1/AE3抗体及SM-o-actin抗体阳性，其染色的形态和强度与正常阴道组织相似，植入人体内6周后呈现显著的层次结构。同时观察到受体血管浸润现象，还可见平滑肌细胞呈现肌束样结构，而未种植细胞的对照组支架毫无组织形成的迹象。此外，该组织表现出与正常阴道组织相似的对电刺激产生特有的收缩反应且振幅相似。提示其与正常阴道组织表型、组织学和功能相似，然而研究表明阴道粘膜上皮细胞和平滑肌细胞在体外增殖能力有限。多次传代后细胞易老化，因而不甚理想。

1.2.2阴道粘膜细胞：Pierluigi等[9]首次将自体阴道组织移植用于Mayer-Rokitansky-Kuster-Hauser 综合征（MRKHS）患者的阴道再造。他在患者的阴道前庭取出1cm2的粘膜全层用酶消化后涂于IV型胶原支架上培养，2周后患者行改良的Abbe-McIndoe阴道成形术并将体外培养的324cm2自体阴道组织覆盖于阴道壁上。术后1个月，阴道的深度和宽度与正常阴道相似。用自体阴道前庭作为种子细胞的供区，患者损伤小，不留永久性瘢痕，避免异体组织移植发生排斥和感染的可能性；但供区有限，远期效果不详。

1.2.3人阴道成纤维细胞：人阴道成纤维细胞（Human Vaginal Fibroblasts，HVFs）的优点在于容易获取并进行体外培养和扩增。 Man等[10]发现HVFs进行2、3次传代后获得的细胞依然具有与同源细胞相同的典型形态。用传代HVFs作为种子细胞用于组织工程制造筋膜替代物来填补缺陷组织，支持悬浮器官，如阴道再造，盆腔器官脱垂等。

1.3 干细胞

1.3.1骨髓干细胞：骨髓干细胞（Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells，BMMSCs）向粘膜上皮细胞分化迄今已有较多文献报道，体外诱导BMMSCs分化为口腔、气道、胃肠道、输尿管等粘膜上皮细胞。在体内亦可分化为粘膜上皮细胞，参与粘膜炎症等损伤后的修复。Visaget[11]将人BMMSCs与人支气管上皮细胞共培养一段时间后，前者形态改变呈上皮细胞样的立方形并具有纤毛样的附属结构，间接证明了BMMSCs可用于阴道组织工程的可行性，构建组织工程化阴道所需的粘膜上皮细胞和平滑肌细胞理论上可由BMMSCs分化而来，可用于阴道组织工程的支架材料有聚羟基乙酸（polyglycolide，PGA）、聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物（polylactic-co-gl ycolic acid，PLGA）、小肠粘膜下层（Small Intestinal Submucosa，SIS）等，已有较多文献报道BMMSCs在这些支架材料上粘附牢靠，增殖旺盛。这些均提示BMMSCs可用作阴道组织工程的种子细胞[12]。然而BMMSCs取材较少，成功的诱导分化为上皮细胞和平滑肌细胞并大量增殖及粘附的技术有限，尚需进一步研究。

1.3.2 脂肪干细胞：Brzoska[13]发现全反式维甲酸能够诱导脂肪干细胞（adipose derived stem cells，ADSC）向上皮系分化。Altman等[14-15]首次成功地将ADSC种植于脱细胞真皮基质（acellular dermal matrix，ADM）上，ADSC可以轻松地从皮下脂肪中获得，手术损伤小，痛苦少，操作简便。Hakan[16]将含有ADSC 的脱细胞真皮和不含ADSC的脱细胞真皮植入Fischer大鼠皮下。8周后，含有ADSC的脱细胞真皮的厚度和血管密度及胶原含量明显高于未种植ADSC的脱细胞真皮。ADSC可以粘附于ADM上，它降低了移植物体内吸收率，具有更好的稳定性和持久性，改善ADM的种植效果。Nie [17]猜测在ADM上植入ADSC可通过旁分泌血管内皮生长因子（vas cular endothelial growth factor，VEGF）、转化生长因子b（transforming growth factor，TGFb）、胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）和人类生长因子（human growth factor，HGF）有效地促进伤口愈合。Kim 等[18-19]的实验记录表明ADSC可以刺激成纤维细胞分泌胶原蛋白。任何无血管的有机材料尽管有些是自体的，它们也会因为缺乏营养和活性减退而在移植部位出现吸收的可能。所以有机移植材料的早期血管化和营养支持格外重要，可降低其吸收率。ADSC分泌的VEGF可促进早期血管化，提供营养，预防ADM吸收，因此，ADM是ADSC的良好支架，它具有抗感染，免疫豁免，可快速植入受区等特点，还可以用于腹部筋膜缺陷的治疗，腭裂修补术和粘膜替代物。本实验可为阴道再造和预防术后狭窄及挛缩提供思路。

1.3.3 阴道粘膜干细胞：阴道粘膜干细胞（vaginal mucosa stem cells，VMSC）存在于阴道粘膜上皮的基底层，具有高度的自我更新能力，在维持粘膜上皮细胞再生和修复方面具有重要功能。王沂峰等[20]用VMSC作为种子细胞种植于人羊膜上，VMSC在负载物上能良好地生长，形成一层具有组织形态的薄膜，移入制备的无阴道小鼠体内，可用于修复缺损。然而阴道粘膜干细胞取材有限，是否能大量增殖替代阴道粘膜有待研究。

2阴道组织工程中的基质材料

2.1 脱细胞真皮：同种异体脱细胞真皮基质（acellular dermal matrix allograft，ADMA）采用特殊工艺去除表皮中引起排异反应的细胞成分，而保留了基底膜、细胞外基质等骨架结构，因此具有低免疫原性、不易吸收、易塑形等特点。广泛应用于烧伤、口腔、耳鼻喉、整形等学科领域。阴道瘘修补术中应用ADMA不仅起到填补阴道内壁、加强支持作用，也能允许新生粘膜组织的无瘢痕愈合 [21]。RENOV补片是应用组织工程学技术，将异体组织通过脱细胞处理后得到的一种天然的细胞外基质，保留了细胞外基质成分及三维空间框架结构，是一种真皮替代品。2006年，朱兰等[22]用RENOV医用组织补片为5例患者行人工阴道成形术，术后第8周随访见人工阴道全长均已完全粘膜化。2009年，他们用组织工程医用生物补片对小型实验猪行阴道重建术，术后12周，阴道粘膜上皮细胞、平滑肌细胞及对电刺激的收缩反应均与正常阴道相似[23]。人造真皮是一种由纤维端胶原和热变性端胶原组成的胶原海绵，植入活体内，宿主的上皮细胞和成纤维细胞就会长入这种胶原材料内并逐渐被宿主组织替代，最后形成了真皮样组织。人重组碱性成纤维细胞生长因子（b fibroblast growth factor， bFGF）可以促进神经外胚层和中胚层的增殖及分化如上皮细胞和成纤维细胞，它们在组织再生和肉芽组织形成中起重要作用。人重组bFGF可以缩短创伤愈合时间，在Ⅱ度烧伤中加快上皮化，促进肉芽组织形成[24]。基于上述特点，Soichi等[24]用一种人造真皮（端胶原海绵）进行了阴道成形术。他将这种人造真皮固定在模具上，然后放进预先造好的阴道穴中固定。术后第10天，向患者阴道内喷洒人重组bFGF加快其上皮化直到第19天，可见阴道内有一薄层上皮样的细胞覆盖伴新生毛细血管形成，1/4的阴道粘膜完全上皮化类似正常阴道。术后50天，组织病理学示阴道完全被复层扁平上皮覆盖，表面光滑。Hakan等[16]将含有脂肪干细胞的脱细胞真皮植入Fischer大鼠皮下，为探索组织工程用于腹部筋膜缺陷、腭裂修补术、粘膜替代物的材料也取得了良好效果。

2.2聚羟基乙酸（polyglycolide，PGA）：Roger 等[8]将雌兔的阴道上皮细胞和平滑肌细胞培养扩增后种植到PGA支架上，植入裸鼠皮下探索阴道上皮细胞和平滑肌细胞在体内阴道组织工程中的应用。体外迅速扩增能力和细胞的正常表型无受损是种子细胞成功地进行组织工程的理想状态。成功地将体外培养的活细胞随同支架移入宿主体内是组织工程中最重要的环节之一。PGA便于制成各种三维结构，并且有很好的支持和转运细胞的能力，因此被广泛应用于组织工程。Roger将阴道上皮细胞和平滑肌成功地在PGA两侧共培养。免疫细胞化学和western印记分析表明移入体内并稳定生长的确是阴道上皮细胞和平滑肌细胞。在空间上，PGA上的阴道上皮细胞和平滑肌细胞随着时间的推移出现明显的分层生长。这些发现表明阴道上皮细胞和平滑肌细胞可以在体内长时间存活、复制并朝正常的阴道结构生长。在功能方面，组织工程阴道在受到电脉冲刺激后可以与正常天然阴道产生相似的收缩力，这说明细胞具有完整的膜系统，可以释放阳离子，进行去极化并发生肌肉收缩，但是它在复极化中与天然阴道有所区别。组织工程阴道对乙酰胆碱和去甲肾上腺素的化学刺激无反应。这说明神经递质受体难以合成。这是首次将组织工程应用于体内进行阴道再造。培养的上皮细胞和平滑肌细胞可以保持正常的形态并大量增殖进行组织替代。含有细胞的支架可以血管化并表现出与天然阴道相似的结构和功能。

2.3 胶原蛋白：胶原蛋白生物相容性好，降解速度可调。而且可参与组织修复，是一类优良的可引导组织再生的生物材料。I型胶原作为体外细胞培养支架时可以促进细胞粘附和诱导生长分化，是良好的培养粘附剂。其降解产物可被细胞利用合成新的基质。不产生毒性代谢产物，不影响内环境pH值，因此不会影响细胞的生长增殖。利用人脂肪干细胞作为种子细胞，体外将细胞种植于胶原支架上镜下显示，种子细胞种植胶原材料后，生长状态良好，无明显细胞毒性表现，在培养条件相对稳定的情况下，细胞可以进行正常增殖、迁移并分泌细胞外基质。通过检测，细胞与支架的粘附率达97%以上。说明该支架对细胞有良好的亲和性[25]。Pierluigi等[9]将人自体阴道前庭粘膜细胞植入IV 型胶原支架用于阴道成形术取得良好效果。 Man等[10]将人阴道成纤维细胞（human vaginal fibroblast ，HVF）分别植入高比率I/III胶原支架和低比率I/III胶原支架植入小鼠皮下，结果证明高比率I/III胶原支架组的人阴道成纤维细胞增殖能力优于低比率I/III胶原支架组，它可作为组织工程筋膜替代物治疗盆腔器官脱垂和阴道再造等。然而胶原蛋白价格昂贵，降解快，机械强度较差[25]等缺点尚不足以作为组织工程阴道的良好材料。

2.4 明胶海绵：明胶（Gelatin，Gel）是由胶原的局部水解产物制备的可溶性蛋白质，它由胶原的三重螺旋结构解体为单分子而形成。胶原在生理条件下具有一定的抗原性，明胶则无抗原性，是组织工程生物材料制备的一种理想成分[26]。2009年，李森恺等[6]采用明胶海绵承托口腔粘膜微粒游离移植的方法行阴道再造术获得成功。然而明胶存在的最高温度为35℃，在较高温度下解体，不适合37℃下长期使用[26]。

2.5 小肠粘膜下层：小肠粘膜下层（small intestinal submucosa，SIS）基质作为天然细胞外基质类生物衍生材料，是自猪小肠解剖出其粘膜下层经处理后获得富含胶原的生物材料，粘膜下层无细胞基质外观，呈白色，半透明，有一定韧性，无免疫原性、抗微生物原性，能促进细胞再生、提供细胞生存和铺展的三维空间，利于细胞新陈代谢等特性。在实验和临床工作中已被较多用于血管、膀胱、神经及腹壁等组织缺损的修复，显示出良好的组织相容性。体外培养的平滑肌细胞在SIS种植后，经形态学及免疫组化检测，平滑肌细胞能够在SIS上贴附、分化及增殖，表明SIS的细胞相容性良好，不影响平滑肌细胞的形态，对细胞生长和功能表达也未见明显抑制作用，且来源丰富，价格低廉。故SIS可用作阴道组织工程材料是可行的，同时为阴道组织工程支架材料提供实验模型[27]。目前，截取自体肠管作为阴道成形的材料无论是组织学形态还是功能上都与正常阴道相似，并有一定韧性，因此，将SIS基质作为阴道组织工程支架材料值得研究。 2.6 人羊膜（human amniotic memberane，HAM）：Sarwar 等[28]用羊膜瓣为28例患者做阴道再造术获得成功。HAM是附着在绒毛膜表面的半透明薄膜，无血管及神经分布，具有弹性、无抗原性及在体内可降解的特征，并且含有多种促进细胞增殖的营养成分。羊膜基底膜含有层粘连蛋白、纤维连接蛋白、Ⅳ型胶原及某些细胞生长因子如表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）等，可促进细胞的粘附、生长及增殖。在组织工程方面，王沂峰等[20]将HAM进行脱细胞处理后，用细胞组织工程技术将VMSC种植在HAM的基质面上，观察VMSC在HAM上的生长情况，为采用HAM负载VMSC构建阴道粘膜，治疗先天性无阴道提供实验依据。翁慧男等[29]通过体外分离、培养人VMSCs，种植于人羊膜上，首次成功地构建了人工阴道的小鼠模型。移植入裸鼠体内第42天，显示VMSCs形成类似正常阴道的复层鳞状上皮。但目前组织工程技术尚不完善，如：天然支架来源相对少，不易批量生产，有传播疾病的可能；阴道粘膜干细胞培养及脱细胞技术的局限性等问题。

2.7 同源脱细胞基质：Joerg等[1]用同源脱细胞基质在小鼠体内做阴道成形术。这一研究旨在评估脱细胞基质在阴道成形术中的应用。移植物未发生排斥并获得了理想的阴道长度。组织病理学示阴道上皮细胞，毛细血管，肌细胞样细胞，雌激素受体进入移植物，这一发现表明阴道基质中的胶原蛋白/弹性蛋白在阴道形成中有积极作用，但也发生了移植物塌陷和挛缩。实验表明使用组织特异性同源脱细胞基质移植物用作阴道成形在技术上是可行的。当使用非组织特异性膀胱脱细胞基质作为移植物用于阴道再造时结果不理想，但是人阴道同源脱细胞基质取材有限，无法大规模生产应用于临床。

3阴道组织工程中的动物模型

3.1 皮下移植： Roge等[8]将体外培养的兔阴道上皮细胞和平滑肌细胞分别种植于PGA支架的内外两面。植入裸鼠皮下继续培育。免疫组化染色显示其形态和电刺激后收缩强度与正常阴道组织相似。Man-Jung Hung 等[10]将人阴道成纤维细胞植入I/III胶原支架上并放入小鼠皮下，结果I/III胶原支架的人阴道成纤维细胞增殖情况良好，它可作为组织工程筋膜替代物进行阴道再造。Hakan 等[16]将含有脂肪干细胞的脱细胞真皮植入Fischer大鼠皮下，脱细胞真皮的厚度和血管密度及胶原含量增多。大量实验选择皮下移植的动物模型并取得良好效果。

3.2 腔隙内移植：朱兰等[23]用组织工程医用生物补片对小型实验猪行阴道重建术，术后3个月基本完成组织重建，阴道粘膜上皮细胞，平滑肌细胞及对电刺激的收缩反应均与正常阴道相似。Joerg等[1]用同源脱细胞基质在小鼠体内做阴道成形术，组织病理学示阴道上皮细胞，毛细血管，肌细胞样细胞，雌激素受体进入移植物。为实验动物行阴道再造术，在腔隙内植入组织工程材料也可获得满意效果，更接近临床应用。

3.3 体外培养：王沂峰等[20]体外培养小鼠阴道粘膜干细胞（vaginal mucousmembrane stem cell，VMSC），并采用细胞组织工程技术，将VMSC种植在HAM的基质面上，为采用HAM负载VMSC构建阴道粘膜，治疗先天性无阴道提供实验依据。李庆林等[27]体外培养的平滑肌细胞在小肠粘膜下层（small intestinal submucosa，SIS）基质种植后，经形态学及免疫组化检测，平滑肌细胞能够在基质上贴附、分化及增殖，故SIS可用作阴道组织工程材料。体外实验易于操作和观察，然而组织工程进行器官再造终究要用于人体，在体内复杂的环境下体外实验的可靠性需进一步证实。

4人造阴道中的平滑肌是否必需

4.1 强调平滑肌在人造阴道中的作用：朱兰等[23]用组织工程医用生物补片对小型实验猪行阴道重建术，术后阴道粘膜上皮细胞，平滑肌细胞及对电刺激的收缩反应均与正常阴道相似。Roger等[8]将雌兔的阴道上皮细胞和平滑肌细胞培养扩增后种植到PGA支架上，植入裸鼠皮下。PGA上的阴道上皮细胞和平滑肌细胞随着时间的推移出现明显的分层生长，阴道在收到电脉冲刺激后可以与正常天然阴道产生相似的收缩力。Man-Jung Hung等[10]用阴道成纤维细胞作为种子细胞用于组织工程制造筋膜替代物来填补缺陷组织如阴道再造等。组织病理学示平滑肌细胞，成纤维细胞，肉芽组织和胶原形成。Joerg等[1]用同源脱细胞基质在小鼠体内做阴道成形术。组织病理学示阴道上皮细胞，毛细血管，肌细胞样细胞，雌激素受体进入移植物。阴道平滑肌层较薄，使阴道壁易于扩张和收缩，它在阴道作为软产道中起重要作用，而子宫缺如的患者行阴道再造术的主要目的在于解决性生活问题， 阴道平滑肌在这一过程中的作用不大。

4.2 未强调平滑肌在人造阴道中的作用：王沂峰等[20]体外培养小鼠阴道粘膜干细胞（vaginal mucousmembrane stem cell，VMSC）并将它种植在人羊膜HAM的基质面上，观察到VMSC在HAM上的生长良好，形成一层具有组织形态的薄膜，移入制备的无阴道小鼠体内可用于修复缺损，未观察平滑肌细胞。李森凯等[6]用口腔粘膜微粒进行阴道重建，他采用明胶海绵承托口腔粘膜微粒游离移植的方法行阴道再造术，并未强调平滑肌的植入。Lin[3]在应用自体颊粘膜进行了阴道再造术时也未强调平滑肌的重要性。Soichi等[24]用一种人造真皮（端胶原海绵）进行了阴道成形术。他将这种人造真皮固定在模具上，喷洒人重组bFGF加快其上皮化，可见阴道内有一薄层上皮样的细胞覆盖伴新生毛细血管，组织病理学示阴道完全被复层扁平上皮覆盖，未示平滑肌的出现。Pierluigi等[9]取出阴道前庭粘膜培养后涂于IV型胶原支架上并覆盖于人造阴道壁，只强调了上皮化的发生而未提及平滑肌。Meghan[30]在用颊粘膜修复阴道粘膜时也只强调了其上皮化而未说明平滑肌的情况。大量实验并未强调平滑肌在人造阴道中的重要性。

5展望

组织工程学的进展为人体组织、器官修复与替代带来了广阔的前景。目前，组织工程技术已用于构建皮肤、软骨、心肌、膀胱、尿道及神经等多种组织。阴道再造术后常伴有难以克服的挛缩和狭窄，如果在较短的时间内粘膜可以覆盖全部创面，则创面术后收缩较轻 [6]。应用组织工程构建阴道对机体损伤小，而且可以在短时间内覆盖创面，构建的组织在表型、组织学和功能上均与正常阴道组织相似，但在种子细胞的筛选、支架材料应用以及阴道组织构建方面仍有一定的局限性。随着组织工程在阴道再造中的研究与应用的深入，希望给阴道组织缺损的患者带来新的福音。

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[收稿日期]2012-04-09 [修回日期]2012-05-25

编辑/李阳利