SDF-1/CXCR4轴在间充质干细胞治疗卵巢早衰中的研究进展

柳颖灵，刘　炜，纪亚忠

(同济大学附属上海市同济医院生殖医学中心，上海 200065)

SDF-1/CXCR4轴在间充质干细胞治疗卵巢早衰中的研究进展

柳颖灵，刘炜，纪亚忠

(同济大学附属上海市同济医院生殖医学中心，上海 200065)

摘要：卵巢早衰(POF)目前尚无有效的治疗手段，采用间充质干细胞(MSCs)移植治疗POF 取得了一定的效果。MSCs因其具有低免疫原性、可移植性、组织修复能力强等特征，目前被认为对于多种疾病的治疗具有重要的研究价值。基质细胞衍生因子-1(SDF-1)及其受体CXC chemokine receptor 4(CXCR4)组成的SDF-1/CXCR4轴在MSCs迁移中起重要作用，可否通过调控SDF-1/CXCR4 诱导MSCs的归巢至卵巢而最大程度地发挥POF的临床治疗作用？本文就MSCs的归巢调控机制及在POF中的研究作一综述，以期为其应用于POF的治疗提供理论依据。

关键词：间充质干细胞； 归巢； 卵巢早衰； SDF-1/CXCR4

卵巢早衰(premature ovarian failure，POF)是指妇女在40岁以前出现闭经、不育、雌激素缺乏以及促性腺激素水平升高为特征的一种疾病，其导致的低雌激素水平及生育力丧失已成为妇女生殖健康的两大威胁[1]。POF病因复杂，主要包括免疫性因素、遗传学因素、医源性因素等，目前尚无有效的治疗手段。近年来，采用间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs) 移植开拓了POF 治疗的新方向，并取得了一定效果[2-4]。本文就MSCs的归巢调控机制及在POF中的研究作一综述，以期为MSCs应用于POF的治疗提供新的思路。

1POF研究现状

近年来，POF发病呈上升趋势，给患者的身心带来巨大痛苦，尤其是未生育的患者。其中在原发性闭经患者中占10%～28%，继发性闭经患者中占4%～18%[1]。Coulam等[5]总结了1 858例妇女的自然闭经情况，<40岁者POF发生率为1%，<30岁者POF发生率为1‰。徐苓等[6]研究发现北京地区妇女POF发生率为1.8%。

目前，随着婚龄越来越大，晚婚晚育成为一种趋势，在一些较大的城市平均结婚年龄已到达了30岁，越来越多的女性因POF而无法生育下一代。即使那些已经生育过子女的女性患有POF后也会伴有性欲降低、性交时疼痛，植物神经功能紊乱、睡眠困难，月经周期紊乱、频繁地发生阴道炎或泌尿系统感染等症状，严重影响女性生活质量，甚至影响家庭稳定。

在POF患病的早期仍有33%的患者卵巢中有正常卵泡，但是这些卵泡对体内促性腺激素的反应性降低，甚至在确诊后仍有5%～10%的机会怀孕[7]。但Van Kasteren等[8]对52个病例报道、8个观察研究、9个非对照研究、7个对照研究后得出结论是任何治疗措施均不能增加妊娠率，故对于不孕患者只能考虑接受赠卵、冻存卵细胞及胚胎治疗等。POF病因复杂、多样，病因主要包括4个方面：1)遗传变异，包括X染色体和常染色体的基因突变。2)自身免疫性卵巢的损伤，被认为和其他自身免疫性疾病相关。3)医源性手术、放疗及化疗。4)环境因素，如病毒感染，但其致病机制尚不明确。随着研究的进行，约有30%的POF被认为与自身免疫相关[9]。因此，寻找POF的病因、探索POF新的有效的治疗方法就显得非常必要。

MSCs具有低免疫原性、可移植性及组织修复能力强等特征，目前被认为其对多种疾病的治疗具有重要研究价值。近年来，采用MSCs移植治疗POF 取得了一定的效果，但人卵巢平均体积仅为10 cm3，决定了直接接种到卵巢的MSCs量非常有限，甚至接种将影响到卵巢的生理功能。如何使MSCs细胞最大程度地归巢于卵巢，并发挥其治疗作用成为目前研究的热点。

2SDF-1/CXCR4促进MSCs归巢

自1976年发现MSCs[10]以来，研究者们对MSCs进行了包括生物学特性和治疗方式在内的多项研究。MSCs是来源于发育早期中胚层的一类多能干细胞，具有自我更新和多向分化的能力，其最早在骨髓中发现，随后还发现其存在于人体发生、发育过程中的多种组织器官中。目前，研究人员已能从骨髓、脂肪、肌肉、肝脏、胎盘、脐带中分离及制备MSCs。不同来源的MSCs具有相同的表型和细胞学特性，但具有不同的表达调节蛋白，MSCs通过这些调节蛋白参与细胞的活动、种植、迁移等过程[11-12]，从而进入骨、软骨、肝细胞、神经细胞等各种细胞组织中，同时分泌多种生物活性分子参与免疫调节、细胞凋亡、抗炎、血管新生及组织再生[7,13-17]，从而达到治疗的目的。然而，在临床实验中，大多数输注的MSCs无法到达靶器官，所以治疗效果较差[18]，因此提高MSCs归巢至靶器官是MSCs用于治疗疾病的关键。

趋化因子家族及其受体一直被认为是介导白细胞在正常或炎症状态下的迁移和体内重分配的重要因子，而现在的许多研究[19-22]表明，他们也是操控MSCs迁移的重要因子，其中基质细胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)及其受体CXC chemokine receptor 4(CXCR4)组成的SDF-1/CXCR4轴在MSCs迁移中起重要作用。CXCR4在体内大部分组织和器官中都有表达，它是由352个氨基酸组成的GPCR(G蛋白偶联受体)，具有7次穿膜结构。CXCR4参与体内多种生理、病理机制，包括参与HIV-1病毒侵袭、造血功能、胚胎发育及肿瘤迁移等。Shi等[23]通过应用多种细胞因子共同刺激，促进人MSCs表面CXCR4表达的增加，可提高MSCs迁移及归巢能力。Cheng等[24]研究证实，在小鼠心肌缺血模型中静脉输注逆转录病毒介导的CXCR4高表达的 MSCs，可显著增加MSCs归巢至缺血心肌，明显改善心肌功能。Jiang等[25]研究指出，SDF1/CXCR4轴是调控MSCs归巢主要因素之一。

MSCs在血液中迁移，跨血管内皮细胞并进入组织，损伤部位常伴有血管损伤或组织炎症反应，可造成血管通透性增加，增加MSCs进入损伤部位的能力，干细胞到达靶器官后，首先黏附于血管内皮，SDF-1能够促进细胞黏附到纤维蛋白原、纤维连接蛋白、间质和内皮细胞，作为SDF-1特异性受体；CXCR4识别SDF-1并与之结合形成二聚体，CXCR4作为G蛋白偶联受体(GPCR)能同时结合细胞表面的异源三聚体G蛋白，这一异源三聚体G蛋白由Gα、Gβ、Gγ亚基组成，CXCR4可与G蛋白结合后通过G蛋白受体激酶迅速使CXCR4羟基端磷酸化[26]，结合β抑制蛋白形成CXCR4-β-arrestin复合物，这一复合物在细胞内化、钙离子流动、细胞外调节激酶的信号激活中起重要的作用[27]。有研究[28-29]发现，在骨折的MSCs迁移中，当SDF-1信号受阻时MSCs的招募停止，而MSCs迁移至缺血性肾脏则依靠CXCR4。

Shichinohe等[30]通过对照移植CXCR4-MSCs和CXCR4 KO-MSCs治疗小鼠大脑梗死，发现CXCR4不仅与迁移到病灶的MSCs数量相关，而且可促进迁移到病灶的CXCR4-MSCs的生存和增殖能力。Liu等[31]研究表明，SDF-1/CXCR4轴可以通过抑制MSCs的凋亡而增强其生存能力，促进MSCs的增殖和迁移归巢，同时还可以促进MSCs分泌细胞生长因子(bFGF)和血管内皮生长因子(VEGF)，而后两者在临床治疗中发挥了极为重要的作用。

3MSCs改善卵巢功能的实验及临床研究

近年来，采用骨髓、脐带和羊水不同来源的MSCs 移植治疗POF 取得了明显效果。MSCs原位、腹腔或静脉注射后，可归巢于卵巢，从而可能恢复实验动物卵巢形态、大小和正常动情周期，增加卵巢各级卵泡数，促进颗粒细胞生长，抗颗粒细胞凋亡，改善卵巢内分泌功能，提高生育能力。

MSCs能否有效归巢对其功能的发挥有着重要的影响，过表达CXCR4增加MSCs治疗效果的一个最重要的原因就是可以促进MSCs的归巢。SDF-1对淋巴细胞有强烈的趋化作用，在具有炎症反应的免疫性POF的卵巢会大量聚集SDF-1，SDF-1的大量的聚集会高效率的吸引过表达CXCR4的MSCs聚集到病变的卵巢中，从而实现高效的MSCs归巢，大大提高移植入体内的MSCs利用效率和对POF的治疗效果。

建立理想的动物模型有利于更好地探寻治疗POF的方法。目前研究人员已经成功建立了多种POF动物模型，其中最常见的是特发性POF(高促性腺激素性)，其他类型的POF模型涉及遗传、免疫、代谢异常、放疗化疗因素、感染因素、医源性因素及心理因素[32]等。目前构建的POF模型主要有：应用免疫相关因素构建的模型；切除初生小鼠胸腺建立有自身免疫卵巢炎的小鼠模型；基因敲除建模；针对酶缺陷所致半乳糖血症建立的半乳糖血症小鼠动物模型；物理化学因素所致卵巢损伤模型；临床药物损伤所致卵巢损伤模型[33]等。Fu等[34]研究发现，移植大鼠骨髓 MSCs可以促进修复大鼠化疗所诱导的卵巢功能和结构上的损伤，治疗后大鼠发情周期和性激素——雌二醇(E2)和促卵泡生成激素(FSH)都得到了缓解，趋向了正常，卵泡数量增加，颗粒细胞的凋亡大幅减少。Ghadami等[35]研究也发现，小鼠骨髓MSCs移植到小鼠POF模型中，在24 h阴道涂片显示小鼠阴道变得湿润，脱落细胞减少；一段时间后小鼠整体体质量和子宫质量明显增加；HE表明卵泡和成熟卵泡的数量都明显增加；血液FSH水平下降40%～50%，雌激素水平增加4.0～5.5倍，恢复排卵功能。付霞霏[36]研究认为，骨髓MSCs移植可修复CTX损伤的卵巢组织，改善部分卵巢内分泌功能。李彩霞等[37]研究发现，经小鼠尾静脉移植的人类脐带MSCs，可促进POF小鼠卵巢归巢并能在局部存活生长。

脐带来源的间充质干细胞(UCMSCs)与骨髓MSCs相比，生长的组织环境更单纯，具有更强的增殖与分化能力、更低的免疫源性，而且分泌出大量的因子，且细胞来源安全，方便提取、提纯，易于体外培养。故UCMSCs成为最有可能广泛应用于各种疾病临床治疗的干细胞类型，应用UCMSCs为POF的治疗提供了全新的思路。

4问题与展望

目前对于MSCs治疗POF仅局限于动物实验，在人类是否有效尚需要进一步研究，但为MSCs治疗人类POF提供了实验和理论基础。未来在确保外源性MSCs与原有组织器官基因型一致的情况下，寻找简便而有效的方法使MSCs归巢于卵巢将成为研究热点。SDF-1/CXCR4轴在MSCs的归巢中起重要作用，可以通过调控SDF-1/CXCR4 诱导MSCs的归巢及最大程度地发挥临床治疗作用，从而为MSCs治疗包括POF在内的各种自身免疫、放化疗、物理损伤等不可逆性损伤提供理论基础和临床思路。

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(责任编辑：周丽萍)

收稿日期：2014-10-27

作者简介：柳颖灵(1990—)，女，硕士研究生，主要从事生殖医学的基础与临床研究。 通信作者： 纪亚忠,主任医师，E-mail:jiyazhong@hotmail.com。

中图分类号：R711.76

文献标志码：A

文章编号：1009-8194(2015)07-0100-04

DOI:10.13764/j.cnki.lcsy.2015.07.037

Role of SDF-1/CXCR4 Axis in Treatment of Premature
Ovarian Failure with Mesenchymal Stem Cells

LIU Ying-ling，LIU Wei,JI Ya-zhong

(ReproductiveMedicineCenter,ShanghaiTongjiHospitalAffiliatedto

TongjiUniversity，Shanghai200065,China)

ABSTRACT：Premature ovarian failure (POF) causes serious damage to mental and physical health in middle-aged women,especially in childbearing-aged women.However,there is currently no effective treatment for POF.In recent years,the transplantation of mesenchymal stem cells (MSCs) has been considered as the effective treatment for POF.MSCs have characteristics of low immunogenicity,transferability and strong tissue repair capacity.Therefore,MSCs have important value in the treatment of many diseases.Stromal cell derived factor-1(SDF-1) and its cognate receptor CXC chemokine receptor 4(CXCR4) play an important role in the migration of MSCs.The induction of homing of MSCs to ovary by regulating SDF-1/CXCR4 may exert the curative effect on POF to greatest extent.In this paper,we review the regulation mechanism of homing of MSCs to provide theoretical basis for the application of MSCs in the treatment POF.

KEY WORDS：mesenchymal stem cells; homing; premature ovarian failure; SDF-1/CXCR4