尿源干细胞在泌尿生殖系统再生领域的研究进展

夏漫城 双卫兵

尿源干细胞（urine-derived stem cells，USCs）是指从尿液中提取的具有干细胞特性的成体干细胞，需经分离、培养及鉴定等多个环节获得，该类细胞具有旁分泌特性[1-2]。USCs 具有良好的增殖能力及多向分化潜能，可经诱导分化为功能性平滑肌细胞和尿道上皮细胞等，旁分泌特性则体现在可分泌生长因子、细胞因子和核糖核酸等活性物质的外泌体上[3-4]。此外，USCs 也可通过免疫调节作用促进泌尿生殖系统的组织修复[5]。与骨髓、脂肪、羊水和肌肉等来源的干细胞相比，USCs 具有安全无创、取材方便、价格低廉、操作简单和伦理问题少等优势[2]。

自2008年首次报道从人的尿液中提取出USCs 以来，陆续有学者应用尿液中提取出的USCs在泌尿生殖系统再生领域进行了一系列的研究[6]。尽管USCs的相关研究尚处于初级阶段，USCs对泌尿生殖系统的组织重建及修复的生物学机制尚不完全明确，但是为再生医学及组织工程学在泌尿生殖系统等方面的发展发挥了积极的推动作用。本文就USCs在泌尿生殖系统再生领域的研究进展综述如下。

一、USCs 与肾脏修复

肾脏是最难再生的器官之一，Choi 等[1]研究表明USCs 可作为肾脏再生良好细胞来源，USCs 或USCs 外泌体有望用于急性肾损伤、慢性肾病、糖尿病肾病和原发性肾病综合征（primary nephrotic syndrome，PNS）等情况下的肾脏修复[5]。

Tian 等[7]在肾缺血（再灌注）损伤大鼠体内注射了绿色荧光蛋白转导的USCs 与水凝胶的混合物，于肾小管上皮内检测到了USCs；相比于对照组，USCs 治疗组血清肌酐和尿素氮水平、肾小管损伤评分、凋亡细胞数量降低，而增殖细胞数量增加，IL-10和TGF-β1 等抗炎因子的mRNA表达水平上调，但IFN-γ和IL-1β 等促炎因子的mRNA表达水平降低。这些结果提示USCs 可促进肾脏修复并改善缺血性急性肾损伤后的肾功能。此外，USCs对慢性肾病大鼠的肾功能及肾脏的组织学形态具有改善作用，USCs 还可用于治疗糖尿病肾病等糖尿病相关的并发症，且低氧预处理可促进USCs对糖尿病肾病的修复[8-10]。石冬梅等[11-12]成功建立了PNS儿童USCs 分离培养的方法，并发现PNS 患儿体内存在2 种不同形态的USCs，与正常的USCs 相比，从PNS 儿童提取的USCs在形态、自我更新能力、肾系标志物表达和自噬水平等方面都存在差异，这为指导USCs 用于儿童PNS 治疗提供了理论基础。

Jiang 等[13]研究USCs 外泌体在早期预防糖尿病肾病的作用，在体实验发现，静脉注射USCs 外泌体可阻止足细胞和肾小管上皮细胞凋亡，抑制糖尿病大鼠caspase-3 过表达，并增加肾小球内皮细胞增殖；离体实验显示，USCs 外泌体可以减少高糖诱导的足细胞凋亡，USCs 外泌体还含有与血管再生和细胞存活有关的活性物质，包括生长因子、转化生长因子-β1、血管生成素和骨形态发生蛋白-7 等[13]。可见，USCs 外泌体可通过抑制足细胞凋亡、促进血管再生和细胞存活来预防糖尿病性肾病。

二、USCs 与输尿管修复

一项将USCs 应用于兔输尿管重建的实验显示：将USCs 体外分化得到的尿路上皮细胞和功能性平滑肌细胞接种到血管细胞外基质上形成组织工程移植物，并将其移植至实验动物体内，可以观察到重建的输尿管内形成了多层的尿路上皮组织和有序的平滑肌组织，这一实验结果表明USCs可用于输尿管组织的重建及修复[14]。但当前USCs 应用于输尿管修复及再生的研究较少，仍需更多基础及临床研究进一步验证。

三、USCs 与膀胱修复

膀胱是一个结构和功能较复杂的器官，其排尿和储尿受神经、血管以及逼尿肌等多重因素影响[15-17]。近年来，各种干细胞制成的生物支架用于膀胱修复已取得较大进展，USCs 或USCs 外泌体可作为改善膀胱组织结构及功能的良好来源，其在间质性膀胱炎（interstitialcystitis，IC）、压力性尿失禁（stressurinaryinconvenience，SUI）和神经源性膀胱（neurogenicbladder，NB）等膀胱疾病的修复应用方面取得了一定成效[3,18]。

IC是一种慢性非细菌性膀胱炎症，以尿频和（或）盆腔疼痛为主要临床表现。Li 等[19]用鱼精蛋白（脂多糖）诱导了Sprague-Dawley 大鼠的IC 模型，通过静脉注射方式将USCs输入IC 大鼠体内，研究发现，相比未静脉注射USCs的IC大鼠，其膀胱排尿功能改善，膀胱组织中相关抗氧化剂和抗凋亡蛋白生物标志物明显较高。而未静脉注射USCs的IC大鼠在炎症、氧化应激、凋亡和自噬相关生物标志物的含量上高于静脉注射USCs的IC 大鼠，这一结果表明USCs 可通过调控IC 大鼠的氧化应激、炎症反应和凋亡过程来恢复膀胱功能。

SUI 发病原因之一是尿道括约肌的损伤，这种肌肉退化的特征表现为肌肉细胞的损失和纤维结缔组织的增多[20]。Wu 等[21]给SUI 大鼠注射USCs 外泌体后，发现其腹压尿漏点压、最大膀胱容量等尿动力学参数明显改善，尿道组织的病理切片也显示受损括约肌细胞得到了恢复。Aicher 等[20]比较了几种治疗SUI 方法的优劣，USCs 较体育锻炼、药物干预、括约肌电生理刺激等方法具有更多的优势，并有可能成为将来SUI 治疗的首选方法。

NB的治疗一直是泌尿外科的难点，一项USCs 治疗 NB的研究显示：治疗组大鼠膀胱湿重、膀胱湿重/体重比值、尿动力学相关指标、离体逼尿肌肌条相关指标、逼尿肌细胞凋亡率均优于对照组，对照组蛋白P2Y4的表达高于干细胞治疗组[22]。USCs在一定程度上减轻膀胱逼尿肌细胞水肿或肥大，促进NB 大鼠膀胱功能的恢复。糖尿病性膀胱是糖尿病导致的NB，其发病机制复杂，与膀胱逼尿肌功能紊乱有关。一项USCs 治疗糖尿病并发症的研究发现，尽管USCs并未显著降低空腹血糖水平，但是膀胱逼尿肌的纤维化和细胞凋亡被抑制，从而减轻了糖尿病大鼠膀胱组织学破坏和功能衰退，这一结果提示USCs 可用于治疗糖尿病性膀胱[9]。

四、USCs 与尿道修复

USCs在尿道修复方面主要是应用于尿道狭窄和尿道下裂。USCs 可减轻尿道重建与尿道缺损时的炎症和纤维化进程[6,23-24]。Liu 等[25]研究发现，实验组以小肠黏膜下层为支架将USCs 注入其中形成组织工程移植物，然后用于尿道黏膜缺损实验兔的尿道成形术，对照组仅采用小肠黏膜下层进行尿道成形，结果显示实验组尿道口径、尿路上皮再生速度、平滑肌含量和血管密度均优于对照组，免疫荧光染色证实移植的USCs在体内分化成了尿路上皮细胞和平滑肌细胞，另外，对照组较实验组尿道局部的炎性细胞浸润和纤维化明显。可见，自体USCs 可作为尿道修复的替代细胞来源，以USCs为基础的尿道修复材料可为患有复杂长段尿道狭窄患者带来更好的疗效。吴少峰等[26]研究也表明USCs 有望用于尿道下裂畸形的重建。

五、USCs 与男性生殖器官修复

USCs在男性生殖器官修复的应用包括勃起功能障碍、隐睾和非梗阻性无精症（non-obstructive azoospermia，NOA）等。

勃起功能障碍的病因涉及神经、血管和内分泌等众多方面。多项研究表明USCs 可改善神经损伤和糖尿病所致的勃起功能障碍症状，海绵体内压/平均动脉压等指标均明显好转[27-31]。USCs对勃起功能障碍可能的修复机制包括：（1）增加内皮细胞表达及平滑肌含量；（2）减缓海绵体纤维化，抑制细胞凋亡；（3）促血管生成的miRNA的传递；（4）通过VEGF/VEGFR1/eNOS 通路改善阴茎海绵窦内皮功能。

隐睾是常见的先天性缺陷，也是导致男性不育的重要原因之一。Zhou 等[32]在隐睾患者的尿液中获取了隐睾特异性USCs，其在特异性基因OCT4的形态、标记表达和表观遗传学状态等方面与人类胚胎干细胞相似。这种隐睾患者特异性USCs的建立和鉴定，为今后研究隐睾分子机制及睾丸的再生修复提供了良好的人类遗传学基础。

NOA 也是男性不育的常见病因，目前缺乏有效的治疗方法。Deng 等[33]探讨了移植USCs和USCs 外泌体是否能促进NOA 小鼠精子恢复这一问题，他们将USCs和USCs外泌体分别注射入白消安诱导的NOA 小鼠睾丸间质中，研究发现白消安处理后第36天注射USCs 或USCs 外泌体能恢复小鼠精子发生，而白消安处理后第3天注射USCs 或USCs 外泌体不能促进小鼠精子恢复，这表明USCs及其外泌体可促进白消安诱导的NOA 小鼠生精恢复，但在白消安破坏早期其保护小鼠睾丸的作用不佳。这项研究为NOA的治疗提供了一个新的思路。

综上所述，USCs在泌尿生殖系统修复和再生领域的应用潜力巨大，尽管许多研究还处于初级阶段，研究对象还局限在各种动物模型，其生物学特性、具体的修复原理及与其他类型干细胞在修复方面的差异尚不明确，临床应用之前还需要解决很多具体问题，但是目前的研究还是展示了一个非常好的应用前景。