干细胞在动物实验及临床试验中治疗勃起功能障碍的疗效研究进展

赵超 刘豪圣 蒲小勇 刘久敏

全世界范围内，大约有1.5亿男性受到勃起功能障碍(erectile dysfunction, ED)的困扰[1]。ED和年龄、吸烟、糖尿病、高血压、血脂异常、抑郁症、肥胖及久坐不动的生活方式等密切相关[2-3]。目前ED的治疗主要是缓解症状而不是永久性治愈，且治疗效果参差不齐。近年来，干细胞治疗ED受到了广泛的关注，目前已有多种类型的干细胞应用于动物模型，主要包括间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)、脂肪源性干细胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)、尿源性干细胞(urine-derived stem cells, UDSCs)、肌源性干细胞(muscle-derived stem cells, MDSCs)等，本文将就不同类型干细胞治疗ED的疗效进行综述。

一、干细胞概念及分型

干细胞具有自我复制和多向分化的能力，能根据外界不同刺激信号分化成多种不同类型的细胞，属于多潜能细胞。根据分化能力的不同，可以分为全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞及单能干细胞[4]。全能干细胞是指在适当的环境支持下，能够产生新生物的细胞；广义上指可以产生所有胚外组织及身体、种系所有组织的细胞[5]。多能干细胞是指可以分化成包括外胚层、中胚层、内胚层在内的各种细胞组织。多能干细胞可进一步分化成专能干细胞，指只能向一种类型或者紧密相关的两类分化的细胞。单能干细胞是发育等级最低的干细胞，指不具有或只具有有限分化或自我更新能力的一类细胞。根据干细胞来源的不同，又可将干细胞分成胚胎干细胞(embryonic stem cell, ESCs)及成体干细胞(adult stem cells, ASCs)。ESCs的研究由于存在法律与伦理等方面的限制，且实际应用存在基因组不稳定性、畸胎瘤形成风险增高[6]，故在干细胞治疗ED的研究领域中，主要研究对象是ASCs，包括MSCs、ADSCs、UDSCs、MDSCs等。

二、ED的病因及病理生理学

ED的病因主要包括心因性、器质性和混合性，器质性ED又包括神经源性、血管源性、内分泌源性，局部阴茎海绵体损伤以及药物源性[7]，其中最常见的为血管源性，如高血压及糖尿病患者。虽然目前盆腔手术技术比如根治性前列腺癌切除术(radical prostatectomy, RP)较前明显进步，但仍有相当一部分患者会发生术后ED[8]，在除外局部海绵体损伤性病例后，其中约有10%～19%属于神经源性[9]。病理生理学方面，因为勃起功能是通过副交感神经释放的一氧化氮来实现的，一氧化氮能够使阴茎海绵体平滑肌细胞松弛进而导致局部血流增加引起阴茎勃起[10-11]，所以能够导致一氧化氮释放减少或阴茎血流量减少的疾病都会导致ED。

三、不同干细胞在动物实验及临床试验中治疗勃起功能障碍的疗效研究

1.MSCs：MSCs来源广泛，存在于所有组织的血管周围微环境中[12]。骨髓间充质干细胞(bone marrow-mesenchymal stem cells, BM-MSCs)是最早用于治疗ED研究的干细胞。2003年Deng等[13]第一次用携带内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)基因的腺病毒转染大鼠BM-MSCs后注射到老年性ED大鼠的海绵体组织内，实验结果显示老年ED大鼠的海绵体内压明显升高。此后，BM-MSCs广泛应用于干细胞治疗ED的研究中。2016年Ryu等[14]从5周龄的C3H小鼠中分离出BM-MSCs，并将其注射到12周龄的C57BL/6J小鼠的海绵体腔内，通过恢复海绵状内皮细胞和平滑肌细胞、阴茎神经源性一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)和神经丝含量，并诱导eNOS磷酸化(Ser1177)，使勃起功能显著恢复。2017年，Shan等[15]将BM-MSCs注射入大鼠阴茎海绵体中，同时结合低能量冲击波疗法(low-energy shockwave therapy, LESWT)，结果发现，LESWT能将干细胞聚集在阴茎海绵体组织，结合治疗组比单纯将BM-MSCs注射入阴茎海绵体治疗更有效地改善了大鼠的勃起功能，可能是因为LESWT会增加海绵体的血运重建，为移植的BM-MSCs生存提供了合适的条件。这些实验为BM-MSCs来源及如何更有效的治疗ED提供了新的思路。

骨髓单核细胞群(bone marrow-mononuclear cells, BM-MNCs)是包括MSCs、内皮祖细胞和造血干细胞在内的细胞群，具有抗凋亡、营养神经和血管生成等作用。2013年，Thomas等[16]报道1例35岁的ED患者，在口服PDE5抑制剂和海绵体内注射PGE1等治疗无效后，尝试进行将自体BM-MSCs注射入海绵体内的研究。抽取患者骨髓液60 ml并将其中的骨髓单核细胞浓缩至2 ml，分别注射到两侧海绵体内，并于阴茎根部捆绑止血带5 min，以防止细胞扩散至阴茎外其他部位，注射后患者未发生明显不良反应。2 d后患者出现晨勃反应；3周后患者阴茎可以保持足够的硬度进入阴道，但无法维持到性高潮；3个月后患者阴茎晨勃的次数较前增加，且已可完成多次性交并维持至性高潮。在随后18个月的随访中，未出现明显不良反应，且在第18个月时，性功能较前明显提高。该方法具有无创、无需进行阴茎海绵体手术等优点。2015年，Rene等[17]进行了一项临床研究，选取了12例RP-ED患者，这些患者在经过海绵体内注射前列地尔和西地那非并使用真空勃起装置等治疗后阴茎勃起硬度无法恢复，12例患者被随机分为4组，每组在其海绵体内注射不同剂量(2×107，2×108，1×109，2×109个)的自体BM-MNCs，在第1、3、6个月后采用性交满意度、国际勃起功能指数(international index of erectile function, IIEF)与勃起硬度指数(erection hardness score, EHS)对患者进行评估。结果显示，几项指标均有不同程度的增高。该试验中最常见的不良反应为骨髓抽吸部位术后轻度疼痛，均于抽吸后1个月内恢复正常。但受试者术后均出现不同程度的血红蛋白浓度下降，且与BM-MNCs注射剂量呈正相关。由此可见，尽管勃起功能的改善随着BM-MNCs注射剂量的增加而增加，但治疗后血红蛋白浓度下降是尚待解决的问题。

2.ADSCs：ADSCs由于其生物学上的优势而受到了特别的关注，包括自体来源广泛、易于分离和扩展的能力[18]，因此是目前ED干细胞治疗研究中研究最多的干细胞。研究发现ADSCs和BM-MSCs在形态、分子表型及多向分化能力等方面具有相似之处，因此又称其为脂肪间充质干细胞[19]。2001年，Zuk等[20]首次从人脂肪组织中分离出ADSCs，此后，ADSCs逐步应用于ED干细胞治疗的研究中。2010年，Albersen等[21]将ADSCs及其裂解物注入海绵体神经损伤性ED大鼠的海绵体腔内，在4周后通过神经电刺激及收集阴茎组织进行组织学检查来评估勃起功能恢复情况，实验证明注入ADSCs及其裂解物的大鼠相比对照组，电刺激后腔内压力明显增加，海绵体nNOS表达更高、组织纤维化更少，证实了ADSCs对神经源性ED的治疗作用。2017年，Chen等[22]用从ADSCs中分离出的外泌体注射入糖尿病性ED大鼠的海绵体腔内，结果表明与ADSCs类似，ADSCs衍生的外泌体通过抑制海绵体内皮细胞及平滑肌细胞的凋亡，促进了勃起功能的恢复。Wu等[23]通过纳米技术辅助ADSCs治疗神经损伤性ED，并改善了小剂量ADSCs治疗ED的效果。

2015年，Haahr等[24]进行了一项干细胞治疗的临床试验，选取了17例经药物治疗无效的RP术后ED患者，通过向所有患者阴茎海绵体内注射自体来源的ADSCs后，随访观察6个月，期间采用IIEF和EHS评估RP术前以及ADSCs治疗后1、3、6个月时的勃起功能。在注射ADSCs后，2例患者注射处出现红肿反应，但持续时间较短，1例患者的阴囊和阴茎出现血肿并于14 d内消退，除此之外无其它明显不良反应。治疗后，8例患者恢复勃起功能并可以完成满意的性交，EHS也在第6个月时明显提高。此外，2019年Protogerou等[25]进行了一项前瞻性临床试验，选取了8例前列腺癌术后ED患者，分成A组5例、B组3例。A组患者每人通过抽脂术抽取50～100 ml脂肪组织并分离得到ADSCs，同时抽取患者外周血20 ml得到血小板裂解液(platelet lysate, PL)，将二者混合后注射入患者阴茎海绵体内。B组患者只注射PL。注射后，采用IIEF问卷、阴茎3次勃起和晨起勃起报告对患者进行试验结果评估。试验发现，两组患者在治疗第1个月和第3个月时勃起功能均得到一定改善，IIEF评分具有统计学差异。结果表明，ADSCs和PL治疗ED的疗效相似，但究竟是ADSCs还是PL起到关键性作用还需要更大的临床试验样本来进一步研究证实。

3.BM-MSCs及ADSCs的疗效比较：2019年，Chen等[26]进行了ADSCs及BM-MSCs治疗糖尿病性ED的疗效比较，实验将ADSCs及BM-MSCs分别注入糖尿病性ED大鼠动物模型的海绵体腔中，2周后检测其海绵体内压及平均动脉压，并取海绵体组织进行Western blot和免疫荧光分析检测eNOS的表达；HE染色观察海绵体中的血管及通过Sirius Red染色观察阴茎胶原蛋白含量。实验证明ADSCs比BM-MSCs的海绵体内压以及海绵体内压/平均动脉压比值更高，eNOS表达略高，海绵体血管数量更高，而阴茎胶原蛋白含量更低，从而发现ADSCs与BM-MSCs相比在治疗糖尿病性ED方面更有效。

4.UDSCs：UDSCs是近年来新发现的一类干细胞，最早由Zhang等[27]在2008年从人尿液中分离、扩增而来。相比其他干细胞，UDSCs无需进行有创操作、来源广泛、提取方便，目前国内外已逐步开始进行其对于ED的治疗研究。陈婉媚等[28]的研究将UDSC注入神经损伤性ED大鼠阴茎海绵体组织内，结果显示UDSCs可以通过保护神经、改善海绵窦内皮功能和海绵体纤维化，抑制细胞凋亡，显著改善神经损伤性大鼠的勃起功能。目前UDSCs的研究尚处于初级阶段，未来随着研究的深入，期待其能更好的造福ED患者。

5.MDSCs：MDSCs来源于肌肉组织，同其他干细胞类似，也具有多向分化潜能[29]。2006年，Kim等[30]首次将从大鼠骨骼肌中分离得到的MDSCs注入神经损伤性ED大鼠的海绵体组织中，结果表明MDSCs对神经损伤性ED大鼠的勃起功能改善有效。2016年，Kovanecz等[31]将从患有不同程度糖尿病大鼠中分离的MDSCs注入糖尿病性ED大鼠的海绵体组织内，结果显示来自糖尿病前期大鼠的MDSCs能改善海绵体的组织病理学，而来自长期不受控制的严重2型糖尿病大鼠的MDSCs则缺乏海绵体组织修复能力，提示MDSCs供体的内环境影响其治疗ED的效果。目前MDSCs相关研究仍不多，有待未来进一步的探索研究。

四、展望

尽管目前对干细胞治疗ED抱有很高的期望，并且在动物实验及临床试验中也取得了一定的研究成效，但仍存在如下几个问题待解决：①目前尚缺乏高质量的证据证明干细胞治疗的有效性；②为了使干细胞治疗普遍应用于临床，尚需要克服其治疗的不良反应如致畸作用和免疫反应风险等；③干细胞治疗及组织移植治疗的法律及伦理问题仍需解决；④不同类型、不同制备方案、不同给药剂量以及不同给药途径的干细胞的疗效及长期安全性仍有待确认，需要进一步的大型临床试验来验证。在干细胞研究过程中，可与诸如3D器官和基因编辑技术之类的新方法结合起来，可能会使干细胞在ED治疗的临床应用中更有价值。作为一个同时具有科学前景和道德挑战的研究领域，其尚需要兼顾创新及伦理道德约束，以使ED研究不断向前发展。