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海德中医医院

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来源:   作者:   发布时间:2023-01-09 01:01:19
摘要:早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)是常见的女性内分泌疾病。 POI 所导致的不孕、月经异常、更年期症状等给生育期女性的生理和心理造成严重影响。 目前,POI 治疗方式有限,临床上最常用的激素替代疗法不能有效复卵巢功能。 近年来,间充质干细胞外泌体及其 miRNA 显示了其治疗该疾病的潜力。本文总结不同来源人间充质干细胞外泌体及其 miRNA 在治疗 POI 方面的研究进展,旨在为后续研究无细胞治疗 POI 提供理论依据。
早发性卵巢功能不全(premature ovarian insuf⁃ficiency,POI)是指女性在 40 岁之前出现卵巢功能减退的临床综合征。 主要表现为月经异常(月经稀发或闭经)、不孕、卵泡数量减少并伴有雌激素降低、促性腺激素升高(FSH >25 U/ L)的特,其发病率为 1% ~ 5%,给患者身心健康带来严重影响 。 POI 的病因复杂,发病机制尚不清楚 ,目前主要采取激素补充疗法改善 POI 患者低雌激素症状,并且对骨质疏松和心血管疾病起到一级预防作用 。 但激素补充疗法仅能缓解症状,在改善生育,恢复卵巢功能方面疗效不佳,且可能会引起明显的副作用,增加癌症风险。 近年来多项临床前研究发现,间充质干细胞(mesenchymal stemcells derived exosomes,MSCs)来源的外泌体(mesen⁃chymal stem cells - derived exosomes,MSCs - EXOs)及其 miRNA 在改善卵巢功能方面有显著作用,为POI 患者的治疗给与了新的方向。 本文总结不同来源间充质干细胞外泌体及其 miRNA 在治疗 POI 方面的研究进展,为后续研究外泌体及其 miRNA 治疗POI 提供实验基础和相关理论依据。
1 外泌体与间充质干细胞
  MSCs 是一类源自中胚层的多能前体细胞,具有无限制自我更新潜力,可分化为多种不同的细胞系。 按照来源分为成体 MSCs 和胎儿附属物MSCs,广泛存在于人体多种组织中,包括骨髓、脂肪组织、结缔肌肉组织、脾脏、皮肤、羊膜、胎盘、脐带、经血和其他组织。 多项临床前研究表明,在化疗诱导的卵巢早衰模型中,不同来源的 MSCs均可改善卵巢功能 ,目前注册在 ClinicalTrials的临床实验已有 12 项,然而,因其安全性,有效性在临床治疗中存在争议 。 多项研究报道,MSCs通过旁分泌信号通路介导,改善卵巢功能和卵泡储备 。 外泌体作为 MSCs 旁分泌作用的主要产物之一,与亲代干细胞发挥治疗作用密切相关。 在多种实验模型中,外泌体在修复受损的心肌、中枢神经、肌肉骨骼、肾脏、肝脏、肺、卵巢、子宫 及 皮 肤 等 组 织 中 表 现 出 显 著 的 治 疗 潜能 。 无细胞治疗(cell - free therapy)是通过干细胞分泌的产物(如细胞因子、生长因子、细胞外囊泡等)来实现修复作用的一种治疗理念  。因此,作为细胞外囊泡亚群之一的外泌体可实现无细胞治疗,作为再生医学应用及研究的新载体。
2 间充质干细胞外泌体生物学性状
2. 1  间充质干细胞外泌体的基本特点
  外泌体是通过多泡体内的腔内囊泡与细胞质膜融合分泌到胞外的微小囊泡 。 根据国际细胞外囊泡协会(ISEV)2018 年指南,外泌体是细胞外囊泡的重要亚群之一,具有脂质双分子膜结构,其内富含多种生物活性物质,如蛋白质、脂质、长链非编码 RNA(lncRNAs)、mRNAs、微小 RNA(miRNAs) 等 。外泌体的直径为 30 ~200 nm,密度范围为 1. 10 ~1. 18 g/ mL,在透射电镜下呈杯状形态。 间充质干细胞来源的外泌体(MSCs - EXOs)是 2010 年被首次提出 。 MSCs - EXOs 与外泌体一样,也携带着多种细胞活性物质,包括核酸、蛋白质和脂质等 。 外泌体由多种类型细胞分泌,并存在于各种组织液及体液中,目前研究表明,间充质干细胞分泌外泌体的能力是所有类型细胞中最强的 。MSCs - EXOs 含有与外泌体相同的生物活性物质及共同表达的蛋白标志物,包括四跨膜蛋白家族(CD9、CD63、CD81、CD82),热休克蛋白(HSP)家族(如 HSP70、HSP90 等),以及特异性蛋白(肿瘤易感基因 101、Alix 蛋白、网格蛋白等,缺乏溶酶体 相 关 膜 蛋 白 LAMP1 和 内 质 网 相 关 蛋 白Calnexin ,在形态特征、分离和储存条件方面,MSCs -EXOs 与其他来源的外泌体无任何差异 。
2.2 间充质干细胞外泌体的生理功能 
  MSCs -EXOs的生理功能尚未完全明确。 目前为止,外泌体的主要功能是单向传递细胞内物质,介导细胞间的信息传递 。 MSCs - EXOs 作为 MSCs 旁分泌的重要产物之一,是细胞间的一种通信载体,其功能与间充质干细胞相似 ,抑制炎症反应,调控免疫反应,加速血管新生等多种途径参与组织修复和再生,维持微环境的稳态的过程 。 然而,在组织损伤期间,MSCs - EXOs 发挥修复和维持组织微环境稳定的能力将取决于其携带的蛋白质和 RNA 的生物学功能 。 Lai 等通过质谱法、抗体阵列和微阵列三种方法对 MSCs - EXOs 携带的蛋白质组和miRNA 进行分析鉴定,共检测到 857 个独特的蛋白 质和 超 过 150 个 miRNA。 Ti 等 将MSCs - EXOs与成纤维细胞外泌体各自携带的miRNA 表达谱对比,结果表明 MSCs - EXOs 的三种 miRNA(miR - 21、miR - 146a 和 miR - 181)特异性表达上调,且在炎症调节,免疫调控和组织修复中发挥重要作用。
3 不同间充质干细胞来源的外泌体在 POI 中的研究
   MSCs 是一类源自中胚层的多能前体细胞,按照来源分为成体 MSCs 和胎儿附属物 MSCs。 成体 MSCs 来源丰富如骨髓、脂肪、经血、滑膜等,胎儿附属物 MSCs 取材方便、细胞增殖能力强及来源广泛如胎盘、脐带、羊膜、羊水等,不同 MSCs 来源的外泌体在组织修复和无细胞治疗领域已得到广泛应用。 近年来在不同 MSCs 来源的外泌体在 POI动物和体外模型中恢复卵巢功能及生殖能力等方面,多项临床前研究针对相关机制进行探索,为POI 患者的治疗提供了新的方向。
3. 1 成体组织间充质干细胞来源的外泌体在 POI中的研究
3. 1. 1 骨髓间充质干细胞外泌体在 POI 中的研究
  Sun 等发现,骨髓间充质干细胞来源的外泌体(bone marrow mesenchymal stem cells - derived exo⁃somes,BMSCs - EXOs)可改善 POI 小鼠的卵泡形态,调节凋亡相关蛋白的表达,抑制顺铂诱导的卵巢颗粒细胞(granulosa cells,GCs)凋亡,增强细胞活力。 Yang 等研究发现,BMSCs - EXOs 使卵巢早衰大鼠发情周期恢复规律性,增加正常卵泡数目,减少闭锁卵泡,增加血清 E 2 和 AMH 水平,降低血清 FSH 和 LH 水平,进而恢复卵巢功能,同时卵巢组织中凋亡蛋白 Caspase -3、Caspase -9 表达减少,卵巢 GC 凋亡减少,并在体外发现环磷酰胺损伤的 GCs 摄取 BMSCs - EXOs,抑制 GCs 的凋亡。 从卵巢功能和结构两个方面,证实了体内BMSCs - EXOs对卵巢的修复效应,缓解环磷酰胺所致的卵巢损伤,且在改善大鼠卵巢功能方面,EXOs 更 优 于 BMSCs。 周 政 等研 究 发 现,BMSCs - EXOs能改善 POI 小鼠血清激素水平,增加卵泡数,恢复顺铂损伤的卵巢功能。 Chen 等发现,BMSCs - EXOs 能显著降低磷酰胺芥子损伤后衰老和凋亡的 GCs 比例,使凋亡蛋白 Caspase -3的表达明显降低,并且骨髓间充质干细胞及其外泌体的修复效果相同,表明外泌体可能是间充质干细胞发挥功能的关键载体。
3. 1. 2 其他成体组织间充质干细胞来源的外泌体在 POI 中的研究 
  Huang 等 研究表明,人脂肪间充质干细胞来源的外泌体(human adipose mesenchy⁃mal stem cells - derived exosomes,hADSCs - EXOs)可恢复 POI 小鼠血清中 E 2 、AMH、FSH 水平至正常,明显增加卵泡数目,恢复卵巢功能。 在体外hADSCs - EXOs 可显著促进 POI 患者来源的卵巢颗粒细胞增殖,抑制细胞凋亡。 该课题组首次发现在 POI 小鼠模型中 hADSCs - EXOs 通过激活SMAD 通路下调凋亡基因 FasL、Fas、Caspase -3 和Caspase -8 的表达,当 SMAD 敲除后,相关凋亡基因的表达明显增加,进一步证实了改善化疗造成的卵巢功能损伤是 hADSCs - EXOs 通过调节SMAD 通路实现的。 Zhang 等发现,人月经血间充质干细胞来源的外泌体(human menstrual bloodstem cells - derived exosomes,hMenSCs - EXOs)能有效促进 POI 大鼠卵泡发育和颗粒细胞的增殖,恢复发情周期,改善卵巢形态,增加卵泡数量,调节血清激素,恢复 POI 大鼠的生育能力。3. 2  胎儿附属物间充质干细胞来源的外泌体在POI 中的研究
3. 2. 1  脐带间充质干细胞来源的外泌体在 POI中的研究 
  Ding 等 发现人脐带间充质干细胞来源的外泌体 ( human umbilical cord mesenchymalstem cells - derived exosomes,huMSCs - EXOs) 在POI 小鼠模型中,通过抑制环磷酰胺损伤的 OGCs和卵巢细胞 SIRT7 及其下游靶基因的表达,促进OGCs 和卵巢细胞的增殖,抑制其凋亡,呈剂量依赖型,从而恢复 POI 小鼠的卵巢功能。 Sun 等研究发现,在体外 huMSCs - EXOs 使顺铂损伤的OGCs 凋亡蛋白 Bax、Cleaved Caspase - 3、CleavedPARP 的表达下调,抗凋亡蛋白 Bcl -2 的表达上调,提示 huMSCs -EXOs 保护 OGCs 免受顺铂诱导的损伤。 Yang 等研究表明,huMSCs - EXOs 特异性聚集在原始卵母细胞中,并激活卵母细胞 PI3K/ mTOR信号通路,刺激原始卵泡发育,改善小鼠的生育力。同时发现,在老年小鼠的卵巢包囊内注射 huMSCs -EXOs 后,卵母细胞的产量和质量均得到改善,能够一定程度上恢复老年小鼠的生育能力。 李晓利研究发现 ,在体外huMSCs -EXOs 抑制环磷酰胺损伤的 GCs 凋亡,且呈剂量依赖性。 Zhang 等 发现huMSCs 衍生的 EVs 增加顺铂损伤的 GCs 中的活细胞的数量,促进对顺铂诱导的 GCs 凋亡的抵抗并恢复其类固醇激素的合成和分泌,且保护作用呈剂量依赖性,表明hUMSCs衍生的 EVs 在恢复卵巢功能中发挥重要作用。 一项最新研究发现 huMSCs - EXOs 促进 GCs 增殖和卵泡形成,显著改善 POI 小鼠模型的卵巢功能和生殖能力,进一步研究发现其机制是huMSCs - EXOs通过 Hippo途径使卵泡发育激活和刺激的蛋白(YAP、TAZ 和TEAD)、GCs 增殖相关蛋白(PCNA)和功能相关蛋白(FSHR)表达上调,发挥其治疗作用。
3.2.2 其他胎儿附属物间充质干细胞来源的外泌体在 POI 中的研究 
  Ding 等首次研究发现,在体内外实验中,人羊膜间充质干细胞来源的外泌体(human amniotic mesenchymal stem cells - derivedexosomes,hAMSCs -EXOs)可激活抗凋亡基因 Bcl -2,抑制促凋亡基因 Caspase -3、Caspase -9 的表达,并且呈浓度依赖性,进而抑制卵巢颗粒细胞的凋亡。 同时,hAMSCs - EXOs 可降低 SIRT4 和 ROS在 POI 小鼠颗粒细胞和卵母细胞中的表达水平,促进卵巢细胞增殖,抑制凋亡,从而恢复卵巢功能,并增加卵巢重量和产仔数。 在体内外实验均证明hAMSCs -EXOs 可有效缓解 POI。 吴乙时研究发现,在体外羊水间充质干细胞来源的外泌体(hu⁃man amniotic fluid mesenchymal stem cells - derivedexosomes,hAFMSCs - EXOs)抑制顺铂诱导的 GCs凋亡,降低细胞增殖抑制率,上调 GCs 中 FSHR 的表达水平,提示 hAFMSCs - EXOs 具有保护卵巢功能的作用。 Chen 等研究结果表明,人胎盘间充质干细胞来源的外泌体(human placental mesenchymalstem cells - derived exosomes,hPMSCs - EXOs)能明显降低磷酰胺芥子损伤后卵巢颗粒细胞衰老和凋亡的比例,使凋亡的关键效应分子 Caspase - 3 的蛋白表达明显降低,表明外泌体对化疗药物损伤的卵巢颗粒细胞存在一定的修复作用。 然而,hPMSCs - EXOs 的抗凋亡能力低于 hPMSCs,但抗衰老能力相同。
4 间充质干细胞外泌体 miRNA 在 POI 中的研究
  miRNA 是一组长度为 21 ~ 24 个核苷酸的非编码 RNA,通过与靶向 miRNA 的 3'UTR 结合,从而沉默 mRNA,在转录后水平上调控基因表达。 由于其在基因表达中广泛的作用,miRNA 在各种生理和病理过程中发挥重要的调节作用,如凋亡、细胞增殖等。 有研究表明 POI 患者血清中 miR⁃NA 的表达降低,可能反映了卵巢功能下降。 近年来,间充质干细胞外泌体 miRNA 应用于 POI 的研究日益增多,为精准治疗 POI 提供了方向。 Sun等 发现 BMSC -EXOs 通过携带的 miR -644 -5p靶向调控 p53 通路,抑制卵巢 GCs 凋亡,修复化疗损 伤 的 卵 巢 功 能。 Yang 等研 究 发 现,BMSCs - EXOs通过 miR - 144 - 5p 靶向调控小鼠GCs 的 PTEN,激活 PI3K/ AKT 通路,抑制 GCs 凋亡,发挥修复环磷酰胺损伤后的卵巢组织结构及功能的作用。 Ding 等发现在 POI 小鼠模型中,huMSCs - EXOs 通过传递 miR - 17 - 5p 下调SIRT7 及其下游靶基因 PARP1、γH2AX 和 XRCC6的表达水平,增加总卵泡数量,恢复血清中 AMH、E 2 、FSH 至正常水平,改善 POI 小鼠的卵巢功能,增加 卵 巢 重 量 和 产 仔 数。 进 一 步 研 究 发 现huMSCs - EXOs通过 miR - 17 - 5p 下调 SIRT7 基因的表达抑制 ROS 的积累,并证实了人脐带间充质干细胞外泌体 miR - 17 - 5p 抑制颗粒细胞、卵母细胞凋亡和降低卵巢活性氧水平起到关键作用。Yang 等 研究发现,huMSCs - EXOs 通过携带功能性miRNA,如miR -146a -5p 或miR -21 -5p,发挥刺激原始卵泡发育的作用。 Ding 等首次研究表明,在 POI 小鼠模型中,hAMSCs - EXOs 携带的miR -320a 可分别抑制不同时期(原始、原发、继发和窦性)卵泡的 SIRT4 蛋白及其下游靶基因的表达,诱导细胞增殖,明显增加卵巢总卵泡数量,使血清 E 2 、AMH、FSH 趋于正常水平,改善卵巢功能,并抑制 POI 小鼠中卵巢细胞 ROS 的水平,证明了间充质干细胞外泌体 miRNA 在恢复 POI 的卵巢功能中起关键作用。
5 问题与展望
  对于尚未完成生育的年轻女性来说,POI 是一种严重的生理伤害和心理负担。 MSCs 来源的外泌体为治疗 POI 提供了新的途径,并且有无致瘤性、低免疫原性等优势,外泌体 miRNA 的应用更加精准,为未来的 POI 无细胞疗法奠定基础。 在动物和体外模型中 MSCs 来源的外泌体及其 miRNA治疗 POI 的潜力已被证实,但临床前研究样本量少和缺乏相关的临床试验。 并且 MSCs 来源的外泌体及其 miRNA 的应用仍存在一系列问题有待解决,例如:如何提高间充质干细胞外泌体的产量和效力,增加其可重复性;在应用过程中外泌体的给药途径、剂量、频率、时机、安全性等均未达成共识。 另外,间充质干细胞外泌体携带的 miRNA 由于其批次、来源、提取方法的不同,miRNA 表达谱缺乏统一性,因此,外泌体携带的功能性 miRNA 在组织功能修复中具体作用机制有待深入的探索和研究。 随着相关问题的陆续解决,MSCs 来源的外泌体及miRNA 作为一种用于 POI 的新型治疗方法,其将具有重要的临床地位和应用潜力。


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