干细胞在子宫内膜异位症的病因和病理生理作用主要内容.docx

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1、干细胞在子宫内膜异位症的病因和病理生理作用主要内容近期对人子宫内膜干细胞群的研究为理解干细胞的生理病理作用带来可能。虽然干细胞对子宫内膜的循环再生是关键的，但研究表明子宫内膜来源和骨髓来源干细胞可迁移到异位位点并促进子宫内膜异位症的发展。此外，子宫内膜异位病灶干扰干细胞向子宫的正常运输，而这些干细胞为子宫内膜生长和修复必需的。干细胞异常运输和植入是此疾病的特征。在本综述中阐述干细胞在子宫内膜异位症的作用。1860年KarlvonRokitansky首次使用显微镜观察到子宫内膜异位症病灶，此病的症状数千年前在医学教科书中就有描述。子宫内膜异位症是一种与骨盆疼痛和不孕相关的炎性、雌激素依赖性疾病。

2、此病影响约10%的育龄妇女和20%-50%的不孕妇女。异位病变主要位于盆腹膜和卵巢，罕见于心、胸膜、肺和脑。尽管子宫内膜异位症的发病率高、严重影响生活质量，但是此病的发病机制的至今仍未完全阐明。子宫内膜异位症常常发病多年后才能确诊，常见症状痛经和盆腔痛通常被忽视。诊断只能依靠腹腔镜，诊断的延误常常导致治疗延迟。从有症状到确诊平均时间为3-11年。子宫内膜异位症也可以是无症状的，高达25%的子宫内膜异位症妇女没有症状。子宫内膜异位病灶有不同的大小和外观,包括深蓝色，黑色，红色，白色，透明，黄色和棕色。由于病灶的表现不同，术中可能漏检。即使术中完全切除病灶，术后复发仍应当使用药物抑制疾病进展。提高

3、对子宫内膜异位症状以及标志物升高的警惕能够做到早诊断早治疗。目前几种生物标志物正在研发中。虽然子宫内膜异位症是良性疾病，瑞典的国家住院患者登记显示子宫内膜异位症患者癌症风险增加：卵巢癌风险(SIR=1.9z95%CI:1.3-2.8),血液系统癌症(1.4,1.0t-1.8),乳腺癌统3,Llto1.4)o同样，2002年一项病例对照研究表明，子宫内膜异位症的妇女卵巢癌的风险升高(OR二1.73,95%CI:1.10,1.10,2.71).o增加的风险归因于疾病本身还是相关并发症目前没有明确答案。例如，子宫内膜异位症相关不孕可能增加卵巢癌风险，因为妊娠对卵巢癌具有保护性作用。子宫内膜异位患者癌

4、症风险增加使深入理解子宫内膜异位症病理生理显得尤为迫切。尽管子宫内膜异位症发病的根本原因未被完全阐明，但遗传相关作用显著，家族史是主要危险因素，一级亲属中患有子宫内膜异位症的妇女发病率为正常人的6倍。月经周期缩短或经期延长也是危险因素。基因组研究未发现导致此病的单一基因，因此此病可能是多因素导致的，遗传，环境和表观遗传因素都是危险因素。子宫内膜异位症发病机制传统理论由SamPSOn提出：逆流的经血将子宫内膜细胞带入腹膜腔并种植生长。此学说可解释腹膜和卵巢子宫内膜异位症，然而不能解释没有和腹膜联通的偏远病灶，这些病灶可能由子宫内膜细胞经血液或淋巴播散引起，但不能解释在子宫切除术后病例或接受前列腺

5、癌治疗的男性病例。因此，一些子宫内膜异位症可能由干细胞产生。通过逆流的经血沉积在腹膜腔中的干细胞可能导致常见的子宫内膜异位症；远端子宫内膜异位症由来源于骨髓和其他来源的多能干细胞分化产生。病灶形成后干细胞继续对所有独立起源的子宫内膜异位病灶产生作用。干细胞运输改变是这种疾病的病因和病理生理学特点。子宫内膜的干细胞家族干细胞参与组织器官的发育、补充修复。干细胞具有不同的起源，分化，克隆和增殖潜力。并且已经从胚胎囊胚以及器官中分离出来。胚胎干细胞是全能分化的，成体干细胞是多能分化的，可以分化成几种细胞类型。一些干细胞的发育潜能受限称为祖细胞;这些细胞产生单一组织或单一的细胞。目前已经从骨髓，脐带，

6、骨膜，骨骼肌，胰腺，牙髓，脂肪组织和子宫内膜中分离出具有多潜能和克隆的基质细胞，即间充质干细胞。根据间充质干细胞的粘附特性、基因表达(CD73+zCD90+,CD1O5,CDllb-,CD14-,CD19-,CD79-,CD34-,CD45-,HLA-DR-)以及在体外分化成软骨细胞、脂肪细胞和骨细胞的能力而分为不同的群体。由于子宫内膜具有高度再生的性质,1978年Prianishnikov首次提出子宫内膜干细胞群的概念。过去十年进行了许多研究以鉴定子宫内膜组织中的干细胞群。2004年首先描述干细胞对子宫内膜再生的作用。子宫内膜中的祖细胞和骨髓来源的多能干细胞被证明有助于子宫内膜生长。已证实子

7、宫内膜的干细胞具有不同的群体；从切除的子宫中获取子宫内膜组织并制备成单细胞悬浮液，培养后有少量的子宫内膜上皮(0.22%)和基质(1.25%)细胞克隆形成。子宫内膜的功能层在每个月经周期中脱落，而基底层保持不变。Schwab等人研究了月经周期对这些干细胞群体功能的影响，发现子宫内膜处于增殖性，分泌性和非活动期对干细胞没有显着差异，表明子宫内膜的基底层可能是子宫内膜干细胞的主要来源。另外在子宫内膜中发现了骨髓来源的干细胞(BMDSCs)群体;此发现在骨髓移植患者中被证实。我们首先报道，癌症治疗期间接受单人白细胞抗原(HLA)错配骨髓移植的妇女中，0.2-52%的子宫内膜基质和上皮来自供体组织。我

8、们使用小鼠模型证实，接受雄性小鼠骨髓移植的雌性小鼠子宫内膜组织中发现Y染色体阳性细胞群，约占上皮细胞的1/5000,子宫内膜基质细胞的2/5000。随后,有类似的研究证实了子宫内膜的骨髓来源。Ikoma等人报道了BMDSCs在体内分化为子宫内膜表型的案例;对接受男性骨髓移植的女性子宫内膜活检结果显示：Y染色体阳性细胞在腺上皮细胞和基质细胞的比例分别为0.6%-8.4%、8.2%-9.8%表明大多数子宫内膜腺是嵌合的，BMDSCS能够在体内分化成子宫内膜腺体表型。另外我们证实，BMDSCs募集到子宫损伤部位。我们在接受雄性骨髓干细胞移植的雌性小鼠子宫产生缺血再灌注损伤。损伤部位增加的骨髓干细胞的

9、募集为假手术的两倍。我们分析了子宫内膜内的Y染色体阳性骨髓细胞基因，发现这些细胞表达波形蛋白而CD45表达丧失，表明它们已经分化为子宫内膜表型。粒细胞集落刺激因子（G-CSF）常用于在移植骨髓前增加骨髓动员。有学者提出将G-CSF用于增加干细胞动员到子宫。在我们的研究中，G-CSF处理反而导致损伤后募集到子宫的BMDSC减少，可能由于其动员造血干细胞多于间充质干细胞。骨髓动员和干细胞募集是子宫内膜修复损伤的机制。子宫内膜干细胞和再生医学一些BMDSCs在子宫内膜中仍保持多能特性。已证实多能细胞可以从子宫中获得并用于分化成多种细胞类型。实际上，这些细胞可以产生软骨细胞，神经元和胰腺细胞用于治疗帕

10、金森病或糖尿病。人子宫内膜来源干细胞（EDSC）分化成产生胰岛素的细胞类似胰腺细胞，移植到糖尿病小鼠体内能改善小鼠血糖水平并减少糖尿病并发症。类似地，EDSC分化成产生多巴胺的神经元样细胞，这些细胞移植到患帕金森病的小鼠和非人灵长类动物的大脑中，与对照（注射培养基）相比，用EDSC处理的小鼠和灵长类动物多巴胺产生增加。止匕夕卜,已经从经血中分离EDSC,EDSC表达CD9,CD29zCD41azCD44,CD59,CD73,CD90,CD105,0CT-4和hTERT（端粒酶）,不表达CD14,CD34,CD38,CD45,CD133和STRO-Ie它们的多能性已经通过体外研究证实，可分化为内

11、皮，胰腺，肝，心肌细胞，脂肪细胞，成骨细胞，神经细胞和呼吸上皮。另外，已证实EDSC通过释放生长因子如血小板生长因子（PDGF）,血管内皮生长因子（VEGF）,表皮生长因子（EGF）和基质金属蛋白酶MMP）（足进血管生成。使用外周血管疾病的鼠模型来测定EDSC在体内生成血管的能力。将小鼠股动脉结扎并神经切除诱导肢体缺血后，皮下移植EDSCe结果显示：接受EDSC移植的小鼠可以重新使用肢体，而对照小鼠肢体坏死。此研究表明从经血获得的子宫内膜干细胞具有巨大的再生潜力。目前，关于EDSCs的研究主要通过干细胞表面标记物和体外多能性、克隆形成的能力来将细胞分类。已证实人EDSC表达干细胞标记物，例如C

12、D29,CD44,CD73,CD90,CD105,MSIl和NOTCHlo涉及EDSC的研究主要依靠从内膜基质中分离出来。有学者提出，PDGF-R+/CD146+是人EDSC的标志物，具有多种潜能并表达间充质干细胞标志物如CD44,CD29,CD73,CD90和CD105o最近有学者提出W5C5可用于鉴定人EDSCo干细胞在子宫内膜异位症中的作用虽然成体干细胞具有内膜再生能力，同样具有产生子宫内膜异位症的能力。已经提出子宫内膜干细胞的异常调节可能为子子宫内膜异位病灶播散的潜在机制，这一点与Sampson的经血逆行理论一致。干细胞脱落随经血流出，在异位点植入并产生子宫内膜异位病灶。已经提出子宫内

13、膜基底包含子宫内膜干细胞。患有子宫内膜异位症的妇女比未患病妇女在月经期间有更多的干细胞脱落，从而易于富集子宫内膜干细胞的部位发展为异位病灶。子宫内膜干细胞存在于子宫中；然而，较少的间充质干细胞也可能从其他组织如骨髓移位以重组子宫干细胞群体。间充质干细胞也参与子宫内膜异位症的发病，并且可能是腹膜腔外的子宫内膜异位症的主要来源。间充质干细胞在不适当的位置分化为子宫内膜细胞可能导致远处子宫内膜异位症。也许除了子宫内膜异位症以外的其他疾病也是由干细胞异位分化引起的。我们用小鼠实验模型，以确定宫外干细胞植入子宫内膜异位病变的能力。将野生型小鼠的子宫内膜移植到子宫切除的LacZ转基因小鼠的腹膜腔中以诱导子

14、宫内膜异位。10周后，切除异位灶，并对冷冻切片进行染色检测表达LacZ的细胞,结果显示：LacZ表达细胞构成约0.1%的基质细胞和0.04%的上皮细胞，说明宫外干细胞参与子宫内膜异位病变的形成。非人灵长类动物模型中，移植正常子宫内膜细胞可以引起子宫内膜异位。从子宫内膜异位患者手术期间获得的正位和异位子宫内膜组织中分离出子宫内膜干细胞。虽然两种细胞表型类似，在体外从异位病灶获得的干细胞迁移和增殖能力增强。这两种干细胞也被移植到免疫缺陷小鼠中以评估其侵袭潜力，结果显示来自异位子宫内膜干细胞组织表现出更高水平的侵袭性和血管生成能力。这项研究通过证实子宫内膜异位病灶来源的干细胞侵袭性和增殖性增强为子宫

15、内膜异位症的干细胞来源提供了证据。我们先前的研究证实骨髓干细胞分为基质和上皮表型促进子宫内膜异位病变发展，为远处子宫内膜异位症和男性罕见病例提供证据。已发现在经血不太可能到达的区域，例如脑，肺和鼻发现了子宫内膜异位病变。这些病例也对腹膜细胞化生学说提出质疑，因为这些病灶并不位于腹膜。此外，男性子宫内膜异位症病例表明，传统理论不足以完全解释子宫内膜异位症的病因学;男性不来月经，并且没有子宫内膜干细胞。这些情况表明，在远离盆腔的部位发生子宫内膜异位症有另一种病因。如前所述，我们的实验室已经证明在接受单一抗原HLA不匹配骨髓移植的妇女的子宫内膜中存在供体来源的骨髓干细胞。这些细胞在子宫内膜中增殖，并

16、能够分化成上皮细胞类型。在小鼠模型中再次研究了骨髓干细胞对子宫内膜组织的贡献:雌性小鼠接受雄性小鼠的骨髓移植，结果在雌性小鼠子宫内膜中发现了罕见的男性供体来源的细胞群体。此外，我们的实验室描述了小鼠模型中子宫内膜的损伤和炎症增加骨髓干细胞的募集为正常的两倍。由于子宫内膜异位症是一种炎症性疾病，骨髓干细胞很可能被招募到异位病变中。我们使用小鼠模型研究了这种可能性，并描述了供体骨髓干细胞对实验诱导的小鼠模型中的子宫内膜异位损伤的作用。除了间充质干细胞外，循环内皮祖细胞（EPCs）有助于子宫内膜异位病灶的血管生成。我们使用实验子宫内膜异位小鼠模型用于研究EPCs和成熟循环内皮细胞的血液水平。129/

17、SvJ小鼠与接受假手术小鼠相比，血EPCS浓度更高。EPC浓度也与子宫内膜异位病变的大小相关。当小鼠用血管生成抑制剂治疗时，血EPCs水平下降，病灶也缩小了。除了EPCs,间充质干细胞促进于子宫内膜异位症的血管形成。虽然人子宫内膜上皮和基质中仅包含少量间充质干细胞，但是骨髓提供了大量外源干细胞。已证实BMDSCs参与子宫内膜修复，CD45+骨髓干细胞有助于在子宫内膜和异位病灶中形成新的血管。子宫内膜异位症干细胞的靶向治疗鉴于子宫内膜异位症的干细胞来源，未来医学治疗可能寻求减少子宫内膜干细胞和BMMSCs向异位点的迁移。我们的实验室已经证实在子宫内膜异位的鼠模型中使用巴多昔芬（BZA）,一种选择

18、性雌激素受体调节剂，可以减少骨髓干细胞募集到异位病灶，增加进入正位子宫内膜。BZA显著降低了异位病灶的大小、异位内膜增殖和雌激素受体（ESRl）表达。子宫内膜异位症的消退可能与雌二醇介导的干细胞募集和植入有关。这个实验证明雌激素是干细胞募集到病灶所必需的。干细胞募集到异位病灶促进病灶的发展损伤，因而阻断干细胞的通路可能是治疗子宫内膜异位症的新方法。抗雌激素疗法可能通过部分阻断干细胞募集至病灶而起作用。子宫内膜异位症在募集干细胞非常有效。实验中，在没有干预的情况下子宫内膜异位症招募的干细胞数量远大于子宫。而循环中的骨髓间充质干细胞供应有限。子宫内膜异位病灶有效地募集血液中的干细胞并防止它们到达子

19、宫。因此，我们认为子宫内膜异位病灶似乎起到海绵的作用，吸引干细胞并防止其迁移到子宫。患子宫内膜异位症的妇女子宫内膜功能异常可能与子宫内膜干细胞补充有缺陷相关。在我们的实验模型中，BZA治疗恢复了干细胞向子宫聚集，达到了正常对照组相当的水平。干细胞募集到子宫内膜异位病灶是选择性的。即使在BZA治疗期间，正位子宫内膜仍维持基础水平干细胞募集。我们证实暴露于毒素环境抑制骨髓干细胞募集到子宫。我们的实验采用小鼠模型小鼠模型人类男性间充质干细胞（hMSC膜型。骨髓切除术后的雌性小鼠接受雄性鼠骨髓细胞，之后暴露于室内空气或未过滤的香烟烟雾（CSE）。在子宫切片上进行免疫荧光和Y染色体荧光原位杂交（Y-FI

20、SH）。4周后，烟雾暴露的小鼠子宫中Y染色体细胞的总数减少68%,白细胞和BMDSCs分别减少了60%和73%向子宫内膜上皮细胞分化的BMDSCs减少了84%o在体外用8-Br-cAMP处理hMSC以诱导内膜分化和和蜕膜化,用CSE处理的hMSC未显示蜕膜化，且蜕膜标记催乳素的mRNA水平降低90%。此实验说明吸烟抑制骨髓干细胞募集到子宫和分化。抑制干细胞募集可能是吸烟通过降低修复和再生导致长期器官损伤的一般机制，子宫内膜显然是其中之一。这些发现与吸烟者子宫内膜异位的风险较低结果相一致。虽然我们描述了干细胞对子宫内膜异位症的不良影响，值得注意的是EMDSCs和/或MDSCs在子宫内膜的循环再生

21、中有重要作用，可用于治疗子宫内膜疾病。我们已经证实用骨髓干细胞治疗可以用于治疗Asherman综合征(AS)e初步研究使用AS鼠模型，为了模拟AS,以高度可再现的方式产生子宫损伤。小鼠随机分为两组。损伤组中，在子宫-输卵管连接处的子宫角中进行小切口，并且使用倾斜的玻璃移液管将内膜损伤，向宫腔插入三分之二，旋转并取出五次。在对照组中，在腹部产生相同的手术切口。在一半的动物中给予来自同窝出生的雄性小鼠骨髓以增强修复细胞的数目。在子宫角损伤后三个月收集子宫并通过Y染色体，抗CD45,抗F4/80,抗波形蛋白和抗细胞角蛋白的IF进行评价。如预期，干细胞聚集于子宫内膜的损伤部位。随着给予骨髓干细胞增加，

22、累积妊娠率显著增加。在未处理的对照中，累积妊娠率接近100%o在损伤组中,妊娠率约为30%o骨髓干细胞补充组累积妊娠率接近90%o通常，骨髓来源的干细胞防止灾难性损伤的发生。给予过量的BMDSCs能够更好地应对损伤和改善愈后。此实验说明骨髓来源干细胞是治疗AS的潜在方法。病例报告描述了干细胞治疗人类AS的最初尝试。6名难治性AS的女性，使用宫腔镜粘连溶解失败后采用干细胞治疗。将单核干细胞植入子宫内膜区，接着口服雌激素。结果显示患者子宫内膜厚度改善，并且六分之五的患者恢复月经。虽然这些小型研究需要独立临床研究验证但是此实验表明子宫内膜干/祖细胞子宫内膜组织对AS的修复有潜在用途。目前正在进行更大

23、规模的试验验证。干细胞在子宫内膜异位灶和子宫内膜之间的迁移BMDSCs可迁移到子宫和内异位灶，同样干细胞也能够在两者之间大量迁徙。我们的实验室已证实存在从内膜异位病灶迁移到子宫内膜的细胞群，并且这些细胞产生细胞因子改变子宫的容受性。此实验使用绿色荧光蛋白(GFP)转基因小鼠或野生型小鼠的子宫内膜组织种植产生子宫内膜异位症小鼠模型。PCR证实GFP存在于GFP-子宫内膜异位症组小鼠子宫中的。使用免疫荧光定位子宫内膜中的细胞，发现来自实验组的样品中的GFP表达细胞主要定位于子宫内膜的基底层。与正位子宫内膜相比，来自异位内膜的细胞表现出不同的基因表达谱。通过荧光激活细胞分选分离后，进行基因阵列,PC

24、R和免疫荧光。细胞显示Snaill,Snail3,Goosecoid的表达增加和Zeb2的下调。这些基因与上皮-间质转化相关。这是上皮细胞失去其极性并转化为间充质表型的过程。这些细胞作为间充质干细胞迁移，在子宫基质中植入后显示Wnt信号通路激活，表明它们已经转化为上皮表型;然而，这些细胞不位于子宫上皮，但分泌典型的上皮细胞的信号。子宫上皮和基质之间建立适当信号梯度是正常子宫内膜容纳性的必要条件,干细胞在正位性子宫内膜中的表达破坏了基质上皮信号传导梯度，并导致子宫内膜容受性降氐。干细胞动员和归巢干细胞的动员和归巢由趋化因子调控。干细胞表达趋化因子CXCR4,其配体CXCL12由许多组织的细胞产生

25、，包括子宫内膜的基质和上皮，并且通常在炎症和损伤的部位表达。CXCL12浓度的变化指导干细胞迁移。CXCR4-CXCL12已在癌症的发病机理中阐述，它以旁分泌方式起作用，在表达CXCL12的组织中促进细胞迁移及血管生成。在癌症中，CXCL12与CXCR4的结合导致基质金属蛋白酶的表达增加，其直接参与细胞外基质蛋白的降解促进转移。另外通过吸引内皮细胞和刺激VEGF的表达而促进新血管的生成。我们的实验在体外探究了CXCR4-CXCL12轴在骨髓干细胞和人类子宫内膜基质细胞之间的信号。人类子宫内膜基质细胞产生CXCLI2。用生理浓度的E2(10-7M)处理诱导基质细胞表达CXCL12和骨髓干细胞中表

26、达CXCR4,在迁移测定中，骨髓来源的干细胞向子宫内膜基质细胞培养基迁移。AMD3100,即CXCR4拮抗剂以剂量依赖性方式阻断这种迁移，证明CXCL12是子宫内膜干细胞迁移的诱导剂。雌激素驱动的干细胞向子宫内膜的募集是由子宫内膜表达的CXCL12的和由BMDCCs表达的CXCR4驱动的。此实验提出了干细胞向子宫内膜异位灶募集的新机制。与健康对照相比，子宫内膜异位症患者CXCL12-CXCR4轴表达增加。用卵巢类固醇激素，雌二醇和孕酮治疗降低了正常子宫内膜基质细胞中的CXCL12表达。这些发现表明孕激素的作用可能通过减少CXCL12表达从而导致干细胞募集减少。阻断CXCR4-CXCL12轴可能

27、对治疗子宫内膜异位症有效。抑制子宫、异位病灶和骨髓之间的干细胞迁移的异常通路可以防止干细胞募集到异位位点。结论干细胞在人体多个器官中有发现，包括子宫内膜。子宫内膜富含几种干细胞群体，其在子宫内膜再生和修复中有重要作用，但它们同样可以产生子宫内膜异位灶。最近的研究表明，子宫内膜异位灶可能是由于来自子宫内膜或外源（如骨髓）干细胞产生。已证实骨髓来源的干细胞可移植到正位子宫内膜以及异位子宫内膜中，呈现子宫内膜表型。此外，子宫内膜异位灶显示含有间充质干细胞群体，类似于正位子宫内膜中的间充质干细胞。这些干细胞群可能在子宫内膜异位的发生发展中起重要作用。此细胞迁移，以及不适当地植入正位性子宫内膜导致不孕。未来治疗子宫内膜异位症应倾向于抑制干细胞异常迁移。