羊膜干细胞作为治疗女性不孕症的再生医学来源

概述：生殖健康受损是一个影响社会心理健康的世界性问题。尽管治疗不孕不育的技术不断发展，但全球不孕率仍在显着上升。许多不孕不育症目前使用各种先进的临床方法进行治疗，例如宫腔内授精 (IUI)、体外受精 (IVF) 和胞浆内注射 (ICSI)。

尽管如此，一些疾病的临床管理，如功​​能失调的子宫内膜、卵巢早衰和卵巢生理老化仍然构成重大挑战。基于干细胞的治疗策略在治疗许多不孕症方面有着悠久的历史，但伦理限制不允许广泛利用成人间充质基质/干细胞 (MSC)。交通方便，胎盘来源或羊膜干细胞提供了具有多向潜力的非免疫原性和非致瘤性干细胞的宝贵替代来源。鉴于这些特征，在过去十年中，已经研究了胎盘或羊膜干细胞治疗目的以解决不孕症。

本研究旨在总结人类羊膜上皮干细胞（hAECs）、羊膜间充质干细胞（hAMSCs）和羊水干细胞（hAFSCs）在生殖医学领域的研究现状和进展。本研究强调了这些细胞恢复或增强正常卵巢功能和妊娠结局的治疗潜力。

介绍

在过去的几年里，世界各地的生育率都出现了大幅下降。经济和生殖健康对生育率低下有显着影响。许多病理状况可能导致不成功的妊娠结局，例如卵巢早衰/功能不全 (POF/POI)、宫腔粘连 (IUA)、卵巢生理老化 (OPA) 和疾病相关的不孕症。技术先进的临床方法，如粘附松解术、宫腔内授精 (IUI)、体外受精 (IVF)、生育力保存和胞浆内注射 (ICSI)，在很大程度上帮助管理生育结果，然而，许多问题仍有待解决。

尽管有尖端疗法可以恢复或增强不孕症，但一些病理状况，如子宫功能障碍、持续萎缩/薄的子宫内膜内膜，以及子宫内膜组织再生能力的丧失，会降低这些治疗的成功率。例如，由于子宫功能障碍或免疫排斥导致的连续胚胎植入失败仍然是试管婴儿治疗失败的主要原因。同样，由于子宫内膜基底层干细胞的丢失导致子宫内膜组织再生过程低效，导致宫腔粘连（IUA）或子宫内膜萎缩等病理状况。基于干细胞的再生疗法具有补充功能性缺陷细胞库以解决此类病理状况的强大能力。

由于具有分化成生殖细胞和卵母细胞样细胞的能力，干细胞可能采用以下机制来修复卵巢功能；

• i) 通过补充健康细胞来治愈受损的生殖组织，
• ii) 恢复或增加次级和成熟卵泡的数量，
• iii) 通过分泌旁分泌因子改善微环境并改善卵巢功能，
• iv) 通过分泌抗炎因子进行免疫调节，以及
• v) 调节维持发情生殖周期和刺激排卵的激素水平，例如E2（雌二醇）、AMH（抗苗勒管激素）和FSH（促卵泡激素）。

尽管干细胞疗法在生殖疾病管理方面取得了巨大成功，但伦理问题、异源性、低产量。相反，易于获得的胎盘来源的羊膜干细胞 (ASC) 代表了一种可行的治疗选择，因为它们在其他疾病中的成功应用以及它们对种系细胞的分化能力。

从脐带分离的间充质干细胞具有公认的治疗用途，并且在文献中被过度讨论。目前正在探索治疗不孕症的其他新兴人类ASC包括羊膜上皮干细胞 (hAEC)、羊膜间充质基质/干细胞 (hAMSC) 和羊水干细胞 (hAFSC)。然而，最近没有报告总结这些干细胞在生殖障碍领域的进展。在这篇综述中，我们重新审视了支持使用hAEC、hAMSC和hAFSC来解决各种病理生理不孕症的研究，并简要评论了这些研究的结果和局限性。图1概述了 ASC提高生育结果的潜在作用机制。

人羊膜间充质基质/干细胞 (hAMSCs)

源自人羊膜 (hAM) 的无血管间充质基质的间充质基质/干细胞 (MSC) 提供了替代成人MSC的有益选择。有限的离体增殖和复杂的样本检索限制了成人MSCs的广泛利用。hAM是一种易于获取的间充质干细胞 (hAMSC) 来源，它克服了这些限制。源自hAM的MSC与成人组织来源的MSC有许多相似之处，并且符合所有将其声明为“间充质干细胞”的国际标准。

最近讨论了hAMSCs的分化潜力, 尽管成人间充质干细胞在恢复卵巢功能方面的潜力已得到广泛探索，但可用于AM衍生的间充质干细胞的数据非常有限。

表1列出了探索hAMSCs在自然或卵巢早衰（NOA或POA）或卵巢早衰/失效（POF/POI）小鼠模型中促进卵巢功能的作用的研究。

在这些研究中，hAMSCs展示了它们通过改善卵巢局部微环境、通过旁分泌作用维持子宫内膜再生/或调节细胞因子。在hAMSCs移植后，在生理和分子水平上观察到卵巢功能的显着改善。卵巢功能和生育能力的提高归因于卵巢形态的改善、卵泡数量的增加、动情周期的恢复以及激素水平的提高（例如，AMH）。由hAMSCs分泌的旁分泌因子，如EGF（表皮生长因子）和HGF（肝细胞生长因子）被证明可以恢复激素水平和卵泡数量，但是，作者没有报告随后的生育率、后代增加或改善在发情周期规律性。由于抑制细胞凋亡和诱导细胞增殖等分子事件的发生，观察到总卵泡计数和激素水平的显着改善。

人羊膜上皮细胞 (hAEC)

人羊膜上皮干细胞 (hAEC) 已被视为子宫内膜再生或恢复卵巢功能的另一种可能来源。hAEC包含hAM基底膜上皮细胞层的主要部分。hAECs的干细胞标志物表达谱，即CD73、CD90和CD105阳性，而造血标志物CD34和CD45阴性）与MSCs非常相似。然而，细胞角蛋白 (CK)、E-钙粘蛋白、CD49f和EpCAM等上皮特异性细胞表面标记物的存在可将hAEC与hAMSC区分开来。离体培养系统的更高稳定性和hAEC的免疫抑制特性为许多临床应用提供了广阔的前景。最近的一些研究支持了在生殖生物学领域使用hAEC的可能治疗意义（表1）。

王等进行了首批体内研究之一，以研究hAEC在恢复化疗小鼠卵巢功能中的作用。化疗诱导的POF结果是由于原始卵泡的颗粒前细胞丢失导致排卵功能障碍。尽管hAEC在体外环境中不存在生殖细胞分化标志物，但 hAEC 在小鼠模型中成功渗入卵巢，分化为颗粒细胞，并恢复了卵泡生成。直到移植后61天，接受治疗的小鼠每个卵巢的次级卵泡数量显着增加。

到目前为止，只有两项研究评估了hAECs治疗IUA的疗效（表1）。李等将hAEC移植到通过对子宫造成机械损伤而建立的小鼠IUA模型中。在hAECs处理的小鼠中观察到临床参数的显着改善，例如妊娠结局增加、子宫内膜增厚、子宫内膜腺体增加和纤维化减少。在这项研究中，hAECs成功地植入了IAU大鼠模型中，并导致胚胎数量和妊娠率增加。

由于子宫内膜损伤和随后的胶原蛋白沉积，剖宫产术后可能会出现不孕症或产科不孕症并发症。

在最近的一项研究中，hAEC被用于治疗大鼠子宫瘢痕模型中的剖宫产瘢痕缺陷 (CSD) 病症。hAEC移植30天和60天后，胶原沉积减少，血管密度（BVD）提高，子宫内膜组织得到很大程度的恢复。作者还观察到，分别与血管生成和胶原蛋白沉积相关的VEGFA和MMP8的表达在治疗组中显着增加。更重要的是，hAECs组的BVD显着改善，这部分归因于高度特异性血管内皮标记物 von Willebrand 因子 (vWF) 的更高表达。胎儿植入瘢痕组织的子宫角hAECs明显高于对照组，这表明hAEC移植可以帮助再生子宫内膜组织，并可能证明是治疗子宫瘢痕状况的可行治疗选择。

人羊水干细胞

在妊娠的所有三个阶段，羊水都富含不同类型的干细胞。源自人羊水 (hAFSC) 的干细胞具有成熟的干细胞表面标记。可以通过在出生时收集羊水或通过羊膜穿刺术来分离AFSC。在足月妊娠或分娩时回收的 hAFSCs具有很高的治疗重要性；然而，从妊娠中期提取的AFSC也显示出可喜的结果。这些细胞表达生殖细胞标记物，例如DAZL（无精症样基因缺失），并表现出分化为生殖细胞谱系的能力。

虽然仍处于开发的早期阶段，但基于hAFSC的体内研究显示出保护卵泡细胞和预防卵巢功能障碍的可喜结果（表1）。

在一项研究中，hAFSCs移植后，化学诱导的生殖细胞去除小鼠模型的卵巢成功恢复了卵泡生成过程。AMH表达水平的提高提供了卵泡生成改善的证据。在另一项研究中，hAFSCs通过在化疗诱导的POF小鼠模型中预防卵巢卵泡闭锁来修复卵泡。与未治疗小鼠相比，hAFSCs治疗小鼠的发情周期数显着恢复。然而，作者建议，通过及时给予干细胞，即在化疗之前或临近化疗时，可以提高治疗效果。

在最近的一项研究中，探索了来自羊水的间充质干细胞 (hAFMSCs)，以研究它们拯救卵巢衰老细胞的潜力和机制。从胎龄为15-22周的妇女中收集羊水以分离MSC。注射细胞4周后，AMH和E2水平显着恢复。此外，hAF-MSCs通过抵抗DNA损伤来帮助抵抗卵巢衰老。

挑战和未来方向

鉴于胎盘膜的易用性和可用性，它被认为是分娩后的医疗废物，出乎意料的是，没有发表任何临床研究来评估羊膜干细胞在恢复人类卵巢功能中的作用。与其他医学领域类似，ASCs的固有特性保证了它们在子宫内膜驱动、化疗引起或与年龄相关的不孕症的治疗中取得成功。然而，根据迄今为止报道的研究，在临床研究中转化这些细胞之前仍然存在重大挑战。例如解决ASCs在培养的生殖细胞中的成功分化，确定细胞给药途径和时间以提高有效性，使用精确的动物模型，以及解决长期生育益处。

结论

羊膜组织或液体来源的人羊膜细胞（ASCs：hAECs、hAMSCs、hAFSCs）表现出具有低免疫原性或肿瘤发生的干细胞特性，这使得它们在理论上优于其他干细胞。

许多研究是使用化疗治疗卵巢早衰、与年龄相关的卵巢衰竭或其他相关不孕症病理状况的小鼠模型进行的。这些体内研究报告了了解ASC恢复生育结果的作用机制的基本发现。这些研究表明，ASC移植可促进卵泡形成、子宫内膜再生、腺体发育并恢复激素水平（例如，AMH 和E2）。这些生理改善是由于ASC的旁分泌、抗炎和免疫调节特性而实现的。

参考资料：Naeem, A., Gupta, N., Naeem, U. et al. Amniotic stem cells as a source of regenerative medicine to treat female infertility. Human Cell 36, 15–25 (2023). https://doi.org/10.1007/s13577-022-00795-1

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