柳穎靈，劉　煒，紀(jì)亞忠

(同濟(jì)大學(xué)附屬上海市同濟(jì)醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，上海 200065)

SDF-1/CXCR4軸在間充質(zhì)干細(xì)胞治療卵巢早衰中的研究進(jìn)展

柳穎靈，劉煒，紀(jì)亞忠

(同濟(jì)大學(xué)附屬上海市同濟(jì)醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，上海 200065)

摘要：卵巢早衰(POF)目前尚無有效的治療手段，采用間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)移植治療POF 取得了一定的效果。MSCs因其具有低免疫原性、可移植性、組織修復(fù)能力強(qiáng)等特征，目前被認(rèn)為對于多種疾病的治療具有重要的研究價(jià)值?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)及其受體CXC chemokine receptor 4(CXCR4)組成的SDF-1/CXCR4軸在MSCs遷移中起重要作用，可否通過調(diào)控SDF-1/CXCR4 誘導(dǎo)MSCs的歸巢至卵巢而最大程度地發(fā)揮POF的臨床治療作用？本文就MSCs的歸巢調(diào)控機(jī)制及在POF中的研究作一綜述，以期為其應(yīng)用于POF的治療提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：間充質(zhì)干細(xì)胞； 歸巢； 卵巢早衰； SDF-1/CXCR4

卵巢早衰(premature ovarian failure，POF)是指婦女在40歲以前出現(xiàn)閉經(jīng)、不育、雌激素缺乏以及促性腺激素水平升高為特征的一種疾病，其導(dǎo)致的低雌激素水平及生育力喪失已成為婦女生殖健康的兩大威脅[1]。POF病因復(fù)雜，主要包括免疫性因素、遺傳學(xué)因素、醫(yī)源性因素等，目前尚無有效的治療手段。近年來，采用間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs) 移植開拓了POF 治療的新方向，并取得了一定效果[2-4]。本文就MSCs的歸巢調(diào)控機(jī)制及在POF中的研究作一綜述，以期為MSCs應(yīng)用于POF的治療提供新的思路。

1POF研究現(xiàn)狀

近年來，POF發(fā)病呈上升趨勢，給患者的身心帶來巨大痛苦，尤其是未生育的患者。其中在原發(fā)性閉經(jīng)患者中占10%～28%，繼發(fā)性閉經(jīng)患者中占4%～18%[1]。Coulam等[5]總結(jié)了1 858例婦女的自然閉經(jīng)情況，<40歲者POF發(fā)生率為1%，<30歲者POF發(fā)生率為1‰。徐苓等[6]研究發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)婦女POF發(fā)生率為1.8%。

目前，隨著婚齡越來越大，晚婚晚育成為一種趨勢，在一些較大的城市平均結(jié)婚年齡已到達(dá)了30歲，越來越多的女性因POF而無法生育下一代。即使那些已經(jīng)生育過子女的女性患有POF后也會(huì)伴有性欲降低、性交時(shí)疼痛，植物神經(jīng)功能紊亂、睡眠困難，月經(jīng)周期紊亂、頻繁地發(fā)生陰道炎或泌尿系統(tǒng)感染等癥狀，嚴(yán)重影響女性生活質(zhì)量，甚至影響家庭穩(wěn)定。

在POF患病的早期仍有33%的患者卵巢中有正常卵泡，但是這些卵泡對體內(nèi)促性腺激素的反應(yīng)性降低，甚至在確診后仍有5%～10%的機(jī)會(huì)懷孕[7]。但Van Kasteren等[8]對52個(gè)病例報(bào)道、8個(gè)觀察研究、9個(gè)非對照研究、7個(gè)對照研究后得出結(jié)論是任何治療措施均不能增加妊娠率，故對于不孕患者只能考慮接受贈(zèng)卵、凍存卵細(xì)胞及胚胎治療等。POF病因復(fù)雜、多樣，病因主要包括4個(gè)方面：1)遺傳變異，包括X染色體和常染色體的基因突變。2)自身免疫性卵巢的損傷，被認(rèn)為和其他自身免疫性疾病相關(guān)。3)醫(yī)源性手術(shù)、放療及化療。4)環(huán)境因素，如病毒感染，但其致病機(jī)制尚不明確。隨著研究的進(jìn)行，約有30%的POF被認(rèn)為與自身免疫相關(guān)[9]。因此，尋找POF的病因、探索POF新的有效的治療方法就顯得非常必要。

MSCs具有低免疫原性、可移植性及組織修復(fù)能力強(qiáng)等特征，目前被認(rèn)為其對多種疾病的治療具有重要研究價(jià)值。近年來，采用MSCs移植治療POF 取得了一定的效果，但人卵巢平均體積僅為10 cm3，決定了直接接種到卵巢的MSCs量非常有限，甚至接種將影響到卵巢的生理功能。如何使MSCs細(xì)胞最大程度地歸巢于卵巢，并發(fā)揮其治療作用成為目前研究的熱點(diǎn)。

2SDF-1/CXCR4促進(jìn)MSCs歸巢

自1976年發(fā)現(xiàn)MSCs[10]以來，研究者們對MSCs進(jìn)行了包括生物學(xué)特性和治療方式在內(nèi)的多項(xiàng)研究。MSCs是來源于發(fā)育早期中胚層的一類多能干細(xì)胞，具有自我更新和多向分化的能力，其最早在骨髓中發(fā)現(xiàn)，隨后還發(fā)現(xiàn)其存在于人體發(fā)生、發(fā)育過程中的多種組織器官中。目前，研究人員已能從骨髓、脂肪、肌肉、肝臟、胎盤、臍帶中分離及制備MSCs。不同來源的MSCs具有相同的表型和細(xì)胞學(xué)特性，但具有不同的表達(dá)調(diào)節(jié)蛋白，MSCs通過這些調(diào)節(jié)蛋白參與細(xì)胞的活動(dòng)、種植、遷移等過程[11-12]，從而進(jìn)入骨、軟骨、肝細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等各種細(xì)胞組織中，同時(shí)分泌多種生物活性分子參與免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡、抗炎、血管新生及組織再生[7,13-17]，從而達(dá)到治療的目的。然而，在臨床實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)輸注的MSCs無法到達(dá)靶器官，所以治療效果較差[18]，因此提高M(jìn)SCs歸巢至靶器官是MSCs用于治療疾病的關(guān)鍵。

趨化因子家族及其受體一直被認(rèn)為是介導(dǎo)白細(xì)胞在正常或炎癥狀態(tài)下的遷移和體內(nèi)重分配的重要因子，而現(xiàn)在的許多研究[19-22]表明，他們也是操控MSCs遷移的重要因子，其中基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)及其受體CXC chemokine receptor 4(CXCR4)組成的SDF-1/CXCR4軸在MSCs遷移中起重要作用。CXCR4在體內(nèi)大部分組織和器官中都有表達(dá)，它是由352個(gè)氨基酸組成的GPCR(G蛋白偶聯(lián)受體)，具有7次穿膜結(jié)構(gòu)。CXCR4參與體內(nèi)多種生理、病理機(jī)制，包括參與HIV-1病毒侵襲、造血功能、胚胎發(fā)育及腫瘤遷移等。Shi等[23]通過應(yīng)用多種細(xì)胞因子共同刺激，促進(jìn)人MSCs表面CXCR4表達(dá)的增加，可提高M(jìn)SCs遷移及歸巢能力。Cheng等[24]研究證實(shí)，在小鼠心肌缺血模型中靜脈輸注逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)的CXCR4高表達(dá)的 MSCs，可顯著增加MSCs歸巢至缺血心肌，明顯改善心肌功能。Jiang等[25]研究指出，SDF1/CXCR4軸是調(diào)控MSCs歸巢主要因素之一。

MSCs在血液中遷移，跨血管內(nèi)皮細(xì)胞并進(jìn)入組織，損傷部位常伴有血管損傷或組織炎癥反應(yīng)，可造成血管通透性增加，增加MSCs進(jìn)入損傷部位的能力，干細(xì)胞到達(dá)靶器官后，首先黏附于血管內(nèi)皮，SDF-1能夠促進(jìn)細(xì)胞黏附到纖維蛋白原、纖維連接蛋白、間質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞，作為SDF-1特異性受體；CXCR4識(shí)別SDF-1并與之結(jié)合形成二聚體，CXCR4作為G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)能同時(shí)結(jié)合細(xì)胞表面的異源三聚體G蛋白，這一異源三聚體G蛋白由Gα、Gβ、Gγ亞基組成，CXCR4可與G蛋白結(jié)合后通過G蛋白受體激酶迅速使CXCR4羥基端磷酸化[26]，結(jié)合β抑制蛋白形成CXCR4-β-arrestin復(fù)合物，這一復(fù)合物在細(xì)胞內(nèi)化、鈣離子流動(dòng)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶的信號激活中起重要的作用[27]。有研究[28-29]發(fā)現(xiàn)，在骨折的MSCs遷移中，當(dāng)SDF-1信號受阻時(shí)MSCs的招募停止，而MSCs遷移至缺血性腎臟則依靠CXCR4。

Shichinohe等[30]通過對照移植CXCR4-MSCs和CXCR4 KO-MSCs治療小鼠大腦梗死，發(fā)現(xiàn)CXCR4不僅與遷移到病灶的MSCs數(shù)量相關(guān)，而且可促進(jìn)遷移到病灶的CXCR4-MSCs的生存和增殖能力。Liu等[31]研究表明，SDF-1/CXCR4軸可以通過抑制MSCs的凋亡而增強(qiáng)其生存能力，促進(jìn)MSCs的增殖和遷移歸巢，同時(shí)還可以促進(jìn)MSCs分泌細(xì)胞生長因子(bFGF)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，而后兩者在臨床治療中發(fā)揮了極為重要的作用。

3MSCs改善卵巢功能的實(shí)驗(yàn)及臨床研究

近年來，采用骨髓、臍帶和羊水不同來源的MSCs 移植治療POF 取得了明顯效果。MSCs原位、腹腔或靜脈注射后，可歸巢于卵巢，從而可能恢復(fù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物卵巢形態(tài)、大小和正常動(dòng)情周期，增加卵巢各級卵泡數(shù)，促進(jìn)顆粒細(xì)胞生長，抗顆粒細(xì)胞凋亡，改善卵巢內(nèi)分泌功能，提高生育能力。

MSCs能否有效歸巢對其功能的發(fā)揮有著重要的影響，過表達(dá)CXCR4增加MSCs治療效果的一個(gè)最重要的原因就是可以促進(jìn)MSCs的歸巢。SDF-1對淋巴細(xì)胞有強(qiáng)烈的趨化作用，在具有炎癥反應(yīng)的免疫性POF的卵巢會(huì)大量聚集SDF-1，SDF-1的大量的聚集會(huì)高效率的吸引過表達(dá)CXCR4的MSCs聚集到病變的卵巢中，從而實(shí)現(xiàn)高效的MSCs歸巢，大大提高移植入體內(nèi)的MSCs利用效率和對POF的治療效果。

建立理想的動(dòng)物模型有利于更好地探尋治療POF的方法。目前研究人員已經(jīng)成功建立了多種POF動(dòng)物模型，其中最常見的是特發(fā)性POF(高促性腺激素性)，其他類型的POF模型涉及遺傳、免疫、代謝異常、放療化療因素、感染因素、醫(yī)源性因素及心理因素[32]等。目前構(gòu)建的POF模型主要有：應(yīng)用免疫相關(guān)因素構(gòu)建的模型；切除初生小鼠胸腺建立有自身免疫卵巢炎的小鼠模型；基因敲除建模；針對酶缺陷所致半乳糖血癥建立的半乳糖血癥小鼠動(dòng)物模型；物理化學(xué)因素所致卵巢損傷模型；臨床藥物損傷所致卵巢損傷模型[33]等。Fu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，移植大鼠骨髓 MSCs可以促進(jìn)修復(fù)大鼠化療所誘導(dǎo)的卵巢功能和結(jié)構(gòu)上的損傷，治療后大鼠發(fā)情周期和性激素——雌二醇(E2)和促卵泡生成激素(FSH)都得到了緩解，趨向了正常，卵泡數(shù)量增加，顆粒細(xì)胞的凋亡大幅減少。Ghadami等[35]研究也發(fā)現(xiàn)，小鼠骨髓MSCs移植到小鼠POF模型中，在24 h陰道涂片顯示小鼠陰道變得濕潤，脫落細(xì)胞減少；一段時(shí)間后小鼠整體體質(zhì)量和子宮質(zhì)量明顯增加；HE表明卵泡和成熟卵泡的數(shù)量都明顯增加；血液FSH水平下降40%～50%，雌激素水平增加4.0～5.5倍，恢復(fù)排卵功能。付霞霏[36]研究認(rèn)為，骨髓MSCs移植可修復(fù)CTX損傷的卵巢組織，改善部分卵巢內(nèi)分泌功能。李彩霞等[37]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)小鼠尾靜脈移植的人類臍帶MSCs，可促進(jìn)POF小鼠卵巢歸巢并能在局部存活生長。

臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(UCMSCs)與骨髓MSCs相比，生長的組織環(huán)境更單純，具有更強(qiáng)的增殖與分化能力、更低的免疫源性，而且分泌出大量的因子，且細(xì)胞來源安全，方便提取、提純，易于體外培養(yǎng)。故UCMSCs成為最有可能廣泛應(yīng)用于各種疾病臨床治療的干細(xì)胞類型，應(yīng)用UCMSCs為POF的治療提供了全新的思路。

4問題與展望

目前對于MSCs治療POF僅局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，在人類是否有效尚需要進(jìn)一步研究，但為MSCs治療人類POF提供了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。未來在確保外源性MSCs與原有組織器官基因型一致的情況下，尋找簡便而有效的方法使MSCs歸巢于卵巢將成為研究熱點(diǎn)。SDF-1/CXCR4軸在MSCs的歸巢中起重要作用，可以通過調(diào)控SDF-1/CXCR4 誘導(dǎo)MSCs的歸巢及最大程度地發(fā)揮臨床治療作用，從而為MSCs治療包括POF在內(nèi)的各種自身免疫、放化療、物理損傷等不可逆性損傷提供理論基礎(chǔ)和臨床思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]Laml T,Schulz Lobmeyr I,Obruca A,et al.Premature ovarian failure: etiology and prospects[J].Gynecol Endocrinol,2000,14(4):292-302.

[2]Wang S,Yu L,Sun M,et al.The therapeutic potential of umbilical cord mesenchymal stem cells in mice premature ovarian failure[J].Biomed Res Int,2013,2013:690491.

[3]Akehara Y,Yabuuchi A,Ezoe K,et al.The restorative effects of adipose-derived mesenchymal stem cells on damaged ovarian function[J].Lab Invest,2013,93(2):181-193.

[4]Ghadami M,El Demerdash E,Zhang D,et al.Bone marrow transplantation restores follicular maturation and steroid hormones production in a mouse model for primary ovarian failure[J].PloS One,2012,7(3):e32462.

[5]Coulam C B,Adamson S C,Annegers J F.Incidence of premature ovarian failure[J].Obstet Gynecol,1986,67(4):604-606.

[6]徐苓,宋亦軍.卵巢早衰的臨床表現(xiàn)和診斷標(biāo)準(zhǔn)[J].實(shí)用婦產(chǎn)科雜志,2003,19(4):195-192.

[7]Boomsma R A,Geenen D L.Mesenchymal stem cells secrete multiple cytokines that promote angiogenesis and have contrasting effects on chemotaxis and apoptosis[J].PLoS One,2012,7(4):e35685.

[8]Van Kasteren Y M,Schoemaker J.Premature ovarian failure: a systematic review on therapeutic interventions to restore ovarian function and achieve pregnancy[J].Hum Reprod Update,1999,5(5):483-492.

[9]Conway G S,Kaltsas G,Patel A,et al.Characterization of idiopathic premature ovarian failure[J].Fertil Steril,1996,65(2):337-341.

[10]Friedenstein A J,Gorskaja U F,Kulagina N N.Fibroblast precursors in normal and irradiated mouse hematopoietic organs[J].Exp Hematol,1976,4(5):267-274.

[11]Kim J,Shin J M,Jeon Y J,et al.Proteomic validation of multifunctional molecules in mesenchymal stem cells derived from human bone marrow,umbilical cord blood and peripheral blood[J].PLoS One,2012,7(5)e32350.

[12]Hu L,Hu J,Zhao J,et al.Side-by-side comparison of the biological characteristics of human umbilical cord and adipose tissue-derived mesenchymal stem cells[J].Biomed Res Int,2013,2013: 438243.

[13]da Silva Meirelles L,Fontes A M,Covas D T,et al.Mechanisms involved in the therapeutic properties of mesenchymal stem cells[J].Cytokine Growth Factor Rev,2009,20(5/6):419-427.

[14]Doorn J,Moll G,Le Blanc K,et al.Therapeutic applications of mesenchymal stromal cells: paracrine effects and potential improvements[J].Tissue Eng Part B Rev,2012,18(2):101-115.

[15]Ranganath S H,Levy O,Inamdar M S,et al.Harnessing the mesenchymal stem cell secretome for the treatment of cardiovascular disease[J].Cell Stem Cell,2012,10(3):244-258.

[16]English K.Mechanisms of mesenchymal stromal cell immunomodulation[J].Immunol Cell Biol,2013,19(1):9119-9126.

[17]Lee R H,Pulin A A,Seo M J,et al.Intravenous hMSCs improve myocardial infarction in mice because cells embolized in lung are activated to secrete the anti-inflammatory protein TSG-6[J].Cell Stem Cell,2009,5(1):54-63.

[18]Yi T,Song S U.Immunomodulatory properties of mesenchymal stem cells and their therapeutic applications[J].Arch Pharm Res,2012,35(2):213-221.

[19]Chen W,Li M,Cheng H,et al.Overexpression of the mesenchymal stem cell Cxcr4 gene in irradiated mice increases the homing capacity of these cells[J].Cell Biochem Biophys,2013,67(3):1181-1191.

[20]Dong F,Harvey J,Finan A,et al.Myocardial CXCR4 expression is required for mesenchymal stem cell mediated repair following acute myocardial infarction[J].Circulation,2012,126(3):314-324.

[21]Hu C,Yong X,Li C,et al.CXCL12/CXCR4 axis promotes mesenchymal stem cell mobilization to burn wounds and contributes to wound repair[J].J Surg Res,2013,183(1):427-434.

[22]Kitaori T,Ito H,Schwarz E M,et al.Stromal cell-derived factor 1/CXCR4 signaling is critical for the recruitment of mesenchymal stem cells to the fracture site during skeletal repair in a mouse model[J].Arthritis Rheum,2009,60(3):813-823.

[23]Shi M,Li J,Liao L,et al.Regulation of CXCR4 expression in human mesenchymal stem cells by cytokine treatment: role in homing efficiency in NOD/SCID mice[J].Haematologica,2007,92(7):897-904.

[24]Cheng Z,Ou L,Zhou X,et al.Targeted migration of mesenchymal stem cells modified with CXCR4 gene to infarcted myocardium improves cardiac performance[J].Mol Ther,2008,16(3):571-579.

[25]Jiang Y,Jahagirdar B N,Reinhardt R L,et al.Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow[J].Nature,2002,418(6893):41-49.

[26]Rubin J B.Chemokine signaling in cancer.One hump or two[J].Semin Cancer Biol,2009,19(2):116-122.

[27] Balabanian K,Levoye A,Klemm L,et al.Leukocyte analysis from WHIM syndrome patients reveals a pivotal role for GRK3 in CXCR4 signaling[J].JCI,2008,118(3):1074-1084.

[28]Kitaori T,Ito H,Schwarz E M,et al.Stromal cell-derived factor 1/CXCR4 signaling is critical for the recruitment of mesenchymal stem cells to the fracture site during skeletal repair in a mouse model[J].Arthritis Rheum,2009,60(3):813-823.

[29]Liu N,Tian J,Cheng J,et al.Migration of CXCR4 gene-modified bone marrow-derived mesenchymal stem cells to the acute injured kidney[J].J Cell Biochem,2013,114(12):2677-2689.

[30]Shichinohe H,Kuroda S,Yano S,et al.Role of SDF-1/CXCR4 system in survival and migration of bone marrow stromal cells after transplantation into mice cerebral infarct[J].Brain Res,2007,1183:138-147.

[31]Liu X,Duan B,Cheng Z,et al.SDF-1/CXCR4 axis modulates bone marrow mesenchymal stem cell apoptosis,migration and cytokine secretion[J].Protein Cell,2011,2(10):845-854.

[32]金婧,阮祥燕.卵巢早衰的病因研究進(jìn)展[J].中國實(shí)用婦科與產(chǎn)科雜志,2007,23(3):142-145.

[33]李潔.卵巢早衰動(dòng)物模型的研究進(jìn)展[J].中國婦幼健康研究,2011,22(4):563-565.

[34]Fu X,He Y,Xie C,et al.Bone marrow mesenchymal stem cell transplantation improves ovarian function and structure in rats with chemotherapy-induced ovarian damage[J].Cytotherapy，2008,10(4):353-363.

[35]Ghadami M,El Demerdash E,Zhang D,et al.Bone marrow transplantation restores follicular maturation and steroid hormones production in a mouse model for primary ovarian failure[J].PloS One,2012,7(3):e32462.

[36]付霞霏.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植修復(fù)化療所致卵巢損傷的實(shí)驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代婦產(chǎn)科進(jìn)展,2010,19(6)：410-414.

[37]李彩霞,王鳳英,冷少華,等.臍帶基質(zhì)干細(xì)胞移植在卵巢早衰模型小鼠體內(nèi)的分布[J].第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(1):57-59.

(責(zé)任編輯：周麗萍)

收稿日期：2014-10-27

作者簡介：柳穎靈(1990—)，女，碩士研究生，主要從事生殖醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)與臨床研究。 通信作者： 紀(jì)亞忠,主任醫(yī)師，E-mail:jiyazhong@hotmail.com。

中圖分類號：R711.76

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-8194(2015)07-0100-04

DOI:10.13764/j.cnki.lcsy.2015.07.037

Role of SDF-1/CXCR4 Axis in Treatment of Premature
Ovarian Failure with Mesenchymal Stem Cells

LIU Ying-ling，LIU Wei,JI Ya-zhong

(ReproductiveMedicineCenter,ShanghaiTongjiHospitalAffiliatedto

TongjiUniversity，Shanghai200065,China)

ABSTRACT：Premature ovarian failure (POF) causes serious damage to mental and physical health in middle-aged women,especially in childbearing-aged women.However,there is currently no effective treatment for POF.In recent years,the transplantation of mesenchymal stem cells (MSCs) has been considered as the effective treatment for POF.MSCs have characteristics of low immunogenicity,transferability and strong tissue repair capacity.Therefore,MSCs have important value in the treatment of many diseases.Stromal cell derived factor-1(SDF-1) and its cognate receptor CXC chemokine receptor 4(CXCR4) play an important role in the migration of MSCs.The induction of homing of MSCs to ovary by regulating SDF-1/CXCR4 may exert the curative effect on POF to greatest extent.In this paper,we review the regulation mechanism of homing of MSCs to provide theoretical basis for the application of MSCs in the treatment POF.

KEY WORDS：mesenchymal stem cells; homing; premature ovarian failure; SDF-1/CXCR4