SDF-1/CXCR4轴在间充质干细胞治疗卵巢早衰中的研究进展

钟宝山（南昌大学,江西 南昌 330000）

卵巢早衰（premature ovarian failure，POF）的发病与遗传、自身免疫、医源性及环境等因素有关，出现心理、雌孕激素水平降低、绝经、不孕等症状，严重影响患者的生理、心理健康。目前，对于卵巢早衰患者，仍不能从根本上恢复患者的卵巢功能。间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一类多能非造血祖细胞，具有自我更新、多向分化能力的功能，可被诱导分化为多种成体细胞，如定位于组织损伤部位，可分化为特定的细胞类型。将其应用于卵巢早衰患者中，具有良好的治疗效果，但对于其内在的治疗机制，仍需进行深入研究。SDF-1/CXCR4轴可参与间充质干细胞迁移中。因此本文就SDF-1/CXCR4轴在间充质干细胞治疗卵巢早衰中的机制进行综述。

1.1卵巢早衰 卵巢早衰可导致生育力丧失，严重威胁生殖健康。近年来，随着生活方式的改变，加之晚婚晚育已成为趋势，卵巢早衰的发病率呈明显上升趋势，严重影响患者的身心健康，尤其是未生育患者；
而对于已生育过的，患有卵巢早衰者还会伴有性欲降低、性交痛、月经周期紊乱等，影响生活质量，甚至影响家庭稳定。有流行病学显示，卵巢早衰患病早期有1/3患者有正常卵泡，甚至有5%-10%的机会怀孕，且查阅资料发现：对于卵巢早衰患者，任何治疗措施均不能增加妊娠率。

1.2间充质干细胞 间充质干细胞最早发现于骨髓中，脂肪组织中的含量较高，人胎盘组织取材便捷；
来源于人羊膜中的间充质细胞，有来源丰富、扩增稳定、细胞活性好、易获取的优点，被广泛应用于移植治疗（同种异体移植、再生医学）；
来源于新生儿脐带组织中的干细胞，具有自我更新、低免疫原性、分泌多种细胞的能力，能改善局部微环境、促进血管、组织再生。因此，间充质干细胞是一类多潜能细胞，在一定条件下，可再生各组织、器官。与骨髓间充质干细胞相比，脐带间充质干细胞更接近胚胎干细胞，且具有取材方便，易于保存，适宜于不同个体间的移植，具有更广阔的应用前景。

1.3间充质干细胞治疗卵巢早衰 目前，对于卵巢早衰的治疗重点是恢复卵巢功能及生育功能，以往主要采用激素类药物、中医治疗，虽然可改变一些临床症状，但治疗期间还会出现明显不良反应，且对于卵巢功能、生育能力的恢复，效果较差。近年来，国内外多以干细胞治疗POF，为该类患者点燃了新的希望，因此，干细胞治疗被认为是一种前端疗法。赵淑颖[1]等学者的研究表明：人脐带间充质干细胞（Human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUCMSCs）移植治疗POF，可改善血清雌激素（Estradiol，E2）、抗苗勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）的水平，降低血清卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，FSH）水平，促进卵泡的生长，修复卵巢内分泌功能。近年来，临床上用于治疗POF的间充质干细胞依据来源不同，分为骨髓间充质干细胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）、脂肪间充质干细胞（Adipose-derived mesenchymal stem cells，ADMSCs）、人胎盘间充质干细胞（placenta derived mesenchymal stem cells，PDMSCs）、人羊膜间充质细胞（human amniotic mesenchymal cells，hAMCs）、脐带间充质干细胞（hUCMSCs）等。

2.1SDF-1/CXCR4轴简介 SDF-1/CXCR4轴由基质细胞衍生因子-1（Stromal cell derived factor-1，SDF-1）及CXC趋化因子受体4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）组成偶联分子对。既往有研究认为[2]，CXCR4是SDF-1的唯一受体，以一对一的方式存在，在造血干细胞的归巢中发挥重要作用。

SDF-1又名前B细胞刺激因子、趋化因子12（C-X-C chemokine ligand 12，CXCL12），是11KDa的小分子蛋白，首次发现单体形式存在是在小鼠骨髓基质细胞分泌的细胞因子中，与其他CXC类趋化因子相比，N端的1-8氨基酸残基、C端的66、67氨基酸残基存在较大差异，其中N端作为SDF-1与其受体作用的基础，C端可维持SDF-1构象及生物活性。SDF-1有α、β、γ、δ、ε、ζ6种同分异构体，以SDF-1α主要表达于骨髓基质细胞，是SDF-1在体内的主要存在形式，此外还可表达于骨髓内皮祖细胞、造血祖细胞。

CXCR4是一类G蛋白偶联受体（guanosine-binding protein coupled receptors，GPCRs），主要表达在细胞膜上，有研究表明[3]CXCR4表达于血细胞、造血干细胞、胚胎干细胞等类型细胞中，不仅表达于细胞表面，还表达于细胞质中。

2.2SDF-1/CXCR4轴的应用 SDF-1/CXCR4轴在中性粒细胞(neutrophils，Neu)的动态平衡中起着双重作用，在生理作用下，CXCR4可上调中性粒细胞（凋亡、吞噬，保持细胞恒定）表达，促使归巢至骨髓，刺激产生粒细胞集落刺激因子，增加中性粒细胞前体的增殖、分化，使其清除、产生构成动态平衡。CXCR4在未成熟中性粒细胞中的表达较高，但在成熟中性粒细胞中的表达较低，而SDF-1、CXCR4结合可将未成熟中性粒细胞滞留在骨髓中。SDF-1/CXCR4信号通路可通过炎性细胞（中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞等）的高效趋化作用，激活整合素诱导细胞的滚动、紧密黏附在活化内皮细胞中，促进炎症细胞穿过血管内皮，以达到炎症部位，从而发挥炎症反应。

内皮祖细胞是血管内皮细胞的前体细胞，属于一类介入干细胞、血管内皮细胞的定向干细胞，有游走、增殖分化及自我更新的特征，但缺乏特征性表型（无管腔样结构）。该类细胞可参与缺血组织血管的修复，机制主要为：①自分泌/旁分泌血管内皮生长因子、白细胞介素8（interleukin-8，IL-8）、基质细胞衍生因子-1（Stromal cellderived factor-1，SDF-1）、肾小球系膜细胞（glomerular mesangial cells，GMCS）等细胞因子，促进内皮的修复、血管生长；
②出现缺血缺氧、组织损伤时，内皮祖细胞可迁移归巢至血管损伤处，增殖分化为成熟的内皮细胞。SDF-1/CXCR4轴可通过SDF-1浓度调控内皮祖细胞的增殖、黏附、迁移，抑制其凋亡，增强内皮祖细胞的血管能力，而CXCR4不仅表达于细胞表面，也可在细胞质中表达，因此SDF-1/CXCR4轴不仅可增殖内皮祖细胞，还可影响其凋亡，通过不同的作用机制增加内皮祖细胞的数量，进而启动干细胞的归巢。

2.3SDF-1/CXCR4轴在调控卵巢发育、功能中的作用 卵巢主要功能为排卵、调节内分泌，其正常发育和功能稳定在女性中至关重要。SDF-1/CXCR4轴与卵巢早衰有关，可维持原始卵泡池、卵泡和卵母细胞发育。何琪[4-5]等学者通过分析不同发育时期（4周龄的性成熟前期、7周龄的性成熟期、10周龄的适龄繁殖期）的雌性小鼠卵巢组织中SDF-1及其CXCR4表达情况，结果显示：SDF-1及CXCR4蛋白主要表达于卵泡中（颗粒细胞、卵母细胞）。性成熟前期组卵巢SDF-1 mRNA表达量显著高于其他两组，CXCR4 mRNA表达量显著低于其他两组（P＜0.05）；
适龄繁殖期组卵巢的总卵泡数目及初级卵泡数量高于其余两组，次级卵泡数多于性成熟期组（P＜0.01）；
卵母细胞中性成熟期组SDF-1 mRNA表达水平高于性成熟前期组（P＜0.05），卵丘颗粒细胞中适龄繁殖期组SDF-1 mRNA表达水平高于其余两组，性成熟前期组CXCR4 mRNA表达水平低于其余两组（P＜0.05）。这一结果证实：SDF-1及其受体CXCR4可能参与小鼠卵泡发育和性腺成熟过程。

卵巢组织中，SDF-1/CXCR4可参与卵巢早衰的发生发展，是通过作用于卵泡颗粒细胞、卵母细胞，促进卵巢发育，参与排卵调节，这可能与调节卵巢组织炎症反应和细胞凋亡相关，还与原始卵泡激活、卵巢卵泡发育及功能调节有关，但对于SDF-1及其受体CXCR4在卵巢结构和功能发生损伤中的具体作用，仍需进一步深入探索[6-7]。卵泡是卵巢的基本功能单位，包括原始卵泡、窦前卵泡、窦卵泡，可直接影响卵巢排卵、内分泌功能。SDF-1及其受体CXCR4可能是通过调节卵泡卵母细胞、颗粒细胞发育，参与排卵过程，诸如：卵泡黄素化和卵丘的扩展等。同时，SDF-1/CXCR4轴可能促进性腺整体成熟和功能完善。SDF-1及CXCR4在调控性腺成熟的作用主要依赖卵泡卵母细胞和颗粒细胞，基因芯片分析，SDF-1是原始卵泡激活及窦卵泡生长调节的候选基因，还能够增加卵巢卵泡密度，降低活化卵泡比例，CXCR4为原始卵泡激活的候选基因，因此SDF-1/CXCR4对原始卵泡、窦卵泡发育和功能调节，有着重要作用[8]。

2.4SDF-1/CXCR4轴在间充质干细胞治疗卵巢早衰中的作用 不同来源的间充质干细胞，调节蛋白不同，可通过这些调节蛋白参与细胞的种植、迁移，进入各种细胞组织中，分泌各种生物活性分子，参与细胞凋亡、抗炎及组织再生，从而达到治疗的目的。但如何能够有效达到靶器官，是间充质干细胞用于治疗疾病的关键。已有研究证实SDF-1/CXCR4轴是调控干细胞移植归巢的一种主要因素[9]。

间充质干细胞在血液中迁移，可能会伴有炎症或血管损伤，因此间充质干细胞进入损伤部位能力增加，会首先黏附血管内皮，SDF-1能够促进细胞黏附到纤维蛋白原、纤维连接蛋白、间质和内皮细胞中，而CXCR4可识别SDF-1，并结合形成二聚体，同时还可结合细胞表面的异源三聚体G蛋白（Heterotrimeric G proteins，包括Gα、Gβ、Gγ亚基），通过G蛋白受体激酶促进CXCR4羟基端磷酸化，结合β抑制蛋白形成CXCR4-βarrestin复合物，激活细胞内化、钙离子流动、细胞外调节激酶信号[10]。此外，SDF-1还能够减少颗粒细胞早期凋亡，影响排卵相关基因，促进排卵；
且CXCR4在体内大部分组织、器官中都有表达，参与体内多种生理、病理机制，其高表达的间充质干细胞，可增加间充质干细胞迁移及归巢能力。另有研究显示，SDF-1/CXCR4轴可抑制间充质干细胞的凋亡，促进细胞增殖、迁移归巢，同时还可促进间充质干细胞分泌细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），在临床治疗中发挥作用。SDF-1与VEGF在人卵巢卵泡液中的浓度与卵泡直径有关，且其浓度越高，卵母细胞的回收率越高，两者在促进卵泡发育方面具有协同作用。此外，SDF-1与VEGF可促进颗粒细胞产生大量的孕酮，调节早期黄素化，从而协调卵泡发育、促进排卵过程；
而孕酮受体（Progesterone receptor，PGR）拮抗剂的使用可阻断人绒毛膜促性腺激素（human choionic gonadotophin，hCG）诱导的CXCR4表达变化，而CXCR4可通过靶向调节透明质酸合成酶2（hyaluronan synthase 2，HAS2）和肿瘤坏死因子-α诱导蛋白6（tumor necrosis factor-alpha-induced protein 6，TNFAIP6）促进COCs中卵丘的扩展，同时发现抑CXCR4的表达，会发生卵母细胞核成熟障碍[11-13]。

间充质干细胞治疗卵巢早衰已成为临床常用治疗方法，以改善其卵巢功能，进而提高患者生活质量，但对于其具体作用机制仍不清楚。SDF-1/CXCR轴在多种组织中均有表达，涉及多种生物学功能，因此其功能较为多样，一直以来受到广泛关注。在卵巢早衰的治疗中，SDF-1/CXCR轴参与卵巢卵泡发育及排卵过程，对于卵泡发育具有重要的作用[14-16]。而SDF-1/CXCR4轴具有调节干细胞功能的特异作用，为间充质干细胞治疗卵巢早衰提供理论基础，但仅应用动物实验证实，而对于人体的具体情况仍需进一步探讨。