目前,多类型的干细胞已用于口腔组织再生的研究,但受来源受限和取材困难等局限,制约了其进一步研究和发展。因此,寻找一种储备丰富,取材安全无创的干细胞来源很有必要。尿源性干细胞(Urine一derived stem cells,USC's)是从尿液中分离出来并具有干细胞特性的细胞群体,能稳定的表达间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC's)或外周细胞特异性表面标志物,相比于其他MSCs ,USC's独具以下几个优势:1)来源不受个人的年龄,性别,或健康状况(除了那些尿路感染和无尿)的限制;2)细胞的获得简单安全,低成本且无侵入性;3)具有更强的端粒酶活性和细胞增殖性,且不致畸或致肿瘤;})更容易分离纯干细胞,不需要酶消化过程;5)能更高效的分化为内皮细胞和平滑肌细胞万’es。具有无限潜能的USC's已广泛应用于医学领域各学科组织工程的研究,有望为口腔再生医学提供足量、可靠的细胞来源,修复和重建口腔关节、骨、软骨、涎腺等损伤组织器官结构和功能。
1 USCs及其特征
USC's不仅能从正常人尿液中获得,患催各种疾病的患者尿液中也能收集到功能性干细胞万’一几} o USCs具有贴壁性质,呈克隆状生长,不仅能高度表达干细胞标志物,还能稳定表达间充质干细胞特异性表面标志物(CD2},CD29,CD}},CD73,CD90,CD 1r16, SSE八一r1 ) o USC,s来源广泛,可以从人类或其他种类的动物尿液中获得。研究者对其的来源进行了一系列探索"-.`;} , USCs来自上尿路系统,很有可能起源于肾小球的壁细胞或足细胞,但仍存在争议。USC's有丰富的储备量,研究表明万’es在成年人中,每2'1 h可以搜集1001}0个克隆。在细胞组织工程中,膀胧组织再生大约需要1通X10个细胞川。也就是说,泌尿系统组织的重建,只需取两个X00 mI尿液样本(内含20-30个克隆),培养}}5周即可满足组织再生的细胞需求量;USC's具有很强的细胞增殖力和自我更新能力:单个克隆能增殖到267个川,可传代培养15代以上,而且经传代培养后的细胞仍能保持核型的稳定。除以上特征,USC's在相应培养基诱导下可跨3个胚层分化成各种功能性细胞,如内皮细胞、平滑肌细胞、成骨细胞、脂肪细胞和神经细胞等。这些USC's源的细胞无论是形态、表面分子标志物,还是生物学功能,均与机体固有分化细胞表现出高度类似性。
2 USCs在口腔组织工程的应用前景
组织工程化血管再生在口腔组织工程中极其重要。USC's虽不表达内皮细胞标志(CD31 , V W F),但在促血管生长因子的诱导下,可定向分化为内皮细胞l‘、es,增强特异性标志物CD31的表达USC's神经再生的体内外研究万’},也证实USC's经定向诱导可分化为内皮细胞和神经细胞,促进组织再生。USC's的抗炎、抗纤维化作用在组织再生过程同样发挥重要作用。
2. 1血管有效的血运重建是口腔组织再生的基础。Wn等万’s,通过病毒转染的方法使USC's过表达VEGF,诱导其分化为内皮细胞,将USC's源的内皮细胞移植到Matriga!上,经培养后发现在体外这些细胞与机体内皮细胞一样形成了相同的管道状结构。Lin等将USC's与加入血管、神经生长因子的藻酸盐微球混合物经皮下注射到6周的裸鼠体内,移植1周后发现,VEGF可激活内皮细胞和神经细胞存活,增殖和迁移;可见内皮细胞标志物(CD31 , V W F)和神经细胞标志物(S-100, NF)显著增强,新生血管密度、内皮细胞和神经纤维数量明显增多。此外,研究者发现单独注射USC's组中增殖的大部分细胞对人细胞核、内皮细胞标志物呈阳性反应,提示USC's在无生长因子的诱导下也可通过自身分化促进血管再生。该研究团队万”es还采用基因转染的方法,将VEGF 165转染后的USC's注射到裸鼠体内进行研究,结果与之前的数据一致。这些研究结果均显示USC's可通过自身分化或刺激移植部位细胞参与血管再生,促进组织修复。提示USC's可作为口腔组织再生,尤其是目前比较热门的牙髓再生领域新型的种子细胞来源。
2. 2神经USC's在神经方面的研究与血管再生密不可分。I川等万’a,的研究结果显示USC's在成血管、成神经、成肌生长因子的诱导下能有效促进其向内皮细胞、神经细胞和平滑肌细胞分化,在血管及神经再生方面优势明显。(Juan等万’es将USC's播种到水凝胶支架并移植到老鼠大脑,发现USC's能在种植局部存活、迁移并向神经细胞分化。Ghang等万’几es进一步发现通过转录因子可以使USC's直接重组编程为神经细胞,这些重组的细胞表达多个特异性神经元蛋白质并产生动作电位。Wang等万’Les对其机制进行探究,发现其与}I`U }' -信号调节密切相关,但具体机制仍需进一步研究。以上研究表明USC's在局部微环境下可以分化为功能性神经细胞,促进神经再生,从而提示USC's可作为一种细胞来源用于口腔领面部神经再生修复。利用USC's的成血管和成肌作用,有望应用于涎腺、牙周膜以及牙的再生。
2. 3皮肤口腔领面部皮肤缺损及创伤较常见,患者在美观和功能上遭受极大痛苦,皮瓣移植是临床治疗常用方法,然而皮瓣移植常导致患者遭受“二次”痛苦。近年来干细胞疗法成为皮肤再生的研究热点,USC's可运用于皮肤损伤的修复。等7将USC's进行GFP+慢病毒感染标记后,将复合PCI./G'h纳米纤维支架覆盖在面积为2 cm X 2 cm皮肤全层缺损的新西兰大白兔背部创面,同时设覆盖组及纱布对照组,后发现无论是创面收缩率,皮肤结构完整度,创面上皮化程度,还是新生血管密度及新生胶原纤维面积,USCs- PCI./G'工’组均高于PCI./G"工’组和对照组。新生纤维粗大且排列整齐,并可见基本发育完整的皮肤附件即新生致密毛囊。外分泌体(Exosomc)是HUSCs中重要的一种旁分泌因子,具有促进血管再生,加速伤口愈合的作用。Yuan等万’‘es将H USC' - I-: xo、移植到老鼠全厚皮肤缺损区,发现HUSC'- I-:xo、可促进缺损区细胞再上皮化和血管再生,从而提高移植效率,加速伤口愈合,并可减少移植区愈合瘫痕形成。另外,研究者发现外分泌体浓度与血管形成数量和伤口愈合率成正比,提示USC's可通过旁分泌作用促进皮肤再生。而最新研究训表明USC's可成为大疤性表皮松懈症(Epidcrmolysis bullosa ,EB)患者自体间充质干细胞的一种新型来源,用于皮肤再生的基因疗法。并提出USC's在相应培养基诱导下可转移分化为类角质细胞,用于I-:Y患者皮肤移植工程的假设。USC's在皮肤再生的研究成果提示USC's有用于口腔领面部皮肤缺损和唇裂修复的可能性。
2. 骨和软骨USC's有骨和软骨再生修复的潜能。Yharadwaj等州将YMP-2和BMP-9基因转入USC's,诱导分化为骨和软骨细胞后移植至裸鼠皮下,发现可形成大量成熟的骨基质和骨细胞。(Juan等万’‘es将USC's诱导分化为成骨细胞,联合hCP支架材料移植至老鼠股骨缺损的模型上,6周后进行免疫染色和组织学分析,结果显示USC's转染率超过9000,转染后的USC's高表达成骨细胞标志物CRunx2和骨钙素),而且在骨缺损区可见新骨形成。同年,该研究团队,门首先将硅酸盐钙与乙酸甘醇酸混合形成P LC'S复合支架,然后将USC's植入PL(}八/cs支架移植到小鼠体内。结果显示C' S离子液极大提高了USC's的细胞增殖能力、八活性、钙沉积、成骨基因和蛋白的表达;复合支架明显增强USC's体内成骨作用。此外,该研究发现一种W nt/俘- catcnm通路抑制剂一小豆栽明,可降低C'S离子液对USC's的成骨作用,提示C' S离子液对USC's的成骨作用受W nt邝一catcmn信号通路调控。综上所述,USC's通过转染或结合支架的方法可用于骨缺损的再生修复,有作为口腔领骨组织再生种子细胞的可能性。