夏力哈爾·阿勒塔依，喬炳璋，拜合提亞爾·阿合買提江，凱賽爾·阿吉，木拉提·熱夏提

(新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿中心，新疆 830011)

毛囊干細(xì)胞(hair follicle stem cells，HFSC)是一種生長于毛囊并具有慢周期性和高度分化特性的細(xì)胞，可分裂增殖產(chǎn)生人體所需的各種細(xì)胞，當(dāng)機體細(xì)胞因各種原因損傷而缺失時，它可分化補充缺失的細(xì)胞。如今，HFSC在泌尿、皮膚、胃腸道等領(lǐng)域的研究取得了不錯的進展，可被誘導(dǎo)分化為所需的目的細(xì)胞，用來修復(fù)泌尿道、皮膚、胃腸道等的損傷性疾病。

1 HFSC的特征及分化能力

1.1 毛囊毛囊是由圍繞發(fā)根的囊狀組織形成的凹陷皮膚,是皮膚的微小附件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其形態(tài)變化、再生和生長周期都由上皮和真皮之間的相互作用產(chǎn)生,毛囊和相鄰的皮脂腺、汗腺和毛狀體構(gòu)成了毛囊皮脂腺單元,其中包含上皮和真皮結(jié)構(gòu)、內(nèi)根鞘、外根鞘和毛發(fā)基質(zhì)為上皮結(jié)構(gòu)，真皮結(jié)構(gòu)包括真皮乳頭和真皮鞘[1]。

1.2 HFSC的生長位置HFSC的生長位置一直是研究者討論的熱點。1990年，CATSARELIS等[2]使用[3H]-T標(biāo)記法發(fā)現(xiàn)，在小鼠皮膚，睫毛和觸角的毛囊隆突區(qū)域發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞，而在其他部位均未發(fā)現(xiàn)，說明HFSC的生長位置為毛囊的隆突部位。但是，不同物種不同部位的HFSC生長位置也不盡相同，如在手和腳，HFSC存在于表皮脊的頂部以及附著在直立毛發(fā)上的毛囊隆起區(qū)域[3]。

1.3 HFSC的鑒別通常使用CD34分子、整合素、角蛋白等表面標(biāo)記物來鑒別HFSC，這些標(biāo)志物存在于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核。TREMPUS等[4]首次發(fā)現(xiàn)CD34分子可用作小鼠HFSC的特定表面標(biāo)記。整合素-α6可出現(xiàn)在外根鞘的隆突上部,也可出現(xiàn)在毛囊基底膜中，整合素家族一般和其他標(biāo)記物共同來鑒別HFSC。角蛋白包括：K4、K14、K15、K19等。CHEN等[5]實驗研究發(fā)現(xiàn)皮膚鱗狀細(xì)胞癌中K19出現(xiàn)高表達(dá)，這表明K19可作為HFSC的標(biāo)志物，并且用于皮膚癌的臨床診斷

1.4 HFSC的分化能力及其在臨床上的應(yīng)用HONG等[6]為測試HFSC是否可以分化為平滑肌細(xì)胞，將其放入誘導(dǎo)液中進行誘導(dǎo)培養(yǎng)，結(jié)果大部分HFSC被誘導(dǎo)為具有平滑肌特征的細(xì)胞，并可檢測到平滑肌細(xì)胞表面標(biāo)記物CNN3和DE。這一研究結(jié)果可為修復(fù)膀胱缺損的組織工程膀胱帶來種子細(xì)胞。在今后的研究中可以將HFSC誘導(dǎo)分化為膀胱尿路上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，植入體內(nèi)，觀察是否能對缺損性膀胱進行修復(fù)。

隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，HFSC的分化能力超乎想象，它不僅能分化為平滑肌細(xì)胞，在特殊處理下還能夠分化為其他各類成體干細(xì)胞。臨床上也開始運用HFSC來治療相關(guān)疾病。ALAM等[7]將HFSC移植到不同的2種愈合困難的潰瘍創(chuàng)面皮膚中，2周后發(fā)現(xiàn)創(chuàng)面周圍長出了新的皮膚，創(chuàng)面出現(xiàn)了愈合，并被治愈。美國學(xué)者將HFSC分化為黑素細(xì)胞，將黑素細(xì)胞注入患者體內(nèi)，實現(xiàn)人工皮膚的替代物，治愈了皮膚色素缺失的患者。雖然HFSC被成功分化為神經(jīng)細(xì)胞、肝細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等，但除了治愈皮膚病之外，目前還未有關(guān)于治愈其他器官功能性疾病的臨床案例。

1.5 HFSC的基因調(diào)控HFSC的基因調(diào)控過程相當(dāng)復(fù)雜，目前所知參與HFSC最主要的基因信號通路包括Wnt/β-連環(huán)蛋白、BMP、Shh及Notch等[8]。Wnt信號通路一般處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)微環(huán)境改變，如發(fā)生皮膚損傷時，Wnt基因表達(dá)的新Wnt蛋白激活隆突處的HFSC以修復(fù)損傷，在皮膚的重度燒傷和深度潰瘍時表現(xiàn)尤為明顯[9]。Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路是毛發(fā)再生的主要途徑，在毛發(fā)再生中首先被激活[10]。Wnt10b的過表達(dá)可將毛囊從靜止階段加速到頭發(fā)生長階段[11]。實驗證明，Wnt/β-連環(huán)蛋白信號是毛發(fā)生長的誘導(dǎo)因子[12]。Wnt和β-連環(huán)蛋白在毛發(fā)的生長過程中會有相互作用，缺失β-連環(huán)蛋白可選擇性的抑制Wnt信號通絡(luò)。近年來研究者發(fā)現(xiàn)一種啟動子TPA(12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetate)，可影響毛發(fā)的周期性生長[13]。TPA可通過激活Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路來促進毛發(fā)的再生。抑制Wnt信號通路時，HFSC能夠分化為皮脂腺細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞[14]。有報道稱，Wnt5a可抑制β-連環(huán)蛋白信號的激活[15]。BMP信號能夠調(diào)節(jié)發(fā)干和內(nèi)發(fā)根鞘的終末分化，也可以維持干細(xì)胞的慢循環(huán)特征。BMP信號主要是控制毛囊上部的干細(xì)胞。Shh是HFSC的第2信號通路，當(dāng)毛囊向下生長時，Shh離開隆突部，標(biāo)志著干細(xì)胞進入休眠狀態(tài)。Notch是調(diào)節(jié)HFSC的重要信號分子，細(xì)胞通過Notch促進受體與其配體結(jié)合，并根據(jù)微環(huán)境信號的變化調(diào)節(jié)Notch信號，實現(xiàn)干細(xì)胞的增殖分化[16]。從HFSC基因調(diào)控中我們得知，HFSC的分化是由其基因的調(diào)控所決定，由于HFSC基因調(diào)控的過程相當(dāng)復(fù)雜。筆者認(rèn)為在今后的研究中加大和深入對基因調(diào)控的認(rèn)識，對信號通路進行實驗性的干擾，使HFSC能夠迅速生長和精準(zhǔn)分化，為將來膀胱組織工程的發(fā)展帶來希望。

2 HFSC與膀胱損傷的修復(fù)

2.1 膀胱的解剖結(jié)構(gòu)和組織學(xué)特征膀胱是一個構(gòu)造復(fù)雜的中空器官，它由尿路上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞以及一些血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等組成，它們之間相互作用為膀胱提供了正常的功能。膀胱壁固有層由在其上布滿的血管和神經(jīng)支配，功能性膀胱由3個提供協(xié)調(diào)排尿的平滑肌層組成。膀胱被一層結(jié)締組織外膜覆蓋，便于保護膀胱壁、血管和神經(jīng)。膀胱獨特的解剖結(jié)構(gòu)對組織工程膀胱提出了較高的要求，例如：①組織工程膀胱應(yīng)具有泌尿?qū)W動力系統(tǒng)；②植入后的膀胱要有足夠的血管前狀態(tài)或擴散血管的能力，以避免移植物的壞死；③移植物要有神經(jīng)支配，具有產(chǎn)生和接收信號傳導(dǎo)的能力等[17]。

2.2 組織工程學(xué)之外膀胱修復(fù)重建的材料與方式目前，終末期膀胱疾病的治療金標(biāo)準(zhǔn)是小腸膀胱成形術(shù)，這是一種利用腸道組織擴大膀胱的外科手術(shù)，盡管腸膀胱成形術(shù)提供了功能上的改善，但仍然會產(chǎn)生不同的并發(fā)癥，如反復(fù)的尿路感染、代謝異常、結(jié)石形成和惡性腫瘤等[18]。

早期研究中，有研究人員使用類似膀胱形態(tài)的塑料模具作為膀胱重建的替代品，這些新膀胱主要由纖維組織組成，無有功能性的組織再生，可導(dǎo)致各種并發(fā)癥發(fā)生[19-20]。TSUJI等[21]用明膠海綿對膀胱缺損患者進行了膀胱重建,給組織提供了更舒適的生長微環(huán)境，移植后膀胱容量有改善，但后期出現(xiàn)了嚴(yán)重的尿失禁。人類膀胱擴大術(shù)的部分成功報道是使用甲醛保存的狗膀胱作為患者次全或根治性膀胱切除術(shù)后組織生長的臨時支架，假性膀胱雖然構(gòu)建時間相對較短內(nèi)，但隨著時間的推移容量逐漸減少，患者會經(jīng)常出現(xiàn)尿失禁、膀胱輸尿管返流等癥狀[22]。

2.3 組織工程技術(shù)用于膀胱修復(fù)重建膀胱修復(fù)重建是泌尿外科醫(yī)生面臨的一大挑戰(zhàn)。組織工程技術(shù)的發(fā)展是膀胱修復(fù)重建的全系治療選擇，動物實驗和臨床應(yīng)用結(jié)果較好。使用脫細(xì)胞支架和細(xì)胞支架是組織工程進行組織或器官再生的主要方法。脫細(xì)胞支架包括天然或合成的生物材料，能夠為患者自身細(xì)胞的生長提供支持，刺激體內(nèi)自發(fā)生成細(xì)胞。細(xì)胞支架方法涉及生物材料和患者的自體細(xì)胞，需在體外創(chuàng)造新組織，并將其重新植入患者體內(nèi)，完成體內(nèi)的再生過程。

目前，在動物模型中已經(jīng)使用了許多類型的干細(xì)胞和成體細(xì)胞來修復(fù)或再生組織，干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、羊水干細(xì)胞等[23]。但是這些干細(xì)胞取材不易，并且牽扯到倫理問題，故受到了許多的應(yīng)用限制。成體細(xì)胞包括膀胱平滑肌細(xì)胞、膀胱尿路細(xì)胞、陰莖包皮表皮細(xì)胞、口腔角質(zhì)細(xì)胞等，但這些成熟的體細(xì)胞體外擴增能力差、培養(yǎng)時間長，在運用上受到了限制[24]。

2.4 HFSC用于膀胱修復(fù)重建研究表明，HFSC容易獲得，具有高附加值和多能性，是再生醫(yī)學(xué)中最好的干細(xì)胞來源之一。許多研究也證實了HFSC在膀胱再生中的作用[25]。HFSC可以分化成一系列的細(xì)胞類型，具有持續(xù)自我更新的特性，以取代正在經(jīng)歷凋亡的老化細(xì)胞[26-27]。故將HFSC用于臨床治療膀胱損傷性疾病成為可能。

運用HFSC修復(fù)膀胱缺損的機制是把從體內(nèi)獲得的組織通過特殊的酶處理后，將種子細(xì)胞分離并進行體外培養(yǎng)擴增，再使擴增的細(xì)胞與生物支架材料按一定比例融合，使細(xì)胞能夠很好的粘附在生物材料上，形成細(xì)胞-材料復(fù)合體，然后將復(fù)合物植入體內(nèi)組織或器官的受損部位，體內(nèi)的生物材料會逐漸降解和吸收，植入的細(xì)胞繼續(xù)在體內(nèi)增殖，最終形成相應(yīng)的組織或器官[28-29]。這些支架材料可以是天然的，也可以是合成的，支架植入體內(nèi)后可激發(fā)機體的自我修復(fù)能力，而且能夠引導(dǎo)生成新組織的生長位置。

近年來，膀胱脫細(xì)胞基質(zhì)在各種實驗中顯示出了其優(yōu)于其他生物材料的特性，成為一種理想的生物支架材料[30-31]。接種細(xì)胞的同種異體脫細(xì)胞膀胱基質(zhì)已用于狗的膀胱擴大，再生的膀胱組織中含有尿道上皮組織和平滑肌細(xì)胞等正常的組織或細(xì)胞，具有良好的相容性[32]。研究發(fā)現(xiàn)裝入細(xì)胞的支架要比未裝入細(xì)胞的支架組織再生能力更強，隨著研究的持續(xù)深入，這些基質(zhì)可能在膀胱替代方面有重要的臨床作用價值。

3 總 結(jié)

在過去的20年里，從簡單的細(xì)胞、生物材料到更復(fù)雜的方法，膀胱組織工程領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化，盡管研究者仍在不斷進行研究，但膀胱功能的改善尚未實現(xiàn)。雖然HFSC有助于緩解許多組織工程的限制，但由于缺乏對其生物學(xué)特點的進一步認(rèn)識，使得它們在該領(lǐng)域的應(yīng)用受到了不同程度地限制。膀胱組織工程需要多學(xué)科方法相互配合才能取得成功。膀胱復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)需要一個多因素的微環(huán)境，使得有必要進行更多的研究。雖然HFSC給診療膀胱損傷性疾病帶來種子細(xì)胞與理論基礎(chǔ)，但是臨床診療效果還需進一步探究。筆者希望在今后的研究中能夠進一步理清HFSC的各種特性以及調(diào)控機制，為今后臨床一線的診療提供堅實的理論依據(jù)。