尿源性干細胞是從尿液中分離得到的具有間充質干細胞強大增殖能力、多向分化特點的一類細胞。尿源性干細胞來源于腎臟，表達間充質干細胞特異性抗原；已有實驗研究表明其能分化為脂肪細胞、軟骨細胞、骨細胞、神經細胞等多種細胞，并具有促進組織修復的作用。現就尿源性干細胞研究進展作一綜述。
引用本文： 官清, 陳龍, 項舟. 尿源性干細胞研究進展. 華西醫學, 2018, 33(8): 1033-1036. doi: 10.7507/1002-0179.201609046 復制
干細胞研究是細胞治療、再生醫學、組織工程技術等研究的重要內容[1]。胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞、造血干細胞、脂肪干細胞、毛囊干細胞等都是研究的重要對象[2-6]。上述干細胞存在著來源有限、有創操作、費用較高等不足。近幾年，尿源性干細胞因其來源廣、無創傷、花費小等特點，受到研究者越來越多的關注[7-12]。尿源性干細胞目前是組織工程研究中的熱點，國內外研究者陸續發表了一些最新的研究成果，本文著重對目前研究進展作一綜述。一些研究者利用尿液中細胞如上皮細胞，轉化為誘導多能干細胞，從而使其具有了干細胞樣多向分化的潛能，可以分化為心肌細胞、肺泡上皮細胞、肝細胞等[13-16]；尿源性細胞誘導而成的多能干細胞不作為本篇綜述的對象。
1 發現及起源
Zhang 等[17]于 2008 年報道對無菌尿液中分離出的細胞進行培養，主要發現 3 類細胞：已分化細胞，正在分化細胞，未分化細胞（祖細胞）。他們發現 100 mL 尿液中平均分離出 2～7 個祖細胞，具有強大的增殖能力；這些被作者稱之為尿源性祖細胞的細胞即是后來文獻報道中的尿源性干細胞。
有研究者發現，腎臟中腎小管、腎小球中的祖細胞/干細胞具有強大的再生增殖能力，對于腎臟細胞損傷具有重要的再生修復作用[17-21]。腎臟中的祖細胞/干細胞表達特定的表面標志物及蛋白標志物，與尿源性干細胞的表面標志物和蛋白標志物類似，而這些標志物未見于輸尿管和膀胱上皮及平滑肌細胞，故此推斷尿源性干細胞來源于腎臟的可能性很大。
一些研究者研究了尿源性干細胞的可能起源，均支持其來源于腎臟及上尿路的結論[22-24]。
2 培養和鑒定
收集清潔尿液后，進行離心分離；將細胞懸粒培養于無血清角質細胞培養基和胚胎成纖維細胞培養基的混合培養基中；定期更換培養液；培養出的附壁細胞即為尿源性干細胞[17, 22-24]。本文作者之一的陳龍等利用類似方法成功培養出人尿源性干細胞。Guan 等[25]使用添加了胎牛血清、人表皮生長因子、血小板源性生長因子、β 轉化生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等多種因子的 Dulbecco 改良 Eagle 培養基培養清潔尿液離心后的細胞懸粒，成功培養和增殖了尿源性干細胞。
對于尿源性干細胞的鑒定，包括細胞形態、增殖曲線、細胞表面抗原、核型、RNA、端粒酶活性、分化潛能等多個方面的內容。常運用到的技術包括流式細胞分析、實時聚合酶鏈反應、免疫熒光分析、酶聯免疫吸附試驗、蛋白質印跡法、透射電鏡等[17, 22-26]。
3 生物學特點
尿源性干細胞呈現出米粒樣外觀，細胞生長呈現出典型的 S 型生長曲線；上尿路尿液來源干細胞的增殖能力強于終末尿來源干細胞[22, 24-25]。細胞增殖期間，核型檢測顯示尿源性干細胞染色體穩定，沒有出現變異及重組現象[17, 24-25]。尿源性干細胞具有較長的端粒，在細胞增殖過程中端粒保持穩定[19]；進行體內實驗時，尿源性干細胞沒有分化形成畸胎瘤[17, 23]。年齡和尿液保存時間可能對尿源性干細胞的活力及增殖潛力有影響[17, 26]。
尿源性干細胞表達間充質干細胞/祖細胞具有的 SSEA4、CD29、CD44、CD54、CD73、CD90、CD105、CD117、CD133、CD146、CD166、STRO-1 等細胞表面標志物；不表達血液源性和內皮細胞源性干細胞常表達的 CD11b、CD14、CD19、CD31、CD34、CD45、主要組織相容性復合體-Ⅱ、人類白細胞抗原-DR 等標志物[17, 22]。
Kang 等[27]發現尿源性干細胞相較于脂肪干細胞有更高的細胞增殖能力、更高的干細胞標志物表達和更高的免疫細胞抑制效率。尿源性干細胞具有更高的成肌、成神經和成內皮細胞分化率，更低的成骨、成軟骨、成脂肪分化率。
尿源性干細胞具有多向分化的潛能，已在多個試驗中得到證實。尿源性干細胞被認為來源于泌尿系統，故常用于進行泌尿系統相關細胞的分化培養；一些研究者利用尿源性干細胞成功分化出尿路上皮細胞、平滑肌細胞[22-24, 26, 28]。分化出的平滑肌細胞表達結蛋白、肌球蛋白、鈣調蛋白、平滑肌蛋白、抗平滑肌抗體等蛋白標志物，并且表現出收縮功能；而分化出的上皮細胞表達 Up-Ⅰa、Up-Ⅲ、細胞角蛋白 7、細胞角蛋白 13 等標志物，細胞之間形成緊密連接。隨著研究的深入，進一步分化出了骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、神經細胞、內皮細胞、骨骼肌細胞[22, 25, 29-31]。
生物支架是尿源性干細胞研究的重要組成部分，其在細胞生長、分化、生物學效應等方面有重要作用。目前報道的生物支架主要包括去細胞 3D 多孔小腸黏膜下層支架、細菌纖維素支架、β-磷酸三鈣支架、硅酸鹽生物陶瓷與聚乳酸-羥基乙酸共聚物復合物支架、聚已內酯和明膠納米復合膜支架等[28-29, 32-34]。
4 尿源性干細胞專科研究進展
4.1 骨科研究進展
目前尿源性干細胞在骨科的研究主要集中于成骨、成軟骨、成骨骼肌細胞分化和動物體內實驗。有研究表明，特定基因、化學因子和細胞支架具有輔助尿源性干細胞成骨的作用[22, 29-31, 34]。
表達骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）基因 BMP2 和 BMP9 的腺病毒轉染尿源性干細胞后，在小鼠體內分化出骨及軟骨組織[22]。將慢病毒載體編碼的 BMP2 轉導入尿源性干細胞后，轉導后的尿源性干細胞高表達 BMP2 并且合成分泌 BMP2 蛋白，不需要額外添加成骨培養液，尿源性干細胞即可分化成骨；鼠體內實驗顯示移植干細胞 6 周后出現大量的新骨形成[31]。Qin 等[30]發現納米銀顆粒可以刺激尿源性干細胞向骨細胞分化；為避免銀粒子細胞毒性，最大安全濃度是 4μg/mL。同期對照的硝酸銀溶液并沒有刺激尿源性干細胞向骨細胞分化的作用。另外，β-磷酸三鈣支架、硅酸鹽生物陶瓷與聚乳酸-羥基乙酸共聚物復合物支架均具有輔助尿源性干細胞成骨的作用[29, 34]。
成骨骼肌分化在體內和體外實驗均取得了成功。Liu 等[35]利用含有 6 種生長因子（血管內皮生長因子、胰島素樣生長因子、成纖維細胞生長因子、血小板衍生生長因子、重組人肝細胞生長因子、神經生長因子）的海藻酸鈉微球進行尿源性干細胞體外和動物實驗，證實可分化為骨骼肌細胞、內皮細胞、血管形成及神經細胞。Chen 等[36]利用骨骼肌培養基誘導分化培養尿源性干細胞，體外和體內實驗均顯示尿源性干細胞可向骨骼肌細胞分化，并表達相關細胞標志物（生肌決定因子、肌肉轉錄調節因子、肌球蛋白、結蛋白。
4.2 泌尿外科進展
尿源性干細胞運用于泌尿外科，主要用于修復重建由于創傷、感染、腫瘤、畸形等原因引起的泌尿道解剖損傷和功能障礙，如應用于膀胱重建、陰莖勃起功能障礙治療等[32, 37-38, 40-41]。
尿源性干細胞分化成的平滑肌細胞和尿道上皮細胞，分別具有收縮功能和細胞間緊密連接，這是其作為修復尿道材料的重要條件[24, 28]。
4.3 神經科和皮膚科進展
尿源性干細胞能分化為神經細胞已在多個研究中證實[22, 25-35]。Guan 等[25]將尿源性干細胞種植于水凝膠支架上，移植于鼠腦的受損部位；3 周后檢測到受損部位由尿源性干細胞分化而來的神經類似細胞，同時在大腦移植尿源性干細胞部位以外的地方檢測到分化的干細胞，從而證實其具有遷移能力。
Fu 等[33]將尿源性干細胞種植于聚已內酯和明膠納米復合膜上，用于全層皮膚缺損的兔皮膚的修復，取得良好的效果。
5 存在的難題及將來的方向
尿源性干細胞研究的最終目的是應用于患者的疾病治療；目前還沒有人體治療試驗的報道。提高干細胞治療效率需要解決血管形成以利于移植細胞存活、誘導神經再生以利于功能恢復；有功能的血管和神經再生是目前面臨的難題之一；有學者提出對于器官神經的再生，刺激周圍神經長入可能比誘導干細胞分化為神經細胞更有可行性[39]。另外，尋找到更好的生物支架將有助于尿源性干細胞的實驗研究及臨床應用。
對于骨科來講，有效治療骨關節炎是一個難題。已有少量報道運用間充質干細胞治療骨關節炎，取得良好的效果[42-44]。目前還沒有運用尿源性干細胞治療骨關節炎及軟骨疾患的報道，將來可加強這方面的研究。
6 結語
尿源性干細胞具有來源廣、采集無創傷、分離培養花費小的特點，具有良好的多向分化潛能。目前的研究顯示其在骨科、泌尿科、神經科等多個專科具有廣闊的應用潛力。今后需要更多的研究來實現其臨床應用的目的。
干細胞研究是細胞治療、再生醫學、組織工程技術等研究的重要內容[1]。胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞、造血干細胞、脂肪干細胞、毛囊干細胞等都是研究的重要對象[2-6]。上述干細胞存在著來源有限、有創操作、費用較高等不足。近幾年，尿源性干細胞因其來源廣、無創傷、花費小等特點，受到研究者越來越多的關注[7-12]。尿源性干細胞目前是組織工程研究中的熱點，國內外研究者陸續發表了一些最新的研究成果，本文著重對目前研究進展作一綜述。一些研究者利用尿液中細胞如上皮細胞，轉化為誘導多能干細胞，從而使其具有了干細胞樣多向分化的潛能，可以分化為心肌細胞、肺泡上皮細胞、肝細胞等[13-16]；尿源性細胞誘導而成的多能干細胞不作為本篇綜述的對象。
1 發現及起源
Zhang 等[17]于 2008 年報道對無菌尿液中分離出的細胞進行培養，主要發現 3 類細胞：已分化細胞，正在分化細胞，未分化細胞（祖細胞）。他們發現 100 mL 尿液中平均分離出 2～7 個祖細胞，具有強大的增殖能力；這些被作者稱之為尿源性祖細胞的細胞即是后來文獻報道中的尿源性干細胞。
有研究者發現，腎臟中腎小管、腎小球中的祖細胞/干細胞具有強大的再生增殖能力，對于腎臟細胞損傷具有重要的再生修復作用[17-21]。腎臟中的祖細胞/干細胞表達特定的表面標志物及蛋白標志物，與尿源性干細胞的表面標志物和蛋白標志物類似，而這些標志物未見于輸尿管和膀胱上皮及平滑肌細胞，故此推斷尿源性干細胞來源于腎臟的可能性很大。
一些研究者研究了尿源性干細胞的可能起源，均支持其來源于腎臟及上尿路的結論[22-24]。
2 培養和鑒定
收集清潔尿液后，進行離心分離；將細胞懸粒培養于無血清角質細胞培養基和胚胎成纖維細胞培養基的混合培養基中；定期更換培養液；培養出的附壁細胞即為尿源性干細胞[17, 22-24]。本文作者之一的陳龍等利用類似方法成功培養出人尿源性干細胞。Guan 等[25]使用添加了胎牛血清、人表皮生長因子、血小板源性生長因子、β 轉化生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等多種因子的 Dulbecco 改良 Eagle 培養基培養清潔尿液離心后的細胞懸粒，成功培養和增殖了尿源性干細胞。
對于尿源性干細胞的鑒定，包括細胞形態、增殖曲線、細胞表面抗原、核型、RNA、端粒酶活性、分化潛能等多個方面的內容。常運用到的技術包括流式細胞分析、實時聚合酶鏈反應、免疫熒光分析、酶聯免疫吸附試驗、蛋白質印跡法、透射電鏡等[17, 22-26]。
3 生物學特點
尿源性干細胞呈現出米粒樣外觀，細胞生長呈現出典型的 S 型生長曲線；上尿路尿液來源干細胞的增殖能力強于終末尿來源干細胞[22, 24-25]。細胞增殖期間，核型檢測顯示尿源性干細胞染色體穩定，沒有出現變異及重組現象[17, 24-25]。尿源性干細胞具有較長的端粒，在細胞增殖過程中端粒保持穩定[19]；進行體內實驗時，尿源性干細胞沒有分化形成畸胎瘤[17, 23]。年齡和尿液保存時間可能對尿源性干細胞的活力及增殖潛力有影響[17, 26]。
尿源性干細胞表達間充質干細胞/祖細胞具有的 SSEA4、CD29、CD44、CD54、CD73、CD90、CD105、CD117、CD133、CD146、CD166、STRO-1 等細胞表面標志物；不表達血液源性和內皮細胞源性干細胞常表達的 CD11b、CD14、CD19、CD31、CD34、CD45、主要組織相容性復合體-Ⅱ、人類白細胞抗原-DR 等標志物[17, 22]。
Kang 等[27]發現尿源性干細胞相較于脂肪干細胞有更高的細胞增殖能力、更高的干細胞標志物表達和更高的免疫細胞抑制效率。尿源性干細胞具有更高的成肌、成神經和成內皮細胞分化率，更低的成骨、成軟骨、成脂肪分化率。
尿源性干細胞具有多向分化的潛能，已在多個試驗中得到證實。尿源性干細胞被認為來源于泌尿系統，故常用于進行泌尿系統相關細胞的分化培養；一些研究者利用尿源性干細胞成功分化出尿路上皮細胞、平滑肌細胞[22-24, 26, 28]。分化出的平滑肌細胞表達結蛋白、肌球蛋白、鈣調蛋白、平滑肌蛋白、抗平滑肌抗體等蛋白標志物，并且表現出收縮功能；而分化出的上皮細胞表達 Up-Ⅰa、Up-Ⅲ、細胞角蛋白 7、細胞角蛋白 13 等標志物，細胞之間形成緊密連接。隨著研究的深入，進一步分化出了骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、神經細胞、內皮細胞、骨骼肌細胞[22, 25, 29-31]。
生物支架是尿源性干細胞研究的重要組成部分，其在細胞生長、分化、生物學效應等方面有重要作用。目前報道的生物支架主要包括去細胞 3D 多孔小腸黏膜下層支架、細菌纖維素支架、β-磷酸三鈣支架、硅酸鹽生物陶瓷與聚乳酸-羥基乙酸共聚物復合物支架、聚已內酯和明膠納米復合膜支架等[28-29, 32-34]。
4 尿源性干細胞專科研究進展
4.1 骨科研究進展
目前尿源性干細胞在骨科的研究主要集中于成骨、成軟骨、成骨骼肌細胞分化和動物體內實驗。有研究表明，特定基因、化學因子和細胞支架具有輔助尿源性干細胞成骨的作用[22, 29-31, 34]。
表達骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）基因 BMP2 和 BMP9 的腺病毒轉染尿源性干細胞后，在小鼠體內分化出骨及軟骨組織[22]。將慢病毒載體編碼的 BMP2 轉導入尿源性干細胞后，轉導后的尿源性干細胞高表達 BMP2 并且合成分泌 BMP2 蛋白，不需要額外添加成骨培養液，尿源性干細胞即可分化成骨；鼠體內實驗顯示移植干細胞 6 周后出現大量的新骨形成[31]。Qin 等[30]發現納米銀顆粒可以刺激尿源性干細胞向骨細胞分化；為避免銀粒子細胞毒性，最大安全濃度是 4μg/mL。同期對照的硝酸銀溶液并沒有刺激尿源性干細胞向骨細胞分化的作用。另外，β-磷酸三鈣支架、硅酸鹽生物陶瓷與聚乳酸-羥基乙酸共聚物復合物支架均具有輔助尿源性干細胞成骨的作用[29, 34]。
成骨骼肌分化在體內和體外實驗均取得了成功。Liu 等[35]利用含有 6 種生長因子（血管內皮生長因子、胰島素樣生長因子、成纖維細胞生長因子、血小板衍生生長因子、重組人肝細胞生長因子、神經生長因子）的海藻酸鈉微球進行尿源性干細胞體外和動物實驗，證實可分化為骨骼肌細胞、內皮細胞、血管形成及神經細胞。Chen 等[36]利用骨骼肌培養基誘導分化培養尿源性干細胞，體外和體內實驗均顯示尿源性干細胞可向骨骼肌細胞分化，并表達相關細胞標志物（生肌決定因子、肌肉轉錄調節因子、肌球蛋白、結蛋白。
4.2 泌尿外科進展
尿源性干細胞運用于泌尿外科，主要用于修復重建由于創傷、感染、腫瘤、畸形等原因引起的泌尿道解剖損傷和功能障礙，如應用于膀胱重建、陰莖勃起功能障礙治療等[32, 37-38, 40-41]。
尿源性干細胞分化成的平滑肌細胞和尿道上皮細胞，分別具有收縮功能和細胞間緊密連接，這是其作為修復尿道材料的重要條件[24, 28]。
4.3 神經科和皮膚科進展
尿源性干細胞能分化為神經細胞已在多個研究中證實[22, 25-35]。Guan 等[25]將尿源性干細胞種植于水凝膠支架上，移植于鼠腦的受損部位；3 周后檢測到受損部位由尿源性干細胞分化而來的神經類似細胞，同時在大腦移植尿源性干細胞部位以外的地方檢測到分化的干細胞，從而證實其具有遷移能力。
Fu 等[33]將尿源性干細胞種植于聚已內酯和明膠納米復合膜上，用于全層皮膚缺損的兔皮膚的修復，取得良好的效果。
5 存在的難題及將來的方向
尿源性干細胞研究的最終目的是應用于患者的疾病治療；目前還沒有人體治療試驗的報道。提高干細胞治療效率需要解決血管形成以利于移植細胞存活、誘導神經再生以利于功能恢復；有功能的血管和神經再生是目前面臨的難題之一；有學者提出對于器官神經的再生，刺激周圍神經長入可能比誘導干細胞分化為神經細胞更有可行性[39]。另外，尋找到更好的生物支架將有助于尿源性干細胞的實驗研究及臨床應用。
對于骨科來講，有效治療骨關節炎是一個難題。已有少量報道運用間充質干細胞治療骨關節炎，取得良好的效果[42-44]。目前還沒有運用尿源性干細胞治療骨關節炎及軟骨疾患的報道，將來可加強這方面的研究。
6 結語
尿源性干細胞具有來源廣、采集無創傷、分離培養花費小的特點，具有良好的多向分化潛能。目前的研究顯示其在骨科、泌尿科、神經科等多個專科具有廣闊的應用潛力。今后需要更多的研究來實現其臨床應用的目的。