尿源性干细胞是从尿液中分离得到的具有间充质干细胞强大增殖能力、多向分化特点的一类细胞。尿源性干细胞来源于肾脏，表达间充质干细胞特异性抗原；已有实验研究表明其能分化为脂肪细胞、软骨细胞、骨细胞、神经细胞等多种细胞，并具有促进组织修复的作用。现就尿源性干细胞研究进展作一综述。
引用本文： 官清, 陈龙, 项舟. 尿源性干细胞研究进展. 华西医学, 2018, 33(8): 1033-1036. doi: 10.7507/1002-0179.201609046 复制
干细胞研究是细胞治疗、再生医学、组织工程技术等研究的重要内容[1]。胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、毛囊干细胞等都是研究的重要对象[2-6]。上述干细胞存在着来源有限、有创操作、费用较高等不足。近几年，尿源性干细胞因其来源广、无创伤、花费小等特点，受到研究者越来越多的关注[7-12]。尿源性干细胞目前是组织工程研究中的热点，国内外研究者陆续发表了一些最新的研究成果，本文着重对目前研究进展作一综述。一些研究者利用尿液中细胞如上皮细胞，转化为诱导多能干细胞，从而使其具有了干细胞样多向分化的潜能，可以分化为心肌细胞、肺泡上皮细胞、肝细胞等[13-16]；尿源性细胞诱导而成的多能干细胞不作为本篇综述的对象。
1 发现及起源
Zhang 等[17]于 2008 年报道对无菌尿液中分离出的细胞进行培养，主要发现 3 类细胞：已分化细胞，正在分化细胞，未分化细胞（祖细胞）。他们发现 100 mL 尿液中平均分离出 2～7 个祖细胞，具有强大的增殖能力；这些被作者称之为尿源性祖细胞的细胞即是后来文献报道中的尿源性干细胞。
有研究者发现，肾脏中肾小管、肾小球中的祖细胞/干细胞具有强大的再生增殖能力，对于肾脏细胞损伤具有重要的再生修复作用[17-21]。肾脏中的祖细胞/干细胞表达特定的表面标志物及蛋白标志物，与尿源性干细胞的表面标志物和蛋白标志物类似，而这些标志物未见于输尿管和膀胱上皮及平滑肌细胞，故此推断尿源性干细胞来源于肾脏的可能性很大。
一些研究者研究了尿源性干细胞的可能起源，均支持其来源于肾脏及上尿路的结论[22-24]。
2 培养和鉴定
收集清洁尿液后，进行离心分离；将细胞悬粒培养于无血清角质细胞培养基和胚胎成纤维细胞培养基的混合培养基中；定期更换培养液；培养出的附壁细胞即为尿源性干细胞[17, 22-24]。本文作者之一的陈龙等利用类似方法成功培养出人尿源性干细胞。Guan 等[25]使用添加了胎牛血清、人表皮生长因子、血小板源性生长因子、β 转化生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等多种因子的 Dulbecco 改良 Eagle 培养基培养清洁尿液离心后的细胞悬粒，成功培养和增殖了尿源性干细胞。
对于尿源性干细胞的鉴定，包括细胞形态、增殖曲线、细胞表面抗原、核型、RNA、端粒酶活性、分化潜能等多个方面的内容。常运用到的技术包括流式细胞分析、实时聚合酶链反应、免疫荧光分析、酶联免疫吸附试验、蛋白质印迹法、透射电镜等[17, 22-26]。
3 生物学特点
尿源性干细胞呈现出米粒样外观，细胞生长呈现出典型的 S 型生长曲线；上尿路尿液来源干细胞的增殖能力强于终末尿来源干细胞[22, 24-25]。细胞增殖期间，核型检测显示尿源性干细胞染色体稳定，没有出现变异及重组现象[17, 24-25]。尿源性干细胞具有较长的端粒，在细胞增殖过程中端粒保持稳定[19]；进行体内实验时，尿源性干细胞没有分化形成畸胎瘤[17, 23]。年龄和尿液保存时间可能对尿源性干细胞的活力及增殖潜力有影响[17, 26]。
尿源性干细胞表达间充质干细胞/祖细胞具有的 SSEA4、CD29、CD44、CD54、CD73、CD90、CD105、CD117、CD133、CD146、CD166、STRO-1 等细胞表面标志物；不表达血液源性和内皮细胞源性干细胞常表达的 CD11b、CD14、CD19、CD31、CD34、CD45、主要组织相容性复合体-Ⅱ、人类白细胞抗原-DR 等标志物[17, 22]。
Kang 等[27]发现尿源性干细胞相较于脂肪干细胞有更高的细胞增殖能力、更高的干细胞标志物表达和更高的免疫细胞抑制效率。尿源性干细胞具有更高的成肌、成神经和成内皮细胞分化率，更低的成骨、成软骨、成脂肪分化率。
尿源性干细胞具有多向分化的潜能，已在多个试验中得到证实。尿源性干细胞被认为来源于泌尿系统，故常用于进行泌尿系统相关细胞的分化培养；一些研究者利用尿源性干细胞成功分化出尿路上皮细胞、平滑肌细胞[22-24, 26, 28]。分化出的平滑肌细胞表达结蛋白、肌球蛋白、钙调蛋白、平滑肌蛋白、抗平滑肌抗体等蛋白标志物，并且表现出收缩功能；而分化出的上皮细胞表达 Up-Ⅰa、Up-Ⅲ、细胞角蛋白 7、细胞角蛋白 13 等标志物，细胞之间形成紧密连接。随着研究的深入，进一步分化出了骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、神经细胞、内皮细胞、骨骼肌细胞[22, 25, 29-31]。
生物支架是尿源性干细胞研究的重要组成部分，其在细胞生长、分化、生物学效应等方面有重要作用。目前报道的生物支架主要包括去细胞 3D 多孔小肠黏膜下层支架、细菌纤维素支架、β-磷酸三钙支架、硅酸盐生物陶瓷与聚乳酸-羟基乙酸共聚物复合物支架、聚已内酯和明胶纳米复合膜支架等[28-29, 32-34]。
4 尿源性干细胞专科研究进展
4.1 骨科研究进展
目前尿源性干细胞在骨科的研究主要集中于成骨、成软骨、成骨骼肌细胞分化和动物体内实验。有研究表明，特定基因、化学因子和细胞支架具有辅助尿源性干细胞成骨的作用[22, 29-31, 34]。
表达骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）基因 BMP2 和 BMP9 的腺病毒转染尿源性干细胞后，在小鼠体内分化出骨及软骨组织[22]。将慢病毒载体编码的 BMP2 转导入尿源性干细胞后，转导后的尿源性干细胞高表达 BMP2 并且合成分泌 BMP2 蛋白，不需要额外添加成骨培养液，尿源性干细胞即可分化成骨；鼠体内实验显示移植干细胞 6 周后出现大量的新骨形成[31]。Qin 等[30]发现纳米银颗粒可以刺激尿源性干细胞向骨细胞分化；为避免银粒子细胞毒性，最大安全浓度是 4μg/mL。同期对照的硝酸银溶液并没有刺激尿源性干细胞向骨细胞分化的作用。另外，β-磷酸三钙支架、硅酸盐生物陶瓷与聚乳酸-羟基乙酸共聚物复合物支架均具有辅助尿源性干细胞成骨的作用[29, 34]。
成骨骼肌分化在体内和体外实验均取得了成功。Liu 等[35]利用含有 6 种生长因子（血管内皮生长因子、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、重组人肝细胞生长因子、神经生长因子）的海藻酸钠微球进行尿源性干细胞体外和动物实验，证实可分化为骨骼肌细胞、内皮细胞、血管形成及神经细胞。Chen 等[36]利用骨骼肌培养基诱导分化培养尿源性干细胞，体外和体内实验均显示尿源性干细胞可向骨骼肌细胞分化，并表达相关细胞标志物（生肌决定因子、肌肉转录调节因子、肌球蛋白、结蛋白。
4.2 泌尿外科进展
尿源性干细胞运用于泌尿外科，主要用于修复重建由于创伤、感染、肿瘤、畸形等原因引起的泌尿道解剖损伤和功能障碍，如应用于膀胱重建、阴茎勃起功能障碍治疗等[32, 37-38, 40-41]。
尿源性干细胞分化成的平滑肌细胞和尿道上皮细胞，分别具有收缩功能和细胞间紧密连接，这是其作为修复尿道材料的重要条件[24, 28]。
4.3 神经科和皮肤科进展
尿源性干细胞能分化为神经细胞已在多个研究中证实[22, 25-35]。Guan 等[25]将尿源性干细胞种植于水凝胶支架上，移植于鼠脑的受损部位；3 周后检测到受损部位由尿源性干细胞分化而来的神经类似细胞，同时在大脑移植尿源性干细胞部位以外的地方检测到分化的干细胞，从而证实其具有迁移能力。
Fu 等[33]将尿源性干细胞种植于聚已内酯和明胶纳米复合膜上，用于全层皮肤缺损的兔皮肤的修复，取得良好的效果。
5 存在的难题及将来的方向
尿源性干细胞研究的最终目的是应用于患者的疾病治疗；目前还没有人体治疗试验的报道。提高干细胞治疗效率需要解决血管形成以利于移植细胞存活、诱导神经再生以利于功能恢复；有功能的血管和神经再生是目前面临的难题之一；有学者提出对于器官神经的再生，刺激周围神经长入可能比诱导干细胞分化为神经细胞更有可行性[39]。另外，寻找到更好的生物支架将有助于尿源性干细胞的实验研究及临床应用。
对于骨科来讲，有效治疗骨关节炎是一个难题。已有少量报道运用间充质干细胞治疗骨关节炎，取得良好的效果[42-44]。目前还没有运用尿源性干细胞治疗骨关节炎及软骨疾患的报道，将来可加强这方面的研究。
6 结语
尿源性干细胞具有来源广、采集无创伤、分离培养花费小的特点，具有良好的多向分化潜能。目前的研究显示其在骨科、泌尿科、神经科等多个专科具有广阔的应用潜力。今后需要更多的研究来实现其临床应用的目的。
干细胞研究是细胞治疗、再生医学、组织工程技术等研究的重要内容[1]。胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、毛囊干细胞等都是研究的重要对象[2-6]。上述干细胞存在着来源有限、有创操作、费用较高等不足。近几年，尿源性干细胞因其来源广、无创伤、花费小等特点，受到研究者越来越多的关注[7-12]。尿源性干细胞目前是组织工程研究中的热点，国内外研究者陆续发表了一些最新的研究成果，本文着重对目前研究进展作一综述。一些研究者利用尿液中细胞如上皮细胞，转化为诱导多能干细胞，从而使其具有了干细胞样多向分化的潜能，可以分化为心肌细胞、肺泡上皮细胞、肝细胞等[13-16]；尿源性细胞诱导而成的多能干细胞不作为本篇综述的对象。
1 发现及起源
Zhang 等[17]于 2008 年报道对无菌尿液中分离出的细胞进行培养，主要发现 3 类细胞：已分化细胞，正在分化细胞，未分化细胞（祖细胞）。他们发现 100 mL 尿液中平均分离出 2～7 个祖细胞，具有强大的增殖能力；这些被作者称之为尿源性祖细胞的细胞即是后来文献报道中的尿源性干细胞。
有研究者发现，肾脏中肾小管、肾小球中的祖细胞/干细胞具有强大的再生增殖能力，对于肾脏细胞损伤具有重要的再生修复作用[17-21]。肾脏中的祖细胞/干细胞表达特定的表面标志物及蛋白标志物，与尿源性干细胞的表面标志物和蛋白标志物类似，而这些标志物未见于输尿管和膀胱上皮及平滑肌细胞，故此推断尿源性干细胞来源于肾脏的可能性很大。
一些研究者研究了尿源性干细胞的可能起源，均支持其来源于肾脏及上尿路的结论[22-24]。
2 培养和鉴定
收集清洁尿液后，进行离心分离；将细胞悬粒培养于无血清角质细胞培养基和胚胎成纤维细胞培养基的混合培养基中；定期更换培养液；培养出的附壁细胞即为尿源性干细胞[17, 22-24]。本文作者之一的陈龙等利用类似方法成功培养出人尿源性干细胞。Guan 等[25]使用添加了胎牛血清、人表皮生长因子、血小板源性生长因子、β 转化生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等多种因子的 Dulbecco 改良 Eagle 培养基培养清洁尿液离心后的细胞悬粒，成功培养和增殖了尿源性干细胞。
对于尿源性干细胞的鉴定，包括细胞形态、增殖曲线、细胞表面抗原、核型、RNA、端粒酶活性、分化潜能等多个方面的内容。常运用到的技术包括流式细胞分析、实时聚合酶链反应、免疫荧光分析、酶联免疫吸附试验、蛋白质印迹法、透射电镜等[17, 22-26]。
3 生物学特点
尿源性干细胞呈现出米粒样外观，细胞生长呈现出典型的 S 型生长曲线；上尿路尿液来源干细胞的增殖能力强于终末尿来源干细胞[22, 24-25]。细胞增殖期间，核型检测显示尿源性干细胞染色体稳定，没有出现变异及重组现象[17, 24-25]。尿源性干细胞具有较长的端粒，在细胞增殖过程中端粒保持稳定[19]；进行体内实验时，尿源性干细胞没有分化形成畸胎瘤[17, 23]。年龄和尿液保存时间可能对尿源性干细胞的活力及增殖潜力有影响[17, 26]。
尿源性干细胞表达间充质干细胞/祖细胞具有的 SSEA4、CD29、CD44、CD54、CD73、CD90、CD105、CD117、CD133、CD146、CD166、STRO-1 等细胞表面标志物；不表达血液源性和内皮细胞源性干细胞常表达的 CD11b、CD14、CD19、CD31、CD34、CD45、主要组织相容性复合体-Ⅱ、人类白细胞抗原-DR 等标志物[17, 22]。
Kang 等[27]发现尿源性干细胞相较于脂肪干细胞有更高的细胞增殖能力、更高的干细胞标志物表达和更高的免疫细胞抑制效率。尿源性干细胞具有更高的成肌、成神经和成内皮细胞分化率，更低的成骨、成软骨、成脂肪分化率。
尿源性干细胞具有多向分化的潜能，已在多个试验中得到证实。尿源性干细胞被认为来源于泌尿系统，故常用于进行泌尿系统相关细胞的分化培养；一些研究者利用尿源性干细胞成功分化出尿路上皮细胞、平滑肌细胞[22-24, 26, 28]。分化出的平滑肌细胞表达结蛋白、肌球蛋白、钙调蛋白、平滑肌蛋白、抗平滑肌抗体等蛋白标志物，并且表现出收缩功能；而分化出的上皮细胞表达 Up-Ⅰa、Up-Ⅲ、细胞角蛋白 7、细胞角蛋白 13 等标志物，细胞之间形成紧密连接。随着研究的深入，进一步分化出了骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、神经细胞、内皮细胞、骨骼肌细胞[22, 25, 29-31]。
生物支架是尿源性干细胞研究的重要组成部分，其在细胞生长、分化、生物学效应等方面有重要作用。目前报道的生物支架主要包括去细胞 3D 多孔小肠黏膜下层支架、细菌纤维素支架、β-磷酸三钙支架、硅酸盐生物陶瓷与聚乳酸-羟基乙酸共聚物复合物支架、聚已内酯和明胶纳米复合膜支架等[28-29, 32-34]。
4 尿源性干细胞专科研究进展
4.1 骨科研究进展
目前尿源性干细胞在骨科的研究主要集中于成骨、成软骨、成骨骼肌细胞分化和动物体内实验。有研究表明，特定基因、化学因子和细胞支架具有辅助尿源性干细胞成骨的作用[22, 29-31, 34]。
表达骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）基因 BMP2 和 BMP9 的腺病毒转染尿源性干细胞后，在小鼠体内分化出骨及软骨组织[22]。将慢病毒载体编码的 BMP2 转导入尿源性干细胞后，转导后的尿源性干细胞高表达 BMP2 并且合成分泌 BMP2 蛋白，不需要额外添加成骨培养液，尿源性干细胞即可分化成骨；鼠体内实验显示移植干细胞 6 周后出现大量的新骨形成[31]。Qin 等[30]发现纳米银颗粒可以刺激尿源性干细胞向骨细胞分化；为避免银粒子细胞毒性，最大安全浓度是 4μg/mL。同期对照的硝酸银溶液并没有刺激尿源性干细胞向骨细胞分化的作用。另外，β-磷酸三钙支架、硅酸盐生物陶瓷与聚乳酸-羟基乙酸共聚物复合物支架均具有辅助尿源性干细胞成骨的作用[29, 34]。
成骨骼肌分化在体内和体外实验均取得了成功。Liu 等[35]利用含有 6 种生长因子（血管内皮生长因子、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、重组人肝细胞生长因子、神经生长因子）的海藻酸钠微球进行尿源性干细胞体外和动物实验，证实可分化为骨骼肌细胞、内皮细胞、血管形成及神经细胞。Chen 等[36]利用骨骼肌培养基诱导分化培养尿源性干细胞，体外和体内实验均显示尿源性干细胞可向骨骼肌细胞分化，并表达相关细胞标志物（生肌决定因子、肌肉转录调节因子、肌球蛋白、结蛋白。
4.2 泌尿外科进展
尿源性干细胞运用于泌尿外科，主要用于修复重建由于创伤、感染、肿瘤、畸形等原因引起的泌尿道解剖损伤和功能障碍，如应用于膀胱重建、阴茎勃起功能障碍治疗等[32, 37-38, 40-41]。
尿源性干细胞分化成的平滑肌细胞和尿道上皮细胞，分别具有收缩功能和细胞间紧密连接，这是其作为修复尿道材料的重要条件[24, 28]。
4.3 神经科和皮肤科进展
尿源性干细胞能分化为神经细胞已在多个研究中证实[22, 25-35]。Guan 等[25]将尿源性干细胞种植于水凝胶支架上，移植于鼠脑的受损部位；3 周后检测到受损部位由尿源性干细胞分化而来的神经类似细胞，同时在大脑移植尿源性干细胞部位以外的地方检测到分化的干细胞，从而证实其具有迁移能力。
Fu 等[33]将尿源性干细胞种植于聚已内酯和明胶纳米复合膜上，用于全层皮肤缺损的兔皮肤的修复，取得良好的效果。
5 存在的难题及将来的方向
尿源性干细胞研究的最终目的是应用于患者的疾病治疗；目前还没有人体治疗试验的报道。提高干细胞治疗效率需要解决血管形成以利于移植细胞存活、诱导神经再生以利于功能恢复；有功能的血管和神经再生是目前面临的难题之一；有学者提出对于器官神经的再生，刺激周围神经长入可能比诱导干细胞分化为神经细胞更有可行性[39]。另外，寻找到更好的生物支架将有助于尿源性干细胞的实验研究及临床应用。
对于骨科来讲，有效治疗骨关节炎是一个难题。已有少量报道运用间充质干细胞治疗骨关节炎，取得良好的效果[42-44]。目前还没有运用尿源性干细胞治疗骨关节炎及软骨疾患的报道，将来可加强这方面的研究。
6 结语
尿源性干细胞具有来源广、采集无创伤、分离培养花费小的特点，具有良好的多向分化潜能。目前的研究显示其在骨科、泌尿科、神经科等多个专科具有广阔的应用潜力。今后需要更多的研究来实现其临床应用的目的。