卵巢是维持女性内分泌和生育功能的重要器官。女性35岁之前，卵巢内卵泡数目平稳、缓慢下降，而35岁之后，卵泡数目迅速减少。在临床上，40 岁以前的女性出现卵巢机能下降则被称为卵巢早衰（Premature Ovarian Failure, POF）。全球 POF 的发病率为 1%~3%【1】。该疾病对女性生殖能力有较大影响，严重影响患者心理健康的疾病。当前临床上主要使用激素替代、促排卵治疗等，虽然具有一定缓解作用，但无法达到预期效果【2】。随着再生医学的进展，多项研究显示间充质干细胞（MSCs），尤其是脐带来源的间充质干细胞（UC-MSCs）可以改善POF或POI的卵巢功能【3】。但是MSCs的异质性阻碍了其应用。
近日，同济大学附属妇产科医院徐韶华主任医师/高绍荣院士团队在Stem Cell Research & Therapy杂志在线发表了题为“Transplantation of the LRP1high subpopulation of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells improves ovarian function in mice with premature ovarian failure and aged mice”的研究论文。该研究发现了UC-MSCs中可以更高效地改善老年和POF小鼠卵巢功能的LRP1high亚群，并阐明了这一亚群具有独特的分泌作用，可以分泌多种趋化因子、细胞因子和生长因子。此外，这一亚群可以通过调节卵母细胞的细胞外基质、NAD代谢和颗粒细胞的线粒体功能来改善卵巢功能。本研究为UC-MSCs在POF精准治疗中的靶向探索提供了新的见解。
干细胞的异质性是导致不良临床结果的主要因素，不仅来自不同组织的干细胞存在异质性，而且不同代和样本之间的差异也显著影响干细胞治疗的可重复性 【4】。研究团队利用10x Genomics单细胞测序技术对脐带间充质细胞（UC-MSCs）进行异质性探索，从中获得3种细胞亚型，即间充质干细胞、多淋巴组细胞和滋养细胞。既往研究表明，随着年龄的增长，卵巢内细胞外基质稳态的变化，显著影响卵泡生长和卵母细胞的质量，且MSCs主要定位于卵巢间质，通过旁分泌途径改善卵巢储备功能，这是恢复卵巢功能的关键因素【5，6】。团队基于各细胞簇之间的差异基因，确定了LRP1作为细胞表面标记，可以将参与细胞外基质调控的分泌亚群从UC-MSCs中分离出来（图1）。研究发现，与其他亚群相比，LRP1high亚群是UC-MSCs中主要的分泌亚群，其可以分泌多种趋化因子、细胞因子和生长因子，如CXCL1、CXCL8、IL- 1β、CCL2、TGFBI和FGF7，并参与细胞外基质重塑，如ITGA2、COL3A1和LUM等，执行细胞外因子分泌并参与细胞外基质相互作用。
图1. LRP1high是UC-MSCs中具有高分泌功能的亚群
研究人员进一步利用体内实验证实了这一亚群对于卵巢功能改善的作用。UC-MSCs经分选后对POF小鼠及老年小鼠行卵巢包膜下移植术，结果发现，LRP1high亚群治疗后，血清激素水平、卵巢卵泡数量和后代胚胎及产仔数量等卵巢功能显著恢复。而LRP1low亚群和未经分选的UC-MSCs的治疗效果相对较低。机制探索表明，LRP1high亚群主要通过DNA损伤通路、细胞外基质以及细胞代谢的调控，改善颗粒细胞内线粒体相关动力功能，发挥改善衰老或早衰卵巢功能的作用（图2）。团队通过对治疗前后的小鼠卵母细胞及颗粒细胞测序发现，与年轻小鼠相比，年老小鼠卵母细胞差异表达基因在泛素依赖的代谢通路、DNA损伤检查点和对DNA损伤的细胞反应、细胞外粘附和细胞外基质相关的信号以及NAM代谢等通路上存在明显差异，而经LRP1high亚群治疗后，年老小鼠的部分基因表达可以恢复至年轻小鼠的水平，这些基因功能同样富集在上述信号通路。此外，对于颗粒细胞而言，这一亚群可以更高效地修复线粒体相关基因的表达水平以及恢复线粒体膜电位（图3）。
图2. LRP1high亚群恢复年老小鼠卵母细胞中DNA损伤通路、细胞外基质以及细胞NAD代谢相关基因表达
图3. LRP1high亚群改善颗粒细胞线粒体相关动力基因及膜电位水平
综上所述，本研究发现的这种特定的LRP1high亚群有望为卵巢早衰的干细胞精确治疗提供新的见解（图4）。在未来，干细胞治疗卵巢早衰或可成为患者的新选择，为卵巢早衰引起的绝经、不孕不育等女性患者带来福音，帮助女性留住年轻芳华。
图4. LRP1high亚群UC-MSCs改善卵巢早衰小鼠和年老小鼠的卵巢功能
同济大学附属妇产科医院博士研究生沈佳程和吴丽副研究员为本文的共同第一作者，徐韶华主任、高绍荣院士和吴丽副研究员为本文的共同通讯作者。
原文链接：
https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-024-03660-0
参考文献：
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原标题：《学术交流 | 一妇婴徐韶华主任医师/高绍荣院士团队发现高表达LRP1干细胞亚群可有效改善衰老卵巢功能》