干細(xì)胞治療腎臟疾病的基礎(chǔ)研究進展

李嘉琦，楊素萍，楊揚，李天祎，馬逸群，王家平

昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，昆明650101

腎臟病根據(jù)病因可分為原發(fā)性、繼發(fā)性和遺傳性，目前主要采取腎臟替代療法，即腎移植和維持性透析，這兩種方法存在一定的局限性。干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始未分化細(xì)胞，主要分為成體干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞三大類，其中成體干細(xì)胞又可分為內(nèi)皮祖細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、尿源干細(xì)胞等。研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞可以通過直接分化、旁分泌效應(yīng)等方式對腎臟起到保護作用。隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，干細(xì)胞移植逐漸為腎臟疾病的治療提供了新思路?，F(xiàn)將干細(xì)胞在慢性腎臟病(CKD)、糖尿病腎病(DN)、急性腎損傷(AKI)、IgA腎病中的治療現(xiàn)狀綜述如下。

1 干細(xì)胞治療CKD

CKD是由多種原因引起的腎臟結(jié)構(gòu)和功能障礙的一種不可逆疾病。CKD的治療手段有限，目前主要采取維持性透析和腎移植治療，但這種治療方法存在一些問題，包括缺乏供體來源、免疫排斥反應(yīng)、手術(shù)費用高等。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)能夠定向向受損組織及慢性炎癥部位遷移[1]，并可直接分化為腎實質(zhì)細(xì)胞或通過旁分泌作用產(chǎn)生一系列轉(zhuǎn)化生長因子[2]，在促進腎損傷修復(fù)方面具有積極作用。白彝華等[3]將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)不同途徑注入阿霉素慢性腎臟病大鼠體內(nèi)，腎臟病理結(jié)果顯示,相比于阿霉素慢性腎臟病對照組，植入干細(xì)胞組大鼠腎臟損傷情況有所改善，且經(jīng)腎動脈途徑移植效果較外周靜脈好。 董晨等[4]將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞注入阿霉素慢性腎臟病大鼠，發(fā)現(xiàn)大鼠腎組織中nephrin mRNA表達(dá)明顯升高，同時尿蛋白降低、血白蛋白升高、血膽固醇降低；推測骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對阿霉素腎病大鼠的保護作用可能通過提高nephrin mRNA的表達(dá)而實現(xiàn)。張勇等[5]將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞通過尾靜脈注入慢性環(huán)孢素大鼠，發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞治療組血肌酐、尿素氮水平均得到明顯改善，且其間質(zhì)纖維化程度也低于模型組，腎功能明顯改善。趙雅培等[6]將尿源干細(xì)胞注入CKD大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)尿源干細(xì)胞對CKD大鼠生化指標(biāo)及腎功能有明顯改善作用。外源性內(nèi)皮祖細(xì)胞也已成功用于CKD動物模型。研究發(fā)現(xiàn)，對CKD豬輸入自體內(nèi)皮祖細(xì)胞可以改善微血管系統(tǒng)，保護缺血的腎臟[7]。在其他一些CKD動物模型中發(fā)現(xiàn)，注入自體內(nèi)皮祖細(xì)胞聯(lián)合血管重建術(shù)可以恢復(fù)血流動力學(xué)、恢復(fù)腎功能為腎臟供氧等，提示內(nèi)皮祖細(xì)胞對慢性腎臟血管疾病有一定治療作用[8，9]。

以上研究表明，干細(xì)胞能夠改善腎功能，降低組織學(xué)損害，減輕腎組織纖維化，雖然其機制目前尚未完全明確，但不能否認(rèn)干細(xì)胞移植對腎臟損傷組織存在積極保護作用。由于CKD的進展機制較為復(fù)雜，因此關(guān)于干細(xì)胞治療CKD仍存在一定爭議，仍需更多試驗和臨床研究來評估其可行性和療效。

2 干細(xì)胞治療DN

DN的發(fā)病機制涉及各種炎癥因子、生長調(diào)節(jié)因子、趨化因子等相互作用，產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)，目前尚無有效方法阻止DN的發(fā)生發(fā)展。

近年來，已有學(xué)者對間充質(zhì)干細(xì)胞治療DN的效果及機制進行探討。Ezquer等[10]研究發(fā)現(xiàn)，將自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞植入小鼠體內(nèi)，其胰島素水平無明顯提高，但尿蛋白及腎臟病理學(xué)卻有顯著改善，并在其腎內(nèi)發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。該研究團隊[11]還發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞移植后歸巢于NOD/SCID鼠胰島組織，分化為胰島素分泌細(xì)胞，在一定程度上可以改善胰島功能，降低血糖與尿糖含量，延緩DN的發(fā)生發(fā)展。周虹等[12]將大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞用于DN大鼠的治療，移植后一段時間發(fā)現(xiàn)，移植組血糖、尿總蛋白、腎臟肥大指數(shù)等較對照組降低，提示間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)可以向DN大鼠腎臟趨化并延緩其病情進展。Lv等[13]報道，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞除了能有效降低DN小鼠的血糖、尿蛋白排泄率、血肌酐等，還可以通過分泌骨形態(tài)發(fā)生蛋白7抑制轉(zhuǎn)化生長因子β/Smad信號通路，從而改善腎小球纖維化。Zhang等[14]將脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞通過尾靜脈注入DN小鼠體內(nèi)，一段時間后發(fā)現(xiàn)尿蛋白排泄率減少，腎臟病理損傷減輕，提示脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過分泌營養(yǎng)因子減輕足細(xì)胞損傷；與對照組比較，治療組小鼠腎臟形態(tài)相對正常，纖維沉積物較少。盡管目前研究者發(fā)現(xiàn)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞對DN有一定作用，但其在腎臟中的低保留及低存活率限制了其應(yīng)用。有研究者將誘導(dǎo)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞移植入DN小鼠體內(nèi)，血糖水平得到改善，但效果不如胰島素；且誘導(dǎo)多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)化效率低，未分化的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在動物體內(nèi)有成瘤風(fēng)險。以上研究表明，干細(xì)胞在一定程度上能減輕DN大鼠腎臟病理學(xué)及功能學(xué)損害，恢復(fù)腎功能，但是某些方面還存在不足。

此外還有研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞衍生的外泌體對改善DN損傷存在積極作用。Nagaishi等[15]采用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體干預(yù)DN大鼠模型，發(fā)現(xiàn)其能夠通過抑制腎小管間質(zhì)纖維化和腎小球系膜基質(zhì)擴張，減少尿蛋白排泄。Jiang等[16]經(jīng)過體外及體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，尿源干細(xì)胞的外泌體不僅能夠減少尿量和尿微蛋白排泄，還可以防止腎小管上皮細(xì)胞及足細(xì)胞凋亡，表明干細(xì)胞衍生的外泌體具有治療DN損傷的潛力。但是通過哪種途徑注入干細(xì)胞歸巢率最優(yōu)、大劑量干細(xì)胞治療是否會被非治療組織截留、注入干細(xì)胞治療是否會有不良反應(yīng)等，這些問題仍有待解決。

3 干細(xì)胞治療AKI

AKI是由各種病因引起的腎功能快速下降而出現(xiàn)的臨床綜合征，如果得不到有效的治療，將危及患者生命。目前AKI的治療主要以控制原發(fā)病為主，透析和腎臟移植在一定程度上也可以減輕其癥狀，但并不能從根本上治療AKI。

干細(xì)胞在治療AKI時，存在分化及非分化兩種機制。分化機制為干細(xì)胞可以分化為腎臟內(nèi)各種實質(zhì)細(xì)胞如腎小管上皮細(xì)胞、腎小球系膜細(xì)胞、足細(xì)胞等。Poulsom等[17]將雄性小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植給雌性小鼠后，發(fā)現(xiàn)可以在雌性小鼠腎小管上皮細(xì)胞中檢測到Y(jié)染色體，后續(xù)實驗發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞參與急性腎損傷腎小管上皮細(xì)胞的修復(fù)過程。Imasawa等[18]利用攜帶綠色熒光蛋白(GFP)標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因小鼠模型進行實驗，發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞有分化為腎小球系膜細(xì)胞的潛能。萬建新等[19]給AKI小鼠移植攜帶GFP的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，結(jié)果表明其腎功能明顯改善，且腎小管中GFP陽性細(xì)胞可以表達(dá)特異性功能蛋白megalin，說明這些細(xì)胞相當(dāng)于有腎功能的腎小管上皮細(xì)胞，表明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為腎小管上皮細(xì)胞。此外也有研究者將雄性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植入雌性小鼠中，可以檢測到Y(jié)染色體陽性的足細(xì)胞，提示骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化為足細(xì)胞。以上證據(jù)表明間充質(zhì)干細(xì)胞可直接分化為腎臟相關(guān)細(xì)胞，在一定程度上可以改善腎功能。

非分化機制可能是通過旁分泌機制、微泡、抗炎及抗纖維化機制等發(fā)揮作用。Cheng等[20]通過111銦-羥基喹啉標(biāo)記骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，經(jīng)尾靜脈注射到急性腎損傷大鼠體內(nèi)，處死大鼠檢測骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)的分布情況，結(jié)果顯示在腎臟內(nèi)的分布僅5.4%，且1周后不能檢出。而包膜下注射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞則存活時間相對較長，因移植的干細(xì)胞沒有直接進入腎實質(zhì)而在包膜下，說明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可能是通過旁分泌機制保護腎臟。Pei等[21]通過尾靜脈將微泡及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞注入AKI小鼠模型中，相比于空白對照組，實驗組肌酐、蛋白尿水平均明顯改善，表明微泡在一定程度上具有腎臟保護作用。Furuichi等[22]將處理過的脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞通過尾靜脈注射至AKI小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)腎小管上皮細(xì)胞的壞死及間質(zhì)炎癥細(xì)胞的浸潤程度減輕，炎癥因子和趨化因子的表達(dá)減少，證實間充質(zhì)干細(xì)胞具有強大的抑制炎癥及纖維化的作用，具有改善腎功能的作用。

相比于傳統(tǒng)方法，干細(xì)胞移植在AKI領(lǐng)域有著明顯優(yōu)勢，隨著其安全性、有效性的進一步提高，AKI的治療必將發(fā)生改觀。

4 干細(xì)胞治療IgA腎病

IgA腎病是以系膜區(qū)IgA沉積或伴有免疫球蛋白在腎小球系膜區(qū)沉積的原發(fā)性腎小球疾病，免疫功能紊亂在IgA腎病發(fā)病中起重要作用。目前IgA腎病主要的治療方法仍局限于糖皮質(zhì)激素、雷公藤多苷、ACEI等非特異性治療上。尋找新的抑制IgA沉積促進腎小球功能恢復(fù)的方案迫在眉睫。

Kunter等[23]將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞用GFP標(biāo)記并植入IgA腎病鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)系膜區(qū)可見表達(dá)GFP的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，且該區(qū)域IgA堆積明顯減少，腎功能得到明顯改善。王志奇[24]在IgA腎病鼠中注入臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞，治療后可以檢測到腎中CD44表達(dá)，說明間充質(zhì)干細(xì)胞存在歸巢現(xiàn)象；且IgA腎病小鼠血尿、蛋白尿、血肌酐、尿素氮均降低，說明臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能明顯改善腎功能，治療組VEGF蛋白表達(dá)增高、CTGF蛋白表達(dá)減少，證明臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過上調(diào)VEGF蛋白表達(dá)、降低CTGF表達(dá)來達(dá)到治療腎病的目的。以上研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞在治療IgA腎病時歸巢機制及某些蛋白的調(diào)節(jié)發(fā)揮一定作用。也有研究者通過采取異基因骨髓移植治療慢性粒細(xì)胞白血病伴IgA腎病，發(fā)現(xiàn)不僅白血病被治愈，腎小球基膜上沉積的IgA也得以消除。Imasawa等[25]用IgA腎病模型小鼠造血干細(xì)胞移植給正常小鼠，正常小鼠血清IgA水平升高，腎小球基膜IgA沉積增多;研究者又將正常小鼠骨髓移植給腎病模型小鼠，發(fā)現(xiàn)其血清IgA水平降低，蛋白尿減少，所以認(rèn)為正常的造血干細(xì)胞可以減輕對腎小球的損害。該研究組的后續(xù)研究提示，造血干細(xì)胞決定血清IgA的質(zhì)量及數(shù)量的變化。

骨髓移植中來自于正常小鼠的骨髓干細(xì)胞不僅可以取代受體的免疫細(xì)胞，還可以促進小鼠腎小球細(xì)胞的再生，這個方法給IgA腎病的治療帶來可靠的策略。但是干細(xì)胞治療IgA腎病仍處于基礎(chǔ)研究階段，許多問題仍待解決，例如純度如何控制、如何控制免疫排斥反應(yīng)、干細(xì)胞移植后細(xì)胞是如何到達(dá)受損部位等。

與傳統(tǒng)治療方法相比，干細(xì)胞療法具有其獨特的優(yōu)勢：一方面其來源廣泛，來自不同途徑的干細(xì)胞均可用于治療；另一方面，來源自體的干細(xì)胞無免疫排斥反應(yīng)。但目前還有很多問題需要解決，比如用何種類型干細(xì)胞進行治療，干細(xì)胞的濃度如何確定，以及如何提高干細(xì)胞存活率、增加干細(xì)胞的歸巢率等，并且胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的致瘤性可能會嚴(yán)重阻礙其臨床進展。隨著研究進一步深入，干細(xì)胞移植將為腎臟病的治療提供更多選擇。