干細胞治療腎臟疾病的基礎研究進展

李嘉琦，楊素萍，楊揚，李天祎，馬逸群，王家平

昆明醫科大學第二附屬醫院，昆明650101

腎臟病根據病因可分為原發性、繼發性和遺傳性，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。干細胞是一類具有自我復制和多向分化潛能的原始未分化細胞，主要分為成體干細胞、胚胎干細胞、誘導多能干細胞三大類，其中成體干細胞又可分為內皮祖細胞、間充質干細胞、尿源干細胞等。研究發現，干細胞可以通過直接分化、旁分泌效應等方式對腎臟起到保護作用。隨著再生醫學的發展，干細胞移植逐漸為腎臟疾病的治療提供了新思路。現將干細胞在慢性腎臟病(CKD)、糖尿病腎病(DN)、急性腎損傷(AKI)、IgA腎病中的治療現狀綜述如下。

1 干細胞治療CKD

CKD是由多種原因引起的腎臟結構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、手術費用高等。

骨髓間充質干細胞在體內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細胞或通過旁分泌作用產生一系列轉化生長因子[2]，在促進腎損傷修復方面具有積極作用。白彝華等[3]將骨髓間充質干細胞經不同途徑注入阿霉素慢性腎臟病大鼠體內，腎臟病理結果顯示,相比于阿霉素慢性腎臟病對照組，植入干細胞組大鼠腎臟損傷情況有所改善，且經腎動脈途徑移植效果較外周靜脈好。 董晨等[4]將骨髓間充質干細胞注入阿霉素慢性腎臟病大鼠，發現大鼠腎組織中nephrin mRNA表達明顯升高，同時尿蛋白降低、血白蛋白升高、血膽固醇降低；推測骨髓間充質干細胞移植對阿霉素腎病大鼠的保護作用可能通過提高nephrin mRNA的表達而實現。張勇等[5]將骨髓間充質干細胞通過尾靜脈注入慢性環孢素大鼠，發現干細胞治療組血肌酐、尿素氮水平均得到明顯改善，且其間質纖維化程度也低于模型組，腎功能明顯改善。趙雅培等[6]將尿源干細胞注入CKD大鼠體內，發現尿源干細胞對CKD大鼠生化指標及腎功能有明顯改善作用。外源性內皮祖細胞也已成功用于CKD動物模型。研究發現，對CKD豬輸入自體內皮祖細胞可以改善微血管系統，保護缺血的腎臟[7]。在其他一些CKD動物模型中發現，注入自體內皮祖細胞聯合血管重建術可以恢復血流動力學、恢復腎功能為腎臟供氧等，提示內皮祖細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，干細胞能夠改善腎功能，降低組織學損害，減輕腎組織纖維化，雖然其機制目前尚未完全明確，但不能否認干細胞移植對腎臟損傷組織存在積極保護作用。由于CKD的進展機制較為復雜，因此關于干細胞治療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 干細胞治療DN

DN的發病機制涉及各種炎癥因子、生長調節因子、趨化因子等相互作用，產生級聯反應，目前尚無有效方法阻止DN的發生發展。

近年來，已有學者對間充質干細胞治療DN的效果及機制進行探討。Ezquer等[10]研究發現，將自體骨髓間充質干細胞植入小鼠體內，其胰島素水平無明顯提高，但尿蛋白及腎臟病理學卻有顯著改善，并在其腎內發現骨髓間充質干細胞。該研究團隊[11]還發現，間充質干細胞移植后歸巢于NOD/SCID鼠胰島組織，分化為胰島素分泌細胞，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的發生發展。周虹等[12]將大鼠間充質干細胞用于DN大鼠的治療，移植后一段時間發現，移植組血糖、尿總蛋白、腎臟肥大指數等較對照組降低，提示間充質干細胞在體內可以向DN大鼠腎臟趨化并延緩其病情進展。Lv等[13]報道，骨髓間充質干細胞除了能有效降低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發生蛋白7抑制轉化生長因子β/Smad信號通路，從而改善腎小球纖維化。Zhang等[14]將脂肪間充質干細胞通過尾靜脈注入DN小鼠體內，一段時間后發現尿蛋白排泄率減少，腎臟病理損傷減輕，提示脂肪間充質干細胞可以通過分泌營養因子減輕足細胞損傷；與對照組比較，治療組小鼠腎臟形態相對正常，纖維沉積物較少。盡管目前研究者發現脂肪間充質干細胞對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用。有研究者將誘導的誘導多能干細胞移植入DN小鼠體內，血糖水平得到改善，但效果不如胰島素；且誘導多能干細胞轉化效率低，未分化的誘導多能干細胞在動物體內有成瘤風險。以上研究表明，干細胞在一定程度上能減輕DN大鼠腎臟病理學及功能學損害，恢復腎功能，但是某些方面還存在不足。

此外還有研究發現，干細胞衍生的外泌體對改善DN損傷存在積極作用。Nagaishi等[15]采用骨髓間充質干細胞衍生的外泌體干預DN大鼠模型，發現其能夠通過抑制腎小管間質纖維化和腎小球系膜基質擴張，減少尿蛋白排泄。Jiang等[16]經過體外及體內研究發現，尿源干細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胞及足細胞凋亡，表明干細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胞歸巢率最優、大劑量干細胞治療是否會被非治療組織截留、注入干細胞治療是否會有不良反應等，這些問題仍有待解決。

3 干細胞治療AKI

AKI是由各種病因引起的腎功能快速下降而出現的臨床綜合征，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。分化機制為干細胞可以分化為腎臟內各種實質細胞如腎小管上皮細胞、腎小球系膜細胞、足細胞等。Poulsom等[17]將雄性小鼠骨髓間充質干細胞移植給雌性小鼠后，發現可以在雌性小鼠腎小管上皮細胞中檢測到Y染色體，后續實驗發現骨髓間充質干細胞參與急性腎損傷腎小管上皮細胞的修復過程。Imasawa等[18]利用攜帶綠色熒光蛋白(GFP)標記的轉基因小鼠模型進行實驗，發現骨髓間充質干細胞有分化為腎小球系膜細胞的潛能。萬建新等[19]給AKI小鼠移植攜帶GFP的骨髓間充質干細胞，結果表明其腎功能明顯改善，且腎小管中GFP陽性細胞可以表達特異性功能蛋白megalin，說明這些細胞相當于有腎功能的腎小管上皮細胞，表明骨髓間充質干細胞可分化為腎小管上皮細胞。此外也有研究者將雄性骨髓間充質干細胞移植入雌性小鼠中，可以檢測到Y染色體陽性的足細胞，提示骨髓間充質干細胞可以分化為足細胞。以上證據表明間充質干細胞可直接分化為腎臟相關細胞，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揮作用。Cheng等[20]通過111銦-羥基喹啉標記骨髓間充質干細胞，經尾靜脈注射到急性腎損傷大鼠體內，處死大鼠檢測骨髓間充質干細胞在體內的分布情況，結果顯示在腎臟內的分布僅5.4%，且1周后不能檢出。而包膜下注射骨髓間充質干細胞則存活時間相對較長，因移植的干細胞沒有直接進入腎實質而在包膜下，說明骨髓間充質干細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干細胞注入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干細胞通過尾靜脈注射至AKI小鼠模型中，發現腎小管上皮細胞的壞死及間質炎癥細胞的浸潤程度減輕，炎癥因子和趨化因子的表達減少，證實間充質干細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。

相比于傳統方法，干細胞移植在AKI領域有著明顯優勢，隨著其安全性、有效性的進一步提高，AKI的治療必將發生改觀。

4 干細胞治療IgA腎病

IgA腎病是以系膜區IgA沉積或伴有免疫球蛋白在腎小球系膜區沉積的原發性腎小球疾病，免疫功能紊亂在IgA腎病發病中起重要作用。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的方案迫在眉睫。

Kunter等[23]將骨髓間充質干細胞用GFP標記并植入IgA腎病鼠體內，發現系膜區可見表達GFP的骨髓間充質干細胞，且該區域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干細胞，治療后可以檢測到腎中CD44表達，說明間充質干細胞存在歸巢現象；且IgA腎病小鼠血尿、蛋白尿、血肌酐、尿素氮均降低，說明臍帶間充質干細胞能明顯改善腎功能，治療組VEGF蛋白表達增高、CTGF蛋白表達減少，證明臍帶間充質干細胞可以通過上調VEGF蛋白表達、降低CTGF表達來達到治療腎病的目的。以上研究表明，間充質干細胞在治療IgA腎病時歸巢機制及某些蛋白的調節發揮一定作用。也有研究者通過采取異基因骨髓移植治療慢性粒細胞白血病伴IgA腎病，發現不僅白血病被治愈，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，發現其血清IgA水平降低，蛋白尿減少，所以認為正常的造血干細胞可以減輕對腎小球的損害。該研究組的后續研究提示，造血干細胞決定血清IgA的質量及數量的變化。

骨髓移植中來自于正常小鼠的骨髓干細胞不僅可以取代受體的免疫細胞，還可以促進小鼠腎小球細胞的再生，這個方法給IgA腎病的治療帶來可靠的策略。但是干細胞治療IgA腎病仍處于基礎研究階段，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、干細胞移植后細胞是如何到達受損部位等。

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