干细胞与糖尿病肾病研究新进展

杨　萍(综述)，韩　瑛(审校)

(十堰市太和医院 湖北医药学院附属医院 a.皮肤科， b.内分泌科，湖北 十堰 442000)



干细胞与糖尿病肾病研究新进展

杨萍a※(综述)，韩瑛b(审校)

(十堰市太和医院 湖北医药学院附属医院 a.皮肤科， b.内分泌科，湖北 十堰 442000)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.034

糖尿病肾病是一种严重危害人类健康的慢性肾衰竭性疾病，其病理表现为细胞外基质沉积的组织学变化，肾小球基膜增厚及肾小球系膜扩张。长期高血糖加重肾脏的病理改变导致患者出现大量蛋白尿，肾小球滤过率逐渐下降[1-2]。糖尿病肾病的治疗一直是临床较为棘手的医学难题，治疗思路主要集中在控制血糖、血压、血脂等危险因素以及抑制肾素-血管紧张素系统，但治疗效果并不理想。近年来，具有自我更新和多向分化潜能的干细胞成为生命科学研究的热点，现就干细胞与糖尿病肾病的相关研究综述如下。

1糖尿病肾病的发病机制

糖尿病肾病组织学改变包括肾小球硬化、肾小管间质纤维化、小动脉玻璃样变等[3]。其机制可能为氧化应激增强导致内皮损伤[4]。此外，高血糖易导致糖尿病大血管病变及微血管病变，尤其对糖尿病肾病的发生、发展起重要作用。高血糖诱导活性氧类的合成，上调转化因子的表达，加速老化的形成。研究显示，炎症是在糖尿病微血管病变中起重要作用，白细胞介素(interleukin,IL)1β、IL-6、肿瘤坏死因子α与糖尿病肾病的发生和发展相关[5]。IL-1β增加血管内皮细胞通透性，IL-6改变系膜和足细胞细胞外基质水平，促进间质浸润，肾小球基膜增厚，系膜扩张，肾小管萎缩[5]。在糖尿病肾病早期阶段观察到肿瘤坏死因子α的细胞毒性，导致钠潴留和肾脏肥大，肾素-血管紧张素系统的改变在糖尿病肾病发病机制中起重要作用。血管紧张素Ⅱ增加，导致肾小球系膜和肾小管上皮细胞肥大。药物治疗往往只针对单一疾病的病理生理特征，如肾素-血管紧张素系统抑制剂可以在一定程度上抑制尿白蛋白排泄，但不能阻止终末期慢性肾脏病的进展[6]。相反，以干细胞为基础的治疗通过多种机制干预糖尿病肾病的发生、发展，在面对疾病的高度复杂的病理生理学中具有明显优势。

2胚胎干细胞

胚胎干细胞，亦称胚性干细胞，是从胚泡(早期胚胎阶段)未分化的内部细胞团中得到的干细胞。有学者提出[3]，胚胎干细胞有关生物安全的重大问题，即致畸性。而生命伦理、宗教和政治等限制了大规模的胚胎干细胞临床研究[7]。诱导多能干细胞的体细胞重编程后分化的细胞避免了多能性和致畸性，因此Alpers和Hudkins[8]认为干细胞具有更高的安全性。为了避免这个问题，研究者提出了多能干细胞在体外培养和移植分化[9]。但目前需要在技术上有所改善，即适当和有效的分化条件，并使分化的细胞进入受损组织发挥其作用。干细胞可以从胚胎组织中、胎儿、新生儿及成年个体中进行分离。干细胞分化有助于维持细胞稳态和受损器官再生。成人干细胞具有多能性，同时具有自我更新的潜能且无致畸性。成人干细胞中的一些细胞具有可塑性，即成人干细胞可以分化成不同细胞起源的组织[9]。成人干细胞技术较为成熟而且不涉及伦理问题，故其为干细胞治疗糖尿病肾病的首选策略。骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,MSCs)已被证明有助于受损肾脏的再生[10]。有研究证实，骨髓干细胞可以分化或转分化为肾系膜细胞[11]、肾小管上皮细胞[12]、内皮细胞[13]与足细胞[14]。骨髓中造血干细胞分化为血管内皮细胞[15]、间充质干细胞、脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞和肌细胞[16]。此外，Gupta等[17]研究表明，MSCs可能具有分化为交叉生殖细胞、改善生殖系统的功能。

3MSCs

3.1MSCs的抗氧化应激作用MSCs具有不需要配型的优势。同时，全骨髓或造血干细胞移植前不需要调节MSCs[18]。目前认为MSCs不仅能促进组织再生及分化潜能，而且还具有清除氧化应激的作用。MSCs具有强大的增殖能力和较强的多向分化潜能，而且不涉及伦理学问题，又具有取材方便、便于自体移植、外源性基因转染等优点。Imasawa等[19]研究表明，MSCs具有清除活性氧类和活性氮物质等有害作用，其机制可能与细胞有效清除过氧化氢和过氧亚硝基阴离子的能力有关，损伤局部的缺血缺氧微环境和炎症环境均能引起活性氧复合物的释放，体内活性氧类的大量堆积通过激活许多信号转导通路损伤细胞，促使细胞凋亡、坏死和组织损伤。此外，MSCs具有解毒酶活性物种的主要机制，防止氧化损伤的蛋白质组和基因组[20]。因此，干细胞的抗氧化应激作用是MSCs移植治疗缺血性疾病的重要机制。在氧化应激的多条通路中，雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路发挥着重要的作用，mTOR通路是介导细胞生长和阻止细胞死亡的重要信号转导通路,同时参与细胞凋亡的调控[21]，研究显示mTOR信号的小分子抑制剂可以通过降低抗凋亡基因1(myeloid cell leukemia-1，Mcl-1)的表达和增加磷酸化的细胞死亡调解子(Bcl-2 interacting mediator,Bim)表达来促进凋亡。由于Bim可以直接刺激Bcl-2蛋白相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)和Bcl-2蛋白拮抗剂(Bcl-2 antagonist/killer,Bak)的表达，并且间接与抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL和Mcl-1结合，Bim表达水平的上调抑制了mTOR信号通路的活化，最终导致促/抗凋亡蛋白失衡，从而发生凋亡，产生强烈的抗氧化应激作用。

3.2MSCs抗纤维化作用抗纤维化作用的骨髓MSCs可以是直接的，即通过调节细胞外基质蛋白合成和降解，或间接的，即通过调节免疫机制减少白细胞浸润和(或)纤维化细胞因子分泌的[21]。MSCs可以表达主要组织相容性复合体Ⅰ类和Ⅱ类[22]，MSCs能够抑制单核细胞分化为树突状细胞前体的激活及成熟树突状细胞功能的改变[23]。因此，MSCs间接限制自然杀伤细胞和T淋巴细胞的细胞毒性作用。MSCs促进调节性T淋巴细胞同时诱导抗原特异性耐受[24]。MSCs降低IL-5、IL-12及肿瘤坏死因子α的分泌，从而减少白细胞浸润到损伤组织。此外，MSC通过对Th1型细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-12、肿瘤坏死因子α和γ干扰素)表达的下调和Th2细胞因子分泌营养因子的调节(IL-4、IL-10)改善组织炎症[25]。MSCs同时具有间接分泌体内和体外多种营养因子的作用，如血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、类胰岛素样生长因子1、肝细胞生长因子和表皮生长因子等。这些因素的生物效应可以是直接的，即触发细胞内信号转导的靶细胞，或间接的，即相邻细胞分泌的生物活性因子的诱导。因此，MSCs具有在受损的组织促进其再生的作用，MSCs能够通过分泌作用改善微环境，如MSCs分泌抗凋亡因子(如肝细胞生长因子和胰岛素样生长因子)在心肌梗死和急性肾衰竭模型中防止实质细胞死亡；MSCs在神经元损伤模型中分泌神经生长因子、脑源性神经营养因子等神经源性因素诱导内源性祖细胞增殖分化；MSCs在急性心肌梗死和急性缺血性肾衰竭模型中分泌的血管内皮生长因子和碱性成纤维因子促进血管新生血管生成和血管生成；同时MSCs归巢到受损的器官，可以保护组织内源性组织再生的机制和(或)分化为组织特异性细胞。此外，MSCs移植已成功应用于人类患者治疗不同的病症，如移植物抗宿主病、脑卒中、心肌梗死、异染性脑白质、特发性再生障碍性贫血、成骨不全症。

3.3MSCs在肾脏重构的作用MSCs在肾血管重构中发挥了关键作用，在Alport综合征和肾小球肾炎小鼠模型中MSCs促进间质成纤维细胞、肾小球系膜细胞、足细胞和肾小管上皮细胞再生，因此MSCs在改善Alport综合征和肾小球肾炎临床症状上有重要意义[26]。在急性肾小管上皮细胞损伤的肾小球肾炎动物模型中，供体MSCs有助于肾小球和肾小管功能和结构的恢复；在大鼠残余肾模型，MSC移植改善肾纤维化及减少肾小球硬化指数，其机制可能与亲纤维化分子(如Ⅰ型胶原)表达的减少相关。MSCs促进Ⅲ型胶原、纤连蛋白、波形蛋白、抗平滑肌抗体、角蛋白和转化生长因子β等生成，减少基质金属蛋白酶9及其组织抑制物表达；在急性肾损伤动物模型有利于MSC移植。MSCs分泌胰岛素样生长因子降低细胞凋亡，增加近端肾小管上皮细胞的增殖。研究表明，MSCs治疗狼疮性肾炎急性肾衰竭具有显著的安全性和有效性[27]。

3.4MSCs在肾衰竭中的作用在临床上，MSCs治疗可用于预防或逆转糖尿病患者肾衰竭。在免疫缺陷的非肥胖糖尿病小鼠模型，大量心肌内注射MSCs后(≈250×106/kg)，在肾脏中发现了一些供体细胞再生[28]。而无法确认这些再生细胞是否有功能，移植MSCs在小鼠模型治疗期或随访期中并未出现肾衰竭。低剂量链脲佐菌素诱导的1型糖尿病小鼠，心肌内注射MSCs后(≈静脉注射20×106/kg)表明同系骨髓MSCs减少微量白蛋白尿和促进肾组织的恢复[28]。相比之下，未经治疗的糖尿病小鼠蛋白尿增多同时肾小球发生玻璃样变及免疫复合物的沉积。链脲佐菌素单次高剂量注射糖尿病大鼠，心肌内输注异体MSCs(≈10×106/kg)与环孢素导致肾脏功能和结构改善[28]。以上研究表明，MSCs具有改善糖尿病肾病的作用，MSCs改善肾脏功能的机制可能是由于肾脏组织的保护或再生，同基因MSCs给予严重的糖尿病小鼠模型，无论1型糖尿病或2型糖尿病，糖尿病小鼠模型的肾衰竭进展均得到延缓。

4小结

目前，干细胞的研究有了新进展，尤其在糖尿病肾病方面，可通过胰岛干细胞治疗糖尿病，其机制为促进具有分泌胰岛素的胰岛B细胞生成[29]，多向分化及增殖潜能干细胞，充分解决胰岛细胞来源不足问题。但仍需要解决以下问题：①应采用何种方法评价疗效；②细胞移植后将会有何不良反应；③免疫排斥、肿瘤生长以及干细胞动员过程中发生意外的可能性；④干细胞移植的适应证和禁忌证；⑤选择何种细胞类型；⑥如何确定移植的时间窗；⑦采用何种移植方法;⑧如何在体示踪植入的干细胞。具体机制还需要展开多中心、大样本的随机对照的双盲临床试验，寻找基础研究与临床试验的交叉点，为干细胞移植治疗糖尿病肾病发挥更大的疗效。

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医学影像学

摘要：糖尿病肾病是一种肾脏损伤和心血管疾病的风险增加的临床综合征，其危险因素主要有性别、遗传因素、肾血流动力学和糖尿病发病年龄。微量白蛋白尿是肾脏损害的早期临床检测标志。目前还没有能治愈糖尿病肾病的方法，姑息性治疗策略包括控制血糖、血压和尿蛋白。在高级阶段患者接受肾替代疗法，包括血液透析和肾移植。然而，肾源有限，治疗费用昂贵，限制了肾移植疗法的应用。随着肾功能进一步的恶化，肾衰竭严重，导致患者病死率增加。

关键词：糖尿病肾病；干细胞；骨髓间充质干细胞

Research Progress on Stem Cells and Diabetic NephropathyYANGPinga,HANYingb.(a.DepartmentofDermatology;b.DepartmentofEndocrinology,TaiheHospitalAffiliatedtoHubeiMedicalCollege,Shiyan442000,China)

Abstract:Diabetic nephropathy is a syndrome of kidney damage with increased risk of cardiovascular disease.The major risk factors of the disease include gender,genetic factors,renal hemodynamics and diabetes onset age,etc.Microalbuminuria is a clinical testing sign of early kidney damage.There is currently no treatment method to cure diabetic nephropathy patients,palliative treatment strategies include medications to control the levels of blood glucose,blood pressure and urine protein.In advanced stage,patients accepted renal replacement therapy,including hemodialysis and renal transplantation.Unfortunately,renal source is so limited and expensive,which limits the kidney transplantation therapy.Therefore,as the renal functions of the patients further aggravate,renal failure will exacerbate and leads to an increased mortality rate.

Key words:Diabetic nephropathy; Stem cells; Bone marrow mesenchymal stem cells

收稿日期：2013-08-20修回日期：2014-12-12编辑：相丹峰

中图分类号:R587.1

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)05-0859-03