干细胞治疗肾脏疾病的基础研究进展

李嘉琦，杨素萍，杨扬，李天祎，马逸群，王家平

昆明医科大学第二附属医院，昆明650101

肾脏病根据病因可分为原发性、继发性和遗传性，目前主要采取肾脏替代疗法，即肾移植和维持性透析，这两种方法存在一定的局限性。干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的原始未分化细胞，主要分为成体干细胞、胚胎干细胞、诱导多能干细胞三大类，其中成体干细胞又可分为内皮祖细胞、间充质干细胞、尿源干细胞等。研究发现，干细胞可以通过直接分化、旁分泌效应等方式对肾脏起到保护作用。随着再生医学的发展，干细胞移植逐渐为肾脏疾病的治疗提供了新思路。现将干细胞在慢性肾脏病(CKD)、糖尿病肾病(DN)、急性肾损伤(AKI)、IgA肾病中的治疗现状综述如下。

1 干细胞治疗CKD

CKD是由多种原因引起的肾脏结构和功能障碍的一种不可逆疾病。CKD的治疗手段有限，目前主要采取维持性透析和肾移植治疗，但这种治疗方法存在一些问题，包括缺乏供体来源、免疫排斥反应、手术费用高等。

骨髓间充质干细胞在体内能够定向向受损组织及慢性炎症部位迁移[1]，并可直接分化为肾实质细胞或通过旁分泌作用产生一系列转化生长因子[2]，在促进肾损伤修复方面具有积极作用。白彝华等[3]将骨髓间充质干细胞经不同途径注入阿霉素慢性肾脏病大鼠体内，肾脏病理结果显示,相比于阿霉素慢性肾脏病对照组，植入干细胞组大鼠肾脏损伤情况有所改善，且经肾动脉途径移植效果较外周静脉好。 董晨等[4]将骨髓间充质干细胞注入阿霉素慢性肾脏病大鼠，发现大鼠肾组织中nephrin mRNA表达明显升高，同时尿蛋白降低、血白蛋白升高、血胆固醇降低；推测骨髓间充质干细胞移植对阿霉素肾病大鼠的保护作用可能通过提高nephrin mRNA的表达而实现。张勇等[5]将骨髓间充质干细胞通过尾静脉注入慢性环孢素大鼠，发现干细胞治疗组血肌酐、尿素氮水平均得到明显改善，且其间质纤维化程度也低于模型组，肾功能明显改善。赵雅培等[6]将尿源干细胞注入CKD大鼠体内，发现尿源干细胞对CKD大鼠生化指标及肾功能有明显改善作用。外源性内皮祖细胞也已成功用于CKD动物模型。研究发现，对CKD猪输入自体内皮祖细胞可以改善微血管系统，保护缺血的肾脏[7]。在其他一些CKD动物模型中发现，注入自体内皮祖细胞联合血管重建术可以恢复血流动力学、恢复肾功能为肾脏供氧等，提示内皮祖细胞对慢性肾脏血管疾病有一定治疗作用[8，9]。

以上研究表明，干细胞能够改善肾功能，降低组织学损害，减轻肾组织纤维化，虽然其机制目前尚未完全明确，但不能否认干细胞移植对肾脏损伤组织存在积极保护作用。由于CKD的进展机制较为复杂，因此关于干细胞治疗CKD仍存在一定争议，仍需更多试验和临床研究来评估其可行性和疗效。

2 干细胞治疗DN

DN的发病机制涉及各种炎症因子、生长调节因子、趋化因子等相互作用，产生级联反应，目前尚无有效方法阻止DN的发生发展。

近年来，已有学者对间充质干细胞治疗DN的效果及机制进行探讨。Ezquer等[10]研究发现，将自体骨髓间充质干细胞植入小鼠体内，其胰岛素水平无明显提高，但尿蛋白及肾脏病理学却有显著改善，并在其肾内发现骨髓间充质干细胞。该研究团队[11]还发现，间充质干细胞移植后归巢于NOD/SCID鼠胰岛组织，分化为胰岛素分泌细胞，在一定程度上可以改善胰岛功能，降低血糖与尿糖含量，延缓DN的发生发展。周虹等[12]将大鼠间充质干细胞用于DN大鼠的治疗，移植后一段时间发现，移植组血糖、尿总蛋白、肾脏肥大指数等较对照组降低，提示间充质干细胞在体内可以向DN大鼠肾脏趋化并延缓其病情进展。Lv等[13]报道，骨髓间充质干细胞除了能有效降低DN小鼠的血糖、尿蛋白排泄率、血肌酐等，还可以通过分泌骨形态发生蛋白7抑制转化生长因子β/Smad信号通路，从而改善肾小球纤维化。Zhang等[14]将脂肪间充质干细胞通过尾静脉注入DN小鼠体内，一段时间后发现尿蛋白排泄率减少，肾脏病理损伤减轻，提示脂肪间充质干细胞可以通过分泌营养因子减轻足细胞损伤；与对照组比较，治疗组小鼠肾脏形态相对正常，纤维沉积物较少。尽管目前研究者发现脂肪间充质干细胞对DN有一定作用，但其在肾脏中的低保留及低存活率限制了其应用。有研究者将诱导的诱导多能干细胞移植入DN小鼠体内，血糖水平得到改善，但效果不如胰岛素；且诱导多能干细胞转化效率低，未分化的诱导多能干细胞在动物体内有成瘤风险。以上研究表明，干细胞在一定程度上能减轻DN大鼠肾脏病理学及功能学损害，恢复肾功能，但是某些方面还存在不足。

此外还有研究发现，干细胞衍生的外泌体对改善DN损伤存在积极作用。Nagaishi等[15]采用骨髓间充质干细胞衍生的外泌体干预DN大鼠模型，发现其能够通过抑制肾小管间质纤维化和肾小球系膜基质扩张，减少尿蛋白排泄。Jiang等[16]经过体外及体内研究发现，尿源干细胞的外泌体不仅能够减少尿量和尿微蛋白排泄，还可以防止肾小管上皮细胞及足细胞凋亡，表明干细胞衍生的外泌体具有治疗DN损伤的潜力。但是通过哪种途径注入干细胞归巢率最优、大剂量干细胞治疗是否会被非治疗组织截留、注入干细胞治疗是否会有不良反应等，这些问题仍有待解决。

3 干细胞治疗AKI

AKI是由各种病因引起的肾功能快速下降而出现的临床综合征，如果得不到有效的治疗，将危及患者生命。目前AKI的治疗主要以控制原发病为主，透析和肾脏移植在一定程度上也可以减轻其症状，但并不能从根本上治疗AKI。

干细胞在治疗AKI时，存在分化及非分化两种机制。分化机制为干细胞可以分化为肾脏内各种实质细胞如肾小管上皮细胞、肾小球系膜细胞、足细胞等。Poulsom等[17]将雄性小鼠骨髓间充质干细胞移植给雌性小鼠后，发现可以在雌性小鼠肾小管上皮细胞中检测到Y染色体，后续实验发现骨髓间充质干细胞参与急性肾损伤肾小管上皮细胞的修复过程。Imasawa等[18]利用携带绿色荧光蛋白(GFP)标记的转基因小鼠模型进行实验，发现骨髓间充质干细胞有分化为肾小球系膜细胞的潜能。万建新等[19]给AKI小鼠移植携带GFP的骨髓间充质干细胞，结果表明其肾功能明显改善，且肾小管中GFP阳性细胞可以表达特异性功能蛋白megalin，说明这些细胞相当于有肾功能的肾小管上皮细胞，表明骨髓间充质干细胞可分化为肾小管上皮细胞。此外也有研究者将雄性骨髓间充质干细胞移植入雌性小鼠中，可以检测到Y染色体阳性的足细胞，提示骨髓间充质干细胞可以分化为足细胞。以上证据表明间充质干细胞可直接分化为肾脏相关细胞，在一定程度上可以改善肾功能。

非分化机制可能是通过旁分泌机制、微泡、抗炎及抗纤维化机制等发挥作用。Cheng等[20]通过111铟-羟基喹啉标记骨髓间充质干细胞，经尾静脉注射到急性肾损伤大鼠体内，处死大鼠检测骨髓间充质干细胞在体内的分布情况，结果显示在肾脏内的分布仅5.4%，且1周后不能检出。而包膜下注射骨髓间充质干细胞则存活时间相对较长，因移植的干细胞没有直接进入肾实质而在包膜下，说明骨髓间充质干细胞可能是通过旁分泌机制保护肾脏。Pei等[21]通过尾静脉将微泡及骨髓间充质干细胞注入AKI小鼠模型中，相比于空白对照组，实验组肌酐、蛋白尿水平均明显改善，表明微泡在一定程度上具有肾脏保护作用。Furuichi等[22]将处理过的脂肪间充质干细胞通过尾静脉注射至AKI小鼠模型中，发现肾小管上皮细胞的坏死及间质炎症细胞的浸润程度减轻，炎症因子和趋化因子的表达减少，证实间充质干细胞具有强大的抑制炎症及纤维化的作用，具有改善肾功能的作用。

相比于传统方法，干细胞移植在AKI领域有着明显优势，随着其安全性、有效性的进一步提高，AKI的治疗必将发生改观。

4 干细胞治疗IgA肾病

IgA肾病是以系膜区IgA沉积或伴有免疫球蛋白在肾小球系膜区沉积的原发性肾小球疾病，免疫功能紊乱在IgA肾病发病中起重要作用。目前IgA肾病主要的治疗方法仍局限于糖皮质激素、雷公藤多苷、ACEI等非特异性治疗上。寻找新的抑制IgA沉积促进肾小球功能恢复的方案迫在眉睫。

Kunter等[23]将骨髓间充质干细胞用GFP标记并植入IgA肾病鼠体内，发现系膜区可见表达GFP的骨髓间充质干细胞，且该区域IgA堆积明显减少，肾功能得到明显改善。王志奇[24]在IgA肾病鼠中注入脐带间充质干细胞，治疗后可以检测到肾中CD44表达，说明间充质干细胞存在归巢现象；且IgA肾病小鼠血尿、蛋白尿、血肌酐、尿素氮均降低，说明脐带间充质干细胞能明显改善肾功能，治疗组VEGF蛋白表达增高、CTGF蛋白表达减少，证明脐带间充质干细胞可以通过上调VEGF蛋白表达、降低CTGF表达来达到治疗肾病的目的。以上研究表明，间充质干细胞在治疗IgA肾病时归巢机制及某些蛋白的调节发挥一定作用。也有研究者通过采取异基因骨髓移植治疗慢性粒细胞白血病伴IgA肾病，发现不仅白血病被治愈，肾小球基膜上沉积的IgA也得以消除。Imasawa等[25]用IgA肾病模型小鼠造血干细胞移植给正常小鼠，正常小鼠血清IgA水平升高，肾小球基膜IgA沉积增多;研究者又将正常小鼠骨髓移植给肾病模型小鼠，发现其血清IgA水平降低，蛋白尿减少，所以认为正常的造血干细胞可以减轻对肾小球的损害。该研究组的后续研究提示，造血干细胞决定血清IgA的质量及数量的变化。

骨髓移植中来自于正常小鼠的骨髓干细胞不仅可以取代受体的免疫细胞，还可以促进小鼠肾小球细胞的再生，这个方法给IgA肾病的治疗带来可靠的策略。但是干细胞治疗IgA肾病仍处于基础研究阶段，许多问题仍待解决，例如纯度如何控制、如何控制免疫排斥反应、干细胞移植后细胞是如何到达受损部位等。

与传统治疗方法相比，干细胞疗法具有其独特的优势：一方面其来源广泛，来自不同途径的干细胞均可用于治疗；另一方面，来源自体的干细胞无免疫排斥反应。但目前还有很多问题需要解决，比如用何种类型干细胞进行治疗，干细胞的浓度如何确定，以及如何提高干细胞存活率、增加干细胞的归巢率等，并且胚胎干细胞、诱导多能干细胞的致瘤性可能会严重阻碍其临床进展。随着研究进一步深入，干细胞移植将为肾脏病的治疗提供更多选择。