间充质干细胞对足细胞损伤的治疗作用机制研究进展

时琛，王家平

昆明医科大学第二附属医院放射科，昆明 650000

足细胞是保证肾脏功能实现的重要结构，它是裂隙隔膜滤过屏障的重要组成部分，可阻止蛋白质进入尿液［1］；同时，足细胞可合成肾小球基底膜组分，并分泌血管内皮生长因子以维持肾小球内皮细胞完整性，从而保证滤过功能的实现［2］。多种疾病可造成足细胞损伤，如糖尿病肾病、狼疮性肾病、药物或毒物所导致的肾损伤、脓毒症、肾病综合征、IgA肾病及肾缺血再灌注损伤等。足细胞损伤的机制包括氧化应激、自噬、炎症和纤维化等，多种机制相互作用，最终导致足细胞凋亡。间充质干细胞（MSCs）可从多种组织（如骨髓、脐带和脂肪等）分离获取，免疫原性低，可通过定植于受损部位、分化为受损细胞、旁分泌等途径发挥作用。现就MSCs对足细胞损伤的治疗作用机制相关研究进行综述，以期为相关临床研究提供理论依据。

1 促进足细胞分化

MSCs归巢并分化为足细胞样细胞是非常经典的观点。足细胞属于终末细胞，其损伤后足细胞前体细胞的增殖和迁移效率低下，因此MSCs的分化潜能可为治疗足细胞损伤发挥重要作用。XIA等［3］用绿色荧光蛋白标记骨髓间充质干细胞（BMSCs），采用BMSCs动脉移植治疗阿霉素肾病大鼠，于移植后1 d在肾小球和肾小管中观察到绿色荧光，证实MSCs归巢。ZHANG等［4］在体外成功诱导脂肪来源间充质干细胞（AD-MSCs）分化为足细胞样细胞，诱导分化的细胞表达足细胞标志蛋白nephrin和podocin。他们进一步将诱导分化的足细胞移植到阿霉素诱导的肾病小鼠模型中，验证了该类细胞的肾脏修复作用。

肾小球壁层上皮细胞（PECs）和足细胞来源于同一细胞谱系。随着年龄增长，小鼠足细胞损失增多，PECs迁移分化为足细胞，表达足细胞标志蛋白nephrin和podocin等［5］。MSCs除可分化为足细胞，对PECs也具有调节作用，能使促纤维化PECs减少并促进再生PECs转化为足细胞。PECs转化为足细胞经历两个过程［6］：在损伤早期，PECs聚集于肾小球，其表型为活化的CD44＋细胞，促纤维化PECs表达CD44，MSCs移植能够降低该类PECs的丰度至正常水平，减轻PECs的促纤维化活性、保留足细胞表型［7］；第二个阶段是损伤28 d左右，PECs表达足细胞标志蛋白但不表达CD44，该阶段PECs转化补充足细胞，足细胞数量明显增加［6］。MSCs可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路实现PECs的足细胞转化。有实验结果显示，接受MSCs移植的阿霉素肾病大鼠肾小球足细胞的数量较对照组显著增加［8］。研究表明，Wnt/β-catenin信号通路与足细胞功能障碍密切相关，并且在β-catenin缺陷小鼠体内观察到由PECs形成的足细胞［9-10］。

2 抗氧化应激

氧化应激在慢性肾脏病的发生发展过程中发挥重要作用，其产生的活性氧（ROS）与足细胞损伤密切相关［11］。肾脏ROS的主要来源物质是NADPH氧化酶，如非吞噬细胞氧化酶（NOX）家族，降低其含量将有效保护足细胞。有学者将人脐带MSCs经肾动脉注入糖尿病肾病大鼠体内，有效降低NOX1和NOX2表达，减轻足细胞损伤，保护残余肾功能［12］。同时，研究者发现，NOX4在肾脏中选择性表达，因此更加关注NOX4在肾脏疾病治疗中的作用。NOX4基因缺失使肾超氧化物生成增多，沉默NOX4可明显抑制ROS生成，发挥抗氧化应激作用［13］。

足细胞损伤修复与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路和Wnt/β-catenin通路关系密切。Wnt/β-catenin常由晚期氧化蛋白产物（AOPPs）激活。AOPPs是氧化的血浆蛋白的副产物，在血浆中逐渐积累后诱导肾组织中促氧化酶的活性，损伤足细胞［11］。AOPPs通过与作用于足细胞膜上的糖基化终产物受体结合，使NOX2表达上调，激活Wnt/βcatenin通路从而介导损伤，Wnt阻断剂和β-catenin基因敲除可阻断该过程［14］。NI等［15］研究发现，MSCs对Wnt/β-catenin通路有抑制作用，可延缓糖尿病肾病进展。p38被磷酸化激活时，足细胞凋亡增多，而沉默NOX4时，p38磷酸化受到抑制，因而NOX4通过激活MAPK通路介导足细胞凋亡［13］。MSCs的旁分泌作用可抑制该过程。研究表明，MSCs可将miR-100-5p或miR-181a-2-3p转移至受损细胞内，直接或间接靶向NOX4，减少ROS生成，发挥抗氧化应激作用［13，16］。

3 抗足细胞自噬

自噬在维持足细胞稳态中起重要作用，一定程度的自噬活性可以保护足细胞。研究显示，醛固酮通过盐皮质激素受体诱导氧化应激，激活足细胞自噬［17］；醛固酮可上调自噬标志物表达，使微管相关蛋白轻链（LC）3Ⅰ向LC3Ⅱ转化，自噬抑制剂可抑制该过程，但可加重足细胞损伤。因此，在醛固酮诱导的足细胞损伤中，自噬发挥了保护作用。有学者［18］利用脂多糖诱导足细胞损伤模型，发现足细胞自噬亦发挥了保护足细胞的作用。还有研究发现，在狼疮性肾炎中，自噬激活与足细胞损伤程度呈负相关，自噬标志物LC3BⅡ在T细胞中表达［19］。自噬对足细胞的保护作用可能通过两种方式实现。一是抑制血管内皮生长因子（VEGF）［20］：足细胞是VEGF的主要产生者，而VEGF高表达可提高滤过屏障对于大分子的通透性，促使蛋白尿形成［21］。二是抑制补体对足细胞的攻击从而减少凋亡：有学者对MPC5细胞应用自噬增强剂雷帕霉素，发现可有效减轻补体攻击引起的足细胞形态、应力纤维改变及损伤、凋亡［22］，这是膜性肾病足细胞的自噬保护机制。

自噬作为凋亡前的适应性行为，其保护作用和细胞凋亡之间发生失衡，最终导致足细胞损伤［23］。MSCs被证实可通过多种途径调节细胞自噬［24］。AD-MSCs来源外泌体可以抑制高糖诱导的MPC5细胞和糖尿病小鼠的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号激活，并抑制自噬［25］。BMSCs可抑制过氧化氢诱导的足细胞内PI3K/AKT/mTOR信号通路激活，减轻足细胞异常自噬和凋亡，转染miRNA-124后的BMSCs可以增强上述效应［26］。因此，MSCs很有可能作用于mTOR信号通路，减轻足细胞自噬，发挥保护足细胞的作用。

4 调节炎症反应

炎症反应是足细胞损伤最常见的机制之一。近年足细胞损伤炎症机制相关研究中，对炎症小体的研究越来越深入，如NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体。NLRP3在糖尿病肾病［27］、狼疮性肾炎［28］、IgA肾病［29］、醛固酮和血管紧张素Ⅱ诱导的足细胞损伤［30-31］等多种足细胞相关疾病中发挥作用。将MSCs经动脉注射入阿霉素肾病大鼠体内，可有效降低NLRP3及炎症因子单核细胞趋化蛋白1、肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达。JIANG等［32］提出，NLRP3炎症小体接受沉默信息调节因子1（SIRT1）的靶向调控，敲除SIRT1的小鼠蛋白尿明显增加，并异常激活NLRP3炎症小体，而用MSCs来源的外泌体干预脓毒症小鼠后，可激活SIRT1，并延缓肾功能恶化［33］。MSCs通过旁分泌作用靶向Toll样受体（TLR）信号及转化巨噬细胞进而调节炎症因子表达。WANG等［34］报道，糖尿病高糖环境可激活TLR信号通路，促进核因子κB（NF-κB）磷酸化，上调各种炎症因子如白细胞介素1β（IL-1β）、TNF-α等表达；MSCs可通过上调肝细胞生长因子水平，使TLR2、TLR4 mRNA和蛋白表达降低，抑制NF-κB-p65从胞质向胞核转移，降低炎症因子水平。MSCs还能通过诱导巨噬细胞转化为M2型进而减轻足细胞损伤。ZHANG等［35］研究显示，狼疮性肾病模型中，巨噬细胞可直接损伤足细胞，而给予脐带MSCs干预可增加CD206表达，减轻肾巨噬细胞浸润，巨噬细胞转化为M2型，降低TNF-α、IL-1β表达，上调抗炎因子IL-10表达，从而减轻狼疮性肾病的足细胞损伤。

5 抗纤维化

上皮—间充质转化（EMT）是指分化的上皮细胞发生表型转化，转化成基质成纤维细胞和肌成纤维细胞的过程。当肾小管上皮细胞处于刺激条件下，会产生各种趋化因子和细胞因子，吸引炎症细胞聚集、浸润，浸润的细胞又产生多种可溶性因子，在多种细胞因子构成的微环境中，足细胞、肾小管上皮细胞等为适应环境而改变细胞表型，表型改变导致足细胞功能障碍，发生蛋白尿和肾小球硬化［36］。多种细胞内信号转导通路如转化生长因子β（TGF-β）/Smad、Wnt/β-catenin通路在EMT中起着至关重要的作用。TGF-β可诱导足细胞发生EMT［37］。LV等［38］发现，MSCs通过分泌骨形态发生蛋白7，抑制高糖诱导的TGF-β/Smad3信号转导，使糖尿病大鼠Ⅰ、Ⅱ型胶原蛋白减少、α-平滑肌肌动蛋白表达减少。同时，MSCs通过抑制陷窝蛋白1磷酸化从而抑制β-catenin活化，使Ⅰ型胶原蛋白和纤维连接蛋白表达降低［39］。除此之外，有学者将MSCs分泌的外泌体与足细胞共培养，发现外泌体可介导miR-215-5p到足细胞的穿梭，负向调节E盒结合锌指蛋白2基因，抑制足细胞EMT［40］。

6 抗足细胞凋亡

足细胞凋亡是多种病因导致足细胞损伤的最终结果。前述各项机制均可与足细胞凋亡相联系，MSCs则通过对上述机制的调节，减少足细胞凋亡。此外，MSCs也可直接靶向凋亡机制。许多证据表明，MSCs的抗凋亡作用依赖于外分泌途径。MSCs可通过分泌细胞因子、介导miRNA的穿梭、影响足细胞标志蛋白表达或靶向足细胞内细胞因子表达，从而保护足细胞。在糖尿病肾病中，AD-MSCs可分泌表皮生长因子，减轻高糖诱导的足细胞损伤和凋亡；进一步研究发现，AD-MSCs可通过外分泌途径阻止足细胞骨架蛋白突触素的下调和重排及下调Caspase-3蛋白表达，从而实现以上功能［41］。人尿源性干细胞中的miR-16-5p可通过外泌体途径转移至足细胞，靶向足细胞内的VEGFA，抑制VEGFA表达和足细胞凋亡［42］。有学者发现，骨髓基质干细胞能通过调节Caspase-3、LC3Ⅱ/Ⅰ、p62、Bcl-2和Bax从而保护受损的足细胞，使其免于异常凋亡和自噬［26］。Caspase-3是细胞凋亡主要标志物之一。有学者将MSCs作用于高糖诱导损伤的小鼠肾足细胞，发现Caspase-3表达下调，足细胞凋亡减少，基质细胞衍生因子1转染的MSCs可增强上述效应［43］。

总之，MSCs可通过多种途径促进足细胞损伤修复，减轻足细胞凋亡，起到保护足细胞的作用。虽然MSCs在治疗足细胞损伤方面有很好的应用前景，但仍存在许多不足：MSCs治疗的安全性需要进一步研究，且MSCs的注射途径及数量尚无统一标准；外泌体提取步骤繁琐，提取数量微小，因此，MSCs的推广应用还面临很多挑战。随着对MSCs的研究不断深入，学者们尝试对分泌囊泡内容物进行研究，以期从分子层面实现MSCs的治疗作用。