越來越多的證據(jù)表明間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞 (MSC) 可用于治療不同的組織損傷。最初，間充質(zhì)干細(xì)胞的預(yù)期生理用途是由于它們能夠分化和替換受損細(xì)胞。然而，間充質(zhì)干細(xì)胞具有多種作用，包括能夠顯著調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。目前正在對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行神經(jīng)退行性疾病、移植物抗宿主病、腎損傷和其他慢性持續(xù)性組織損傷的測(cè)試。

干細(xì)胞治療急性腎損傷中的應(yīng)用——當(dāng)前可用數(shù)據(jù)和未來展望

現(xiàn)在才開始研究MSC在急性組織損傷中的應(yīng)用。急性腎損傷 (AKI) 是發(fā)病和死亡的常見原因。在原發(fā)性損傷后，免疫系統(tǒng)的過度激活最終會(huì)導(dǎo)致額外的繼發(fā)性潛在永久性腎臟損傷。MSC有可能改善繼發(fā)性損傷，最近的研究對(duì)其作用機(jī)制提供了重要的啟示。本文總結(jié)了間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性腎損傷的基礎(chǔ)知識(shí)、新發(fā)現(xiàn)的作用機(jī)制及其在AKI環(huán)境中的潛在應(yīng)用。

介紹

急性腎損傷 (AKI) 是一種腎功能在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)迅速惡化的綜合征。AKI是發(fā)病和死亡的常見原因，使 20%的住院患者陷入困境，其中一半需要腎臟替代治療。這種嚴(yán)重的AKI形式與死亡率增加50%以及其他毀滅性的長(zhǎng)期后果有關(guān)，包括終末期腎病 (ESRD) 和透析依賴。

急性腎損傷病因多種多樣，通常分為腎前性、腎內(nèi)性和腎后性AKI。最常見的一類是腎前性AKI，繼發(fā)于腎臟灌注不足。腎臟灌注不足可由出血、心功能不全和/或第三間隙液體導(dǎo)致的有效血容量減少引起。腎內(nèi)性AKI是由腎組織內(nèi)在損傷引起的，最常見的損傷是繼發(fā)于缺血再灌注損傷 (IRI) 的急性小管壞死。

其他腎內(nèi)性病因包括腎小球病變，如腎小球腎炎以及間質(zhì)和血管損傷。腎后性AKI是由輸尿管、膀胱出口或尿道阻塞引起的。無論主要原因是什么，急性腎損傷后都會(huì)激活腎內(nèi)炎癥級(jí)聯(lián)，如果不迅速控制，最終會(huì)導(dǎo)致額外的腎臟損傷和不可逆的腎臟纖維化（詳見下文）。

在過去十年中，越來越多的證據(jù)表明過度激活的免疫反應(yīng)在AKI的發(fā)展中起著重要作用。這一認(rèn)識(shí)為這種相對(duì)常見且危及生命的急性腎病的新治療策略鋪平了道路。不幸的是，盡管我們對(duì)AKI生物學(xué)的理解取得了進(jìn)展，但在日常臨床環(huán)境中治療AKI的選擇仍然有限。雖然透析作為一種支持療法可以相對(duì)有效地處理危險(xiǎn)的電解質(zhì)和容量并發(fā)癥，但仍需要一種可以抵消病理級(jí)聯(lián)的治療方法，因?yàn)椴±砑?jí)聯(lián)最終可能導(dǎo)致不可逆的腎組織損失。

急性腎損傷的免疫反應(yīng)

免疫系統(tǒng)在AKI機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用，涉及先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)分支。就先天免疫系統(tǒng)而言，細(xì)胞因子是主要介質(zhì)，據(jù)報(bào)道，AKI期間細(xì)胞因子產(chǎn)生增加而清除率降低。白細(xì)胞介素 (IL)-6、IL-8和腫瘤壞死因子 (TNF)-α通常會(huì)升高，與內(nèi)皮功能障礙和腎小管損傷有關(guān)。相反，IL-10通過促進(jìn)免疫耐受而具有改善作用。在AKI環(huán)境中，生長(zhǎng)因子還通過調(diào)節(jié)炎癥和程序性細(xì)胞死亡發(fā)揮作用。在急性損傷后及早施用表皮生長(zhǎng)因子 (EGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子 (IGF) 和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 (FGF) 等生長(zhǎng)因子可促進(jìn)動(dòng)物模型中的腎臟修復(fù)和腎功能恢復(fù)。

補(bǔ)體系統(tǒng)是先天免疫系統(tǒng)的一部分，在腎損傷的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用，參與腎小球、腎小管間質(zhì)和血管性腎損傷。補(bǔ)體系統(tǒng)的最終共同途徑是膜攻擊復(fù)合物，它誘導(dǎo)直接細(xì)胞損傷并引起中性粒細(xì)胞的激活和遷移，從而進(jìn)一步加劇損傷。抑制AKI中的補(bǔ)體系統(tǒng)已在臨床前研究中顯示出有希望的結(jié)果。

細(xì)胞對(duì)AKI的反應(yīng)包括促炎和抗炎特性。樹突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞均參與急性腎損傷，并且最早可在急性損傷后1小時(shí)檢測(cè)到。

這些細(xì)胞的參與可直接或間接誘導(dǎo)腎小管細(xì)胞凋亡。募集到受損腎臟的中性粒細(xì)胞會(huì)引起血管充血，再加上分泌的細(xì)胞毒性化合物（包括活性氧），進(jìn)一步加劇組織損傷。M1巨噬細(xì)胞釋放趨化因子、促炎細(xì)胞因子和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，從而形成過氧亞硝酸鹽。這些過氧亞硝酸鹽具有血管收縮作用，可加重缺血和炎癥損傷。淋巴細(xì)胞通過釋放IL-17（一種促炎細(xì)胞因子，也會(huì)增加血管通透性）來增強(qiáng)AKI。

相反，M2巨噬細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞對(duì)于抑制過度激活的炎癥反應(yīng)和再生受損的腎組織至關(guān)重要，并且在急性損傷恢復(fù)期間可檢測(cè)到。

免疫系統(tǒng)不同分支之間的關(guān)系可以加劇或減輕最終的傷害。為了引導(dǎo)細(xì)胞和因子減少破壞性，人們正在研究新的治療方法，包括使用干細(xì)胞療法。

什么是間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞 (MSC) 是成纖維細(xì)胞樣多能細(xì)胞，可分化為中胚層系細(xì)胞，包括脂肪細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和腎小管細(xì)胞。這些細(xì)胞具有自我更新特性，能夠替代受損細(xì)胞。

MSC具有三個(gè)主要特征：

• (1) 在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下保持塑性粘附；
• (2)表達(dá)CD105、CD73和CD90，不表達(dá)與間充質(zhì)無關(guān)的其他CD[包括CD45、CD34、CD14 或 CD11b、CD79-α 或 CD19 和人類白細(xì)胞抗原 (HLA) -DR表面分子]；
• (3) 能夠在體外分化為成熟的中胚層相關(guān)細(xì)胞系。

與胚胎干細(xì)胞不同，MSC甚至存在于成人的許多器官中。

在過去的二十年中，不同來源的MSC被用于不同的臨床試驗(yàn)環(huán)境。例如，骨髓來源的MSC用于治療兒童移植物抗宿主病，自體骨髓MSC用于治療心臟病，骨髓和脂肪來源的MSC均用于治療克羅恩病相關(guān)的腸外瘺疾病。

在神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域，MSC正在用于研究肌萎縮側(cè)索硬化癥、多系統(tǒng)萎縮、帕金森病、阿爾茨海默病和多發(fā)性硬化癥。雖然動(dòng)物研究很有希望，但臨床研究卻顯示出相互矛盾的結(jié)果。在退行性疾病領(lǐng)域取得的令人鼓舞的成果可能與MSC在這些疾病環(huán)境中對(duì)免疫因素的影響有關(guān)。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性腎損傷

在AKI的情況下，MSC可對(duì)受損腎臟發(fā)揮保護(hù)作用并改善組織損傷。MSC的有益作用在注射后早期就顯而易見，可歸因于以下旁分泌相關(guān)機(jī)制（表1和圖1）：

• M2巨噬細(xì)胞CD68/CD163數(shù)量增加。如上所述，這些M2巨噬細(xì)胞具有抗炎和促再生特性。
• 從促炎細(xì)胞因子TNF-α和 IL-1β 轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡准?xì)胞因子IL-10，同時(shí)歸巢粘附分子、細(xì)胞內(nèi)粘附分子 (ICAM-1) 和血管細(xì)胞粘附分子 1 (VCAM-1) 的表達(dá)有利。
• 對(duì)補(bǔ)體系統(tǒng)過度激活和膜攻擊復(fù)合物產(chǎn)生的相關(guān)細(xì)胞損傷有抑制作用。
• 釋放促血管生成生長(zhǎng)因子，如 VEGF 和增殖生長(zhǎng)因子 (IGF、EGF)，促進(jìn)細(xì)胞修復(fù)和促進(jìn)細(xì)胞再生。
• 外泌體——細(xì)胞間通訊領(lǐng)域最令人興奮的發(fā)現(xiàn)之一。外泌體是大多數(shù)真核細(xì)胞產(chǎn)生的膜結(jié)合細(xì)胞外囊泡。它們的直徑約為30-120納米（大約相當(dāng)于脂蛋白的大小），含有其來源細(xì)胞的各種分子成分，包括蛋白質(zhì)、mRNA和miRNA或雙鏈DNA 。最近的研究表明，施用MSCs衍生的外泌體可以改善AKI環(huán)境中預(yù)期的腎臟損傷。
• 表觀遺傳效應(yīng)——基因表達(dá)的轉(zhuǎn)變。Xie等人證明，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的Klotho基因的過度表達(dá)可增強(qiáng)MSCs在AKI環(huán)境中的保護(hù)作用。Chen等人證明，MSCs在AKI環(huán)境中的保護(hù)作用可能與TNF誘導(dǎo)基因6蛋白表達(dá)有關(guān)。這種蛋白質(zhì)除了具有抗炎作用外，還能促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞增殖。

急性腎損傷的免疫機(jī)制和間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用的說明。急性腎損傷伴有炎性細(xì)胞因子增加、補(bǔ)體激活和免疫細(xì)胞激活。間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞抑制細(xì)胞因子釋放、補(bǔ)體系統(tǒng)激活和中性粒細(xì)胞遷移，同時(shí)促進(jìn) M2抗炎巨噬細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞增殖；

盡管臨床前研究的知識(shí)體系不斷增長(zhǎng)，但關(guān)于間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性腎損傷的臨床數(shù)據(jù)仍然很少。最近的一項(xiàng)研究使用MSCs治療心臟術(shù)后患者，未發(fā)現(xiàn)其對(duì)術(shù)后AKI有益。這一不幸結(jié)果可歸因于MSCs的給藥時(shí)間。在最接近 IRI開始時(shí)給藥MSCs時(shí)可獲得最佳效果。基于人類常用的血液標(biāo)志物（血清肌酐和尿素）對(duì)AKI的檢測(cè)通常較晚，在AKI和腎小管壞死已經(jīng)確診之后。在這種情況下，當(dāng)損傷已經(jīng)確診時(shí)，MSCs的潛在免疫學(xué)益處可能可以忽略不計(jì)。此外，MSCs本身也可能因過度激活的補(bǔ)體系統(tǒng)而受損。

除AKI外，越來越多的證據(jù)表明間充質(zhì)干細(xì)胞在治療慢性腎病 (CKD) 方面也有益。盡管迄今為止進(jìn)行的臨床研究納入的患者數(shù)量相對(duì)較少，但MSC能夠防止腎功能隨時(shí)間推移而惡化，這一證據(jù)看起來很有希望。

在患有慢性糖尿病腎病的患者中，與安慰劑相比，同種異體移植MSCs可改善腎功能。這種效果可歸因于血管生成和組織再生所需的VEGF和IGF-1的旁分泌，以及控制過度激活的免疫反應(yīng)的抗炎作用 ( 在大多數(shù)CKD出現(xiàn)嚴(yán)重硬化之前會(huì)出現(xiàn)這種反應(yīng)) 。

MSC可能對(duì)腎移植后患者產(chǎn)生有益作用的相關(guān)臨床情況之一是腎移植后患者。在移植后不久，IRI是AKI的主要原因之一。由于MSC具有上述免疫調(diào)節(jié)作用，臨床前試驗(yàn)已取得令人鼓舞的結(jié)果，目前臨床研究正在進(jìn)行中。

當(dāng)前可用的間充質(zhì)干細(xì)胞安全數(shù)據(jù)

在臨床環(huán)境中使用MSCs存在一些安全問題。

第一個(gè)問題與給藥技術(shù)有關(guān)。當(dāng)通過靜脈 (IV) 給藥時(shí)，大多數(shù)細(xì)胞位于肺部。當(dāng)肺毛細(xì)血管被這些細(xì)胞阻塞時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)通氣和呼吸困難。因此，應(yīng)避免使用高濃度的高劑量MSCs?。

第二個(gè)問題與在給藥供體細(xì)胞時(shí)將免疫系統(tǒng)暴露于外來細(xì)胞有關(guān)。幸運(yùn)的是，MSCs不會(huì)刺激強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，因?yàn)樗鼈冎槐磉_(dá)HLA-DR，但缺乏其他HLA分型。在一項(xiàng)CKD試驗(yàn)中，沒有患者產(chǎn)生持續(xù)的供體特異性抗HLA抗體。特別是，胎兒MSCs本質(zhì)上具有非常低的免疫原性，可用于克服這一潛在障礙。

最后一個(gè)問題與注射到活體中的多能細(xì)胞的增殖和分化有關(guān)，它們有可能轉(zhuǎn)化為惡性細(xì)胞。這種擔(dān)心可能無關(guān)緊要，因?yàn)榛|(zhì)細(xì)胞需要特殊的環(huán)境和信號(hào)因子才能充當(dāng)干細(xì)胞并分化，并且通常在給藥后無法存活。無論如何，為了解決這種情況，需要進(jìn)行更多長(zhǎng)期跟蹤的研究。

盡管仍缺乏具有長(zhǎng)期隨訪的臨床試驗(yàn)，但一些臨床前試驗(yàn)已解決了安全性問題。到目前為止，無論是臨床前研究還是臨床研究，均未報(bào)告嚴(yán)重不良反應(yīng)。

總結(jié)和未來展望

關(guān)于間充質(zhì)干細(xì)胞有益生理效應(yīng)的持續(xù)累積數(shù)據(jù)為目前僅通過支持療法治療的疾病提供了新的治療機(jī)會(huì)。雖然其他類型的干細(xì)胞（如造血干細(xì)胞）已用于臨床實(shí)踐，但有關(guān)MSC的臨床數(shù)據(jù)仍然很少。

在急性腎損傷的情況下，間充質(zhì)干細(xì)胞通過其旁分泌作用可以調(diào)節(jié)過度激活的炎癥反應(yīng)的危險(xiǎn)結(jié)果。間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性腎損傷為未來的新型療法帶來了希望，更好地了解這些細(xì)胞的免疫生物學(xué)效應(yīng)將有助于開發(fā)新的治療策略。

參考資料：Zilberman-Itskovich S and Efrati S (2020) Mesenchymal Stromal Cell Uses for Acute Kidney Injury—Current Available Data and Future Perspectives: A Mini-Review. Front. Immunol. 11:1369. doi: 10.3389/fimmu.2020.01369

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