越來(lái)越多的證據表明間充質(zhì)基質(zhì)細胞 (MSC) 可用于治療不同的組織損傷。最初，間充質(zhì)干細胞的預期生理用途是由于它們能夠分化和替換受損細胞。然而，間充質(zhì)干細胞具有多種作用，包括能夠顯著(zhù)調節免疫反應。目前正在對間充質(zhì)干細胞進(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性組織損傷的測試。

干細胞治療急性腎損傷中的應用——當前可用數據和未來(lái)展望

現在才開(kāi)始研究MSC在急性組織損傷中的應用。急性腎損傷 (AKI) 是發(fā)病和死亡的常見(jiàn)原因。在原發(fā)性損傷后，免疫系統的過(guò)度激活最終會(huì )導致額外的繼發(fā)性潛在永久性腎臟損傷。MSC有可能改善繼發(fā)性損傷，最近的研究對其作用機制提供了重要的啟示。本文總結了間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷的基礎知識、新發(fā)現的作用機制及其在A(yíng)KI環(huán)境中的潛在應用。

介紹

急性腎損傷 (AKI) 是一種腎功能在數小時(shí)或數天內迅速惡化的綜合征。AKI是發(fā)病和死亡的常見(jiàn)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。這種嚴重的AKI形式與死亡率增加50%以及其他毀滅性的長(cháng)期后果有關(guān)，包括終末期腎病 (ESRD) 和透析依賴(lài)。

急性腎損傷病因多種多樣，通常分為腎前性、腎內性和腎后性AKI。最常見(jiàn)的一類(lèi)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/或第三間隙液體導致的有效血容量減少引起。腎內性AKI是由腎組織內在損傷引起的，最常見(jiàn)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(wú)論主要原因是什么，急性腎損傷后都會(huì )激活腎內炎癥級聯(lián)，如果不迅速控制，最終會(huì )導致額外的腎臟損傷和不可逆的腎臟纖維化（詳見(jiàn)下文）。

在過(guò)去十年中，越來(lái)越多的證據表明過(guò)度激活的免疫反應在A(yíng)KI的發(fā)展中起著(zhù)重要作用。這一認識為這種相對常見(jiàn)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有效地處理危險的電解質(zhì)和容量并發(fā)癥，但仍需要一種可以抵消病理級聯(lián)的治療方法，因為病理級聯(lián)最終可能導致不可逆的腎組織損失。

急性腎損傷的免疫反應

免疫系統在A(yíng)KI機制中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，涉及先天性和適應性免疫系統分支。就先天免疫系統而言，細胞因子是主要介質(zhì)，據報道，AKI期間細胞因子產(chǎn)生增加而清除率降低。白細胞介素 (IL)-6、IL-8和腫瘤壞死因子 (TNF)-α通常會(huì )升高，與內皮功能障礙和腎小管損傷有關(guān)。相反，IL-10通過(guò)促進(jìn)免疫耐受而具有改善作用。在A(yíng)KI環(huán)境中，生長(cháng)因子還通過(guò)調節炎癥和程序性細胞死亡發(fā)揮作用。在急性損傷后及早施用表皮生長(cháng)因子 (EGF)、胰島素樣生長(cháng)因子 (IGF) 和成纖維細胞生長(cháng)因子 (FGF) 等生長(cháng)因子可促進(jìn)動(dòng)物模型中的腎臟修復和腎功能恢復。

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

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

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

相反，M2巨噬細胞和調節性T細胞對于抑制過(guò)度激活的炎癥反應和再生受損的腎組織至關(guān)重要，并且在急性損傷恢復期間可檢測到。

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

什么是間充質(zhì)干細胞

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

MSC具有三個(gè)主要特征：

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

與胚胎干細胞不同，MSC甚至存在于成人的許多器官中。

在過(guò)去的二十年中，不同來(lái)源的MSC被用于不同的臨床試驗環(huán)境。例如，骨髓來(lái)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(lái)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索硬化癥、多系統萎縮、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)境中對免疫因素的影響有關(guān)。

間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷

在A(yíng)KI的情況下，MSC可對受損腎臟發(fā)揮保護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(jiàn)，可歸因于以下旁分泌相關(guān)機制（表1和圖1）：

• M2巨噬細胞CD68/CD163數量增加。如上所述，這些M2巨噬細胞具有抗炎和促再生特性。
• 從促炎細胞因子TNF-α和 IL-1β 轉變?yōu)榭寡准毎蜃覫L-10，同時(shí)歸巢粘附分子、細胞內粘附分子 (ICAM-1) 和血管細胞粘附分子 1 (VCAM-1) 的表達有利。
• 對補體系統過(guò)度激活和膜攻擊復合物產(chǎn)生的相關(guān)細胞損傷有抑制作用。
• 釋放促血管生成生長(cháng)因子，如 VEGF 和增殖生長(cháng)因子 (IGF、EGF)，促進(jìn)細胞修復和促進(jìn)細胞再生。
• 外泌體——細胞間通訊領(lǐng)域最令人興奮的發(fā)現之一。外泌體是大多數真核細胞產(chǎn)生的膜結合細胞外囊泡。它們的直徑約為30-120納米（大約相當于脂蛋白的大?。?，含有其來(lái)源細胞的各種分子成分，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)境中預期的腎臟損傷。
• 表觀(guān)遺傳效應——基因表達的轉變。Xie等人證明，調節細胞凋亡的Klotho基因的過(guò)度表達可增強MSCs在A(yíng)KI環(huán)境中的保護作用。Chen等人證明，MSCs在A(yíng)KI環(huán)境中的保護作用可能與TNF誘導基因6蛋白表達有關(guān)。這種蛋白質(zhì)除了具有抗炎作用外，還能促進(jìn)腎小管上皮細胞增殖。

急性腎損傷的免疫機制和間充質(zhì)基質(zhì)細胞的免疫調節作用的說(shuō)明。急性腎損傷伴有炎性細胞因子增加、補體激活和免疫細胞激活。間充質(zhì)基質(zhì)細胞抑制細胞因子釋放、補體系統激活和中性粒細胞遷移，同時(shí)促進(jìn) M2抗炎巨噬細胞和調節性T細胞增殖；

盡管臨床前研究的知識體系不斷增長(cháng)，但關(guān)于間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷的臨床數據仍然很少。最近的一項研究使用MSCs治療心臟術(shù)后患者，未發(fā)現其對術(shù)后AKI有益。這一不幸結果可歸因于MSCs的給藥時(shí)間。在最接近 IRI開(kāi)始時(shí)給藥MSCs時(shí)可獲得最佳效果?；谌祟?lèi)常用的血液標志物（血清肌酐和尿素）對AKI的檢測通常較晚，在A(yíng)KI和腎小管壞死已經(jīng)確診之后。在這種情況下，當損傷已經(jīng)確診時(shí)，MSCs的潛在免疫學(xué)益處可能可以忽略不計。此外，MSCs本身也可能因過(guò)度激活的補體系統而受損。

除AKI外，越來(lái)越多的證據表明間充質(zhì)干細胞在治療慢性腎病 (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量相對較少，但MSC能夠防止腎功能隨時(shí)間推移而惡化，這一證據看起來(lái)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(guò)度激活的免疫反應的抗炎作用 ( 在大多數CKD出現嚴重硬化之前會(huì )出現這種反應) 。

MSC可能對腎移植后患者產(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具有上述免疫調節作用，臨床前試驗已取得令人鼓舞的結果，目前臨床研究正在進(jìn)行中。

當前可用的間充質(zhì)干細胞安全數據

在臨床環(huán)境中使用MSCs存在一些安全問(wèn)題。

第一個(gè)問(wèn)題與給藥技術(shù)有關(guān)。當通過(guò)靜脈 (IV) 給藥時(shí)，大多數細胞位于肺部。當肺毛細血管被這些細胞阻塞時(shí)，就會(huì )出現通氣和呼吸困難。因此，應避免使用高濃度的高劑量MSCs?。

第二個(gè)問(wèn)題與在給藥供體細胞時(shí)將免疫系統暴露于外來(lái)細胞有關(guān)。幸運的是，MSCs不會(huì )刺激強烈的免疫反應，因為它們只表達HLA-DR，但缺乏其他HLA分型。在一項CKD試驗中，沒(méi)有患者產(chǎn)生持續的供體特異性抗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(wèn)題與注射到活體中的多能細胞的增殖和分化有關(guān)，它們有可能轉化為惡性細胞。這種擔心可能無(wú)關(guān)緊要，因為基質(zhì)細胞需要特殊的環(huán)境和信號因子才能充當干細胞并分化，并且通常在給藥后無(wú)法存活。無(wú)論如何，為了解決這種情況，需要進(jìn)行更多長(cháng)期跟蹤的研究。

盡管仍缺乏具有長(cháng)期隨訪(fǎng)的臨床試驗，但一些臨床前試驗已解決了安全性問(wèn)題。到目前為止，無(wú)論是臨床前研究還是臨床研究，均未報告嚴重不良反應。

總結和未來(lái)展望

關(guān)于間充質(zhì)干細胞有益生理效應的持續累積數據為目前僅通過(guò)支持療法治療的疾病提供了新的治療機會(huì )。雖然其他類(lèi)型的干細胞（如造血干細胞）已用于臨床實(shí)踐，但有關(guān)MSC的臨床數據仍然很少。

在急性腎損傷的情況下，間充質(zhì)干細胞通過(guò)其旁分泌作用可以調節過(guò)度激活的炎癥反應的危險結果。間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷為未來(lái)的新型療法帶來(lái)了希望，更好地了解這些細胞的免疫生物學(xué)效應將有助于開(kāi)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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