越來越多的證據(jù)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(yù)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，包括能夠顯著調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。目前正在對間充質(zhì)干細胞進行神經(jīng)退行性疾病、移植物抗宿主病、腎損傷和其他慢性持續(xù)性組織損傷的測試。

干細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，最近的研究對其作用機制提供了重要的啟示。本文總結(jié)了間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷的基礎(chǔ)知識、新發(fā)現(xiàn)的作用機制及其在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，急性腎損傷后都會激活腎內(nèi)炎癥級聯(lián)，如果不迅速控制，最終會導(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)識為這種相對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AKI生物學(xué)的理解取得了進展，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(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，細胞因子是主要介質(zhì)，據(jù)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通過促進免疫耐受而具有改善作用。在AKI環(huán)境中，生長因子還通過調(diào)節(jié)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因子 (EGF)、胰島素樣生長因子 (IGF) 和成纖維細胞生長因子 (FGF) 等生長因子可促進動物模型中的腎臟修復(fù)和腎功能恢復(fù)。

補體系統(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)直接細胞損傷并引起中性粒細胞的激活和遷移，從而進一步加劇損傷。抑制AKI中的補體系統(tǒng)已在臨床前研究中顯示出有希望的結(jié)果。

細胞對AKI的反應(yīng)包括促炎和抗炎特性。樹突狀細胞、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小時檢測到。

這些細胞的參與可直接或間接誘導(dǎo)腎小管細胞凋亡。募集到受損腎臟的中性粒細胞會引起血管充血，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(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。淋巴細胞通過釋放IL-17（一種促炎細胞因子，也會增加血管通透性）來增強AKI。

相反，M2巨噬細胞和調(diào)節(jié)性T細胞對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CD105、CD73和CD90，不表達與間充質(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。

在過去的二十年中，不同來源的MSC被用于不同的臨床試驗環(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AKI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，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(shù)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(zhuǎn)變?yōu)榭寡准毎蜃覫L-10，同時歸巢粘附分子、細胞內(nèi)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(tǒng)過度激活和膜攻擊復(fù)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因子，如 VEGF 和增殖生長因子 (IGF、EGF)，促進細胞修復(fù)和促進細胞再生。
• 外泌體——細胞間通訊領(lǐng)域最令人興奮的發(fā)現(xiàn)之一。外泌體是大多數(shù)真核細胞產(chǎn)生的膜結(jié)合細胞外囊泡。它們的直徑約為30-120納米（大約相當(dāng)于脂蛋白的大?。衅鋪碓醇毎母鞣N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)——基因表達的轉(zhuǎn)變。Xie等人證明，調(diào)節(jié)細胞凋亡的Klotho基因的過度表達可增強MSCs在AKI環(huán)境中的保護作用。Chen等人證明，MSCs在AKI環(huán)境中的保護作用可能與TNF誘導(dǎo)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(diào)節(jié)作用的說明。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(tǒng)激活和中性粒細胞遷移，同時促進 M2抗炎巨噬細胞和調(diào)節(jié)性T細胞增殖；

盡管臨床前研究的知識體系不斷增長，但關(guān)于間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷的臨床數(shù)據(jù)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(xiàn)其對術(shù)后AKI有益。這一不幸結(jié)果可歸因于MSCs的給藥時間。在最接近 IRI開始時給藥MSCs時可獲得最佳效果。基于人類常用的血液標(biāo)志物（血清肌酐和尿素）對AKI的檢測通常較晚，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，MSCs的潛在免疫學(xué)益處可能可以忽略不計。此外，MSCs本身也可能因過度激活的補體系統(tǒng)而受損。

除AKI外，越來越多的證據(jù)表明間充質(zhì)干細胞在治療慢性腎病 (CKD) 方面也有益。盡管迄今為止進行的臨床研究納入的患者數(shù)量相對較少，但MSC能夠防止腎功能隨時間推移而惡化，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)重硬化之前會出現(xiàn)這種反應(yīng)) 。

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(diào)節(jié)作用，臨床前試驗已取得令人鼓舞的結(jié)果，目前臨床研究正在進行中。

當(dāng)前可用的間充質(zhì)干細胞安全數(shù)據(jù)

在臨床環(huán)境中使用MSCs存在一些安全問題。

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

第二個問題與在給藥供體細胞時將免疫系統(tǒng)暴露于外來細胞有關(guān)。幸運的是，MSCs不會刺激強烈的免疫反應(yīng)，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。

最后一個問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(zhuǎn)化為惡性細胞。這種擔(dān)心可能無關(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(dāng)干細胞并分化，并且通常在給藥后無法存活。無論如何，為了解決這種情況，需要進行更多長期跟蹤的研究。

盡管仍缺乏具有長期隨訪的臨床試驗，但一些臨床前試驗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會。雖然其他類型的干細胞（如造血干細胞）已用于臨床實踐，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)的危險結(jié)果。間充質(zhì)干細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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