概要：糖尿病腎病（DN）患病率高，是糖尿病患者腎功能衰竭的主要原因。傳統(tǒng)療法治療糖尿病腎病的策略有限，不僅成本高，而且效果不理想。因此，迫切需要探索治療DN的有效方法。

近年來，由于具有自我更新能力和多向分化潛能，干細胞在移植物抗宿主病、自身免疫性疾病、胰腺疾病，甚至急性腎損傷等多種疾病中發(fā)揮了治療作用。隨著干細胞技術(shù)的發(fā)展，以干細胞為基礎的再生醫(yī)學被嘗試應用于糖尿病腎病的治療。相關(guān)干細胞包括胚胎干細胞、誘導多能干細胞、間充質(zhì)細胞和內(nèi)皮祖細胞。無疑，干細胞移植在糖尿病腎病動物模型的治療中取得了一定的效果。

越來越多的證據(jù)表明，補充和調(diào)節(jié)干細胞療法代表了對糖尿病腎功能恢復的多方面貢獻，從而支持使用干細胞作為腎臟疾病的重要治療工具。在這篇綜述中，我們將討論干細胞對糖尿病腎病的作用機制和潛在治療效果。此外，本文還總結(jié)了各種干細胞的一些主要優(yōu)點和局限性以及未來的展望。

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事實

1. 在糖尿病腎病中發(fā)現(xiàn)了干細胞移植治療效果的兩個主要機制。一種是歸巢和分化，另一種是營養(yǎng)作用。
2. 來自骨髓、脂肪組織和臍帶血的間充質(zhì)干細胞在糖尿病腎病體內(nèi)和體外都得到了廣泛研究。
3. 組織特異性iPSC，例如腎來源的iPSC，已顯示出更有效的分化為成熟腎細胞的能力。
4. 同種異體BM-MSCs植入已用于治療糖尿病腎病的臨床試驗。
5. 2017年-2018年，我國通過了3項干細胞針對腎損傷的相關(guān)研究，國撥5452萬經(jīng)費供科研，項目涉及腎臟細胞的再生與干細胞療法在腎損傷的臨床研究等。
6. 2019年，共有2項干細胞療法修復糖尿病腎損傷的臨床備案項目通過國家的審核，《臍帶間充質(zhì)干細胞治療糖尿病腎病》、《臍帶間充質(zhì)干細胞治療2型糖尿病腎病的多中心臨床研究》均已進入了臨床試驗階段。

開放式問題

1. 人臍帶提取物WJs通過改善BM-MSCs異常提高自體細胞移植治療效果的具體機制是什么？
2. 干細胞能否在糖尿病狀態(tài)的大環(huán)境下存活并最大限度地發(fā)揮其對糖尿病腎病的再生和修復作用？
3. 尿源干細胞能否作為糖尿病腎病的有效療法？

干細胞治療糖尿病腎病的的作用機制

干細胞移植的治療效果有兩個主要機制。

一是歸巢分化，能夠識別受損組織，然后歸巢整合到特定位點，最終在特定環(huán)境問題下定植分化為腎組織細胞。

另一種是營養(yǎng)效應（圖1)。 干細胞通過促進旁分泌、內(nèi)分泌或自分泌機制發(fā)揮作用，例如有絲分裂、新血管形成、抗炎、細胞保護、抗生產(chǎn)和免疫調(diào)節(jié)。

一是歸巢和分化。在糖尿病腎臟缺氧、炎癥等特定環(huán)境的影響下，干細胞能夠識別受損的組織或器官，然后歸巢整合到特定部位，最終分化為腎組織細胞。干細胞只能歸巢到相應的受損組織進行修復，而完整的組織則不會出現(xiàn)這種情況。另一個是營養(yǎng)效應。隨著可溶性因子和細胞外囊泡的分泌，干細胞尤其是間充質(zhì)干細胞可以發(fā)揮保護腎功能和防止局部腎臟損害的作用。這些分泌因子主要通過多種機制發(fā)揮治療作用：新血管形成、營養(yǎng)作用、免疫調(diào)節(jié)作用、抗炎作用、抗氧化應激作用和抗細胞凋亡作用。

治療糖尿病腎病的干細胞有哪些？

胚胎干細胞

ES細胞是來源于哺乳動物受精卵內(nèi)細胞團的多能干細胞。ES細胞已在體外被誘導 成為廣泛的特化細胞類型，例如造血細胞、胰腺細胞和神經(jīng)元細胞。在體外，Kim等人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與腎源性生長因子如視黃酸 (RA)、激活素A和BMP-7相結(jié)合，培養(yǎng)的小鼠ES細胞具有分化為中間中胚層 (IM) 細胞的能力。當注射到發(fā)育中的腎臟中時，處理過的ES細胞幾乎100%與腎臟TEC發(fā)生作用，并且可以有效地整合到發(fā)育中的腎臟中（圖2）。

2010年10月，亞特蘭大Shepherd中心的一名患者首次接受了基于人類ES的細胞治療。四年后，人類ES細胞衍生的胰島替代產(chǎn)品VC-01是第一個進入臨床試驗的 I 型糖尿病治療藥物，患者于2014年10月在圣地亞哥加利福尼亞大學接受治療。

胚胎干細胞的局限性：一是使用人類受精卵的倫理問題；二是由于胚胎干細胞與患者組織相容性抗原的差異，任何細胞或組織移植都有發(fā)生免疫排斥反應的可能。在體外，小鼠ES細胞已被證明可以消除同種異體免疫反應并通過細胞接觸機制抑制 T細胞增殖。然而，畸胎瘤和畸胎癌等增殖異常的發(fā)展可能仍然是胚胎干細胞臨床應用的重要問題。

誘導多能干細胞

誘導性多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）是一種類似于人類胚胎干細胞的多能細胞，是在特定轉(zhuǎn)錄因子的幫助下，對終末分化的體細胞進行重編程而形成的。

多項研究已成功將iPSCs分化為腎細胞，這可能對DN的治療具有潛在影響（圖2）。

間充質(zhì)干細胞

MSCs存在于多種組織和器官中，包括骨髓、脂肪組織、肺、腎、肝、腦和臍帶血。目前的研究表明，MSCs可以植入腎臟，分化為腎細胞，改善腎功能，促進腎小球結(jié)構(gòu)再生，從而有效治療DN。在本節(jié)中，我們將重點介紹從三大問題中分離出的間充質(zhì)干細胞在糖尿病腎病治療中的應用（表1）。

表 1 間充質(zhì)干細胞治療糖尿病腎病動物模型的臨床前研究。

骨髓來源的間充質(zhì)干細胞：目前的證據(jù)表明，改善血糖控制可以顯著延緩DM并發(fā)癥的發(fā)生和進展。BM-MSCs的移植可以逆轉(zhuǎn)高血糖癥，并且可能與β胰島的再生有關(guān)。

脂肪組織來源的間充質(zhì)干細胞：首次報道，AD-MSCs的自體移植顯著降低了STZ誘導的大鼠的血糖水平，并通過抑制氧化應激、促炎因子的釋放和p38-MAPK通路保護大鼠免受DN。與BM-MSCs不同，人體脂肪組織獲取相對容易，供體部位病變較少，患者不適感也較少。因此，自體AD-MSCs的給藥是安全的，有望用于DN的治療。

臍帶血來源的間充質(zhì)干細胞：與BM-MSCs相比，UCB-MSCs具有易于獲取、即時可用的優(yōu)勢，并具有更好的增殖潛力和更低的移植物抗宿主病和致畸風險。Masoad等人發(fā)現(xiàn)源自臍帶血的單核細胞干細胞對 STZ 誘發(fā)的糖尿病大鼠具有治療作用。糖尿病腎病4周后，尾靜脈給予人UCB-MSCs，在持續(xù)高血糖的情況下，可減輕DN腎功能損害。因此，他們提出UCB-MSCs具有直接的腎臟保護作用。

尿源干細胞(USCs) 

在本研究中，通過尾靜脈而不是尿道雙劑量注射USCs可以有效改善受損的腎損傷，不僅可以通過歸巢到胰腺和腎臟等受損器官，還可以分泌許多促血管生成因子。在用FGF-2進行基因修飾后，建立了USCs，通過在體外分泌促血管生成營養(yǎng)因子和免疫調(diào)節(jié)劑來改善2型DN大鼠的并發(fā)癥。此外，USC分泌的外泌體可通過抑制足細胞凋亡、促進血管生成和細胞存活來預防糖尿病腎損傷。USCs的一個主要優(yōu)點是這些細胞可以非侵入性地大量獲得并在體外廣泛擴增以便有足夠數(shù)量的細胞可以隨時用于治療疾病。

內(nèi)皮祖細胞 (EPC) 

EPCs有助于維持血管穩(wěn)態(tài)，在維持血管內(nèi)皮功能方面發(fā)揮重要作用。例如，一些研究人員觀察到 EPCs 被調(diào)動到受損的腎小球，并可能直接參與腎小球毛細血管的再生。

糖尿病對內(nèi)皮祖細胞的影響

迄今為止，已有糖尿病患者循環(huán)EPCs水平降低和EPCs功能紊亂的報道，提示循環(huán)EPCs可能導致DM血管并發(fā)癥（圖3）。一方面，糖尿病的特點是微血管和大血管病變，表現(xiàn)出內(nèi)皮祖細胞功能障礙。已發(fā)現(xiàn)EPC的旁分泌功能在糖尿病情況下受損。與非糖尿病相比，糖尿病CD34⁺細胞分泌的HGF等增殖性血管生成因子減少，而TGF-β1等促炎促纖維化因子的分泌增加，同時EPCs的增殖和遷移能力增強可以通過減少基質(zhì)衍生因子來應對。

另一方面，EPCs的消耗也可能是糖尿病微血管病的一個致病因素。在糖尿病情況下，循環(huán)EPC的消耗是由于骨髓中形成的EPC和外周循環(huán)中的EPC減少。一項研究表明，被診斷為EPC減少的患者在1年后尿白蛋白排泄率增加，表明EPC減少與DN進展之間存在關(guān)聯(lián)。

圖3：糖尿病對EPCs的影響及EPCs在DN中的應用。

在糖尿病狀態(tài)下，內(nèi)皮祖細胞（EPCs）的旁分泌功能受損，EPCs中血管生成因子的表達和EPCs的增殖和遷移能力降低，而TGF-β1等促炎和促纖維化因子的分泌受到抑制。增加。此外，循環(huán)內(nèi)皮祖細胞的耗竭是由于骨髓中形成的內(nèi)皮祖細胞和外周循環(huán)中內(nèi)皮祖細胞的減少。糖尿病中EPCs循環(huán)水平降低和EPCs功能障礙可能導致糖尿病腎?。―N）的進展。相反，他汀類藥物、重組人促紅細胞生成素 (rhEPO) 和有效的 EPCs 動員劑 AMD3100 的給藥可以通過促進 EPCs 在骨髓中的動員來加速糖尿病患者傷口的愈合。此外，注射骨髓來源的EPCs能夠修復腎小球內(nèi)皮損傷，可能達到治療DN的目的。

內(nèi)皮祖細胞在糖尿病腎病中的應用

基于EPCs的上述特點，理論上只要是能夠保護EPCs數(shù)量和功能的方法，就有可能成為糖尿病血管疾病的治療手段（圖3）。研究發(fā)現(xiàn)，1型糖尿病大鼠血管損傷時EPCs的動員是有限的，經(jīng)胰島素及相關(guān)細胞因子治療后EPCs的動員有所恢復，提示EPCs的動員對高血糖敏感，早期治療是可逆的。一份報告表明，注射骨髓來源的EPC可以改善AGN模型中的腎小球內(nèi)皮損傷和系膜激活，表明EPC能夠修復腎小球內(nèi)皮損傷。EPCs通過再生受損的內(nèi)皮細胞和修復血管，可能達到治療DN的目的。

干細胞治療糖尿病腎病的臨床研究進展

近年來，關(guān)于糖尿病腎病的病理機制、分子機制研究越來越多，立足于此的新型藥物研究越來越多，干細胞療法便是其中之一。干細胞因具有減輕炎癥反應、再生胰島β細胞/腎細胞、修復腎損傷部位和控制血糖等作用而被科學家廣泛應用于糖尿病腎病的研究中。

據(jù)ClinicalTrials.gov和中國臨床試驗注冊中心顯示，科學家已開展了多項臨床試驗證實了干細胞療法在糖尿病腎病的有效性和安全性。

我國目前已展開相關(guān)的臨床試驗，研究基于干細胞療法的安全性、可行性和耐受性，以及對糖尿病腎損傷患者的療效。

2015年10月，開展同種異體BM-MSCs植入治療DN的I/II期臨床試驗（NCT02585622），從安全性、可行性、耐受性等方面初步證實了BM-MSCs的療效。基于干細胞治療DN動物的成功臨床前實驗，我們應該做的是進一步開展臨床試驗，以驗證干細胞治療DN的療效。

2017年-2018年，我國通過了3項干細胞針對腎損傷的相關(guān)研究，國撥5452萬經(jīng)費供科研，項目涉及腎臟細胞的再生與干細胞療法在腎損傷的臨床研究等。

2019年，共有2項干細胞療法修復糖尿病腎損傷的臨床備案項目通過國家的審核，《臍帶間充質(zhì)干細胞治療糖尿病腎病》、《臍帶間充質(zhì)干細胞治療2型糖尿病腎病的多中心臨床研究》均已進入了臨床試驗階段。

相關(guān)案例：對66名受試者（糖尿病病程5—22年）開展干細胞療法，干預后定期對受試者進行觀察測量：

兩周后：

受試者血β2微球蛋白、尿素氮、肌酐、尿酸、尿蛋白等生化指標下降明顯；

3個月后：

受試者糖化血紅蛋白由8.6（均值）降至6.1（均值）；

 4個月后：

受試者空腹血糖由9.4（均值）降至5.9（均值），基礎C肽有所上升。

臨床案例結(jié)果證實了干細胞療法能顯著改善腎臟各生化指標，修復腎臟功能，延緩腎臟進行性損傷。

結(jié)論和未來的期望

隨著干細胞技術(shù)和應用水平的進步，利用干細胞重建和修復受損的腎臟組織將極大地促進DN的治療。近年來，對基于干細胞的療法進行了更詳細的研究，并通過在臨床前模型中管理各種類型的干細胞獲得了可喜的結(jié)果。在本文中，我們總結(jié)了目前可用于治療DN的干細胞，包括ES細胞、iPSCs和成體干細胞，它們通過歸巢到組織器官的損傷部位，然后分化成對DN發(fā)揮治療作用。特定組織或通過分泌各種營養(yǎng)因子。反過來，糖尿病也會影響干細胞的遷移、增殖和分化等能力。無論干細胞來源于何種來源，

干細胞治療的難點之一是高糖刺激下移植細胞的存活率低。內(nèi)源性因素可通過過度氧化應激和線粒體損傷導致細胞死亡。而尿毒癥狀態(tài)會降低干細胞中VEGF的表達，加速細胞衰老，導致血管生成不足。因此，設法在糖尿病狀態(tài)的大環(huán)境下存活干細胞并最大化其再生和修復作用可能是治療糖尿病腎病的光明前景。在目前的干細胞研究中，對BM-MSCs的安全性和有效性研究最為深入。

簡而言之，我們希望未來的實驗不僅是為了深入了解機制，而且是為了開發(fā)新的治療策略。