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間充質(zhì)干細胞在治療腎臟疾病中的應用進展

摘要:間充質(zhì)干細胞可以通過旁分泌各種細胞因子減輕炎性反應和恢復腎臟損傷,以及通過調(diào)控免疫細胞維持免疫穩(wěn)態(tài)。臨床前研究表明,間充質(zhì)干細胞對急性腎損傷、糖尿病腎病、狼瘡性腎炎及各種腎小球疾病動物模型均有明顯的治療效果。臨床研究中也證明了間充質(zhì)干細胞治療人類腎病是安全、有效的。間充質(zhì)干細胞療法揭開了腎臟疾病領(lǐng)域新的生物治療模式。


干細胞在再生醫(yī)學展現(xiàn)的巨大治療潛力獲得了越來越多的關(guān)注,為各種炎性反應疾病和退行性病變提供了新的有效治療方式。間充質(zhì)干細胞是從各種組織分離的多能基質(zhì)細胞,是干細胞的一個分支。間充質(zhì)干細胞能夠通過多種方式如遷移至損傷部位、免疫抑制、抗氧化應激、促血管生成等特性發(fā)揮重要的作用。在腎臟疾病中,間充質(zhì)干細胞的研究也得到了越來越多的關(guān)注。本文總結(jié)了間充質(zhì)干細胞治療腎病的作用機制及干細胞治療腎臟疾病的臨床研究進展。

間充質(zhì)干細胞在治療腎臟疾病中的應用進展

間充質(zhì)干細胞的來源

干細胞根據(jù)其來源可分為:胚胎干細胞誘導多能干細胞成體干細胞。

MSCs是目前最受關(guān)注的成體干細胞,在骨髓、 脂肪組織、胎盤、臍帶、羊水、牙髓等不同部位都被分離出了MSCs,MSCs具有多種功能,包括分化能力、 免疫調(diào)節(jié)和促血管生成,使它們成為腎臟疾病治療的理想候選者。

間充質(zhì)干細胞的作用機制

間充質(zhì)干細胞的旁分泌作用:雖然最初提出MSCs可通過被誘導分化而參與 組織的再生修復作用,然而這種方式非常低效,大量的研究證明MSCs的旁分泌作用是其主要的機制,MSCs的旁分泌作用主要通過在損傷部位分泌大量的生物活性細胞因子(主要包括抗炎因子、趨化因子、生長因子和細胞外囊泡) 而發(fā)揮治療作用。其他方面,MSCs分泌的血管內(nèi)皮生長因子、造血生長因子對炎性反應損傷后的血管重塑至關(guān)重要。細胞外囊泡(EV)是MSCs衍生的膜封閉的顆粒,近期的研究發(fā)現(xiàn)在腎病的動物模型中,EV可以通過多種機制發(fā)揮作用?,是治療腎臟疾病的一個新思路。

間充質(zhì)干細胞對免疫系統(tǒng)中的調(diào)控作用:間充質(zhì)干細胞對各種免疫細胞都有不同程度的影響。在固有免疫方面,間充質(zhì)干細胞分泌的細胞因子可以調(diào)控樹突狀細胞(DC)的成熟和遷移。間充質(zhì)干細胞還可以被活化的NK細胞分泌的干擾素γ( IN-γ)誘導釋放IL-10、IDO、PGE2等,抑制NK細胞的過度反應。間充質(zhì)干細胞對巨噬細胞的調(diào)控主要是誘導促炎型的M1型極化為抗炎型的M2型。在適應性免疫方面, 間充質(zhì)干細胞主要是通過分泌抗炎因子TGF-β、IL-10、IDO等抑制T細胞向促炎型Th1、Th17分化,促進抗炎Treg細胞的分化 。

間充質(zhì)干細胞治療腎臟疾病的基礎(chǔ)和臨床研究進展

間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷:急性腎損傷(AKl) 指腎功能突然下降,導致尿素和其他含氮廢物潴留以及細胞外液容量和電解質(zhì)失調(diào)。AKl中腎小管的損傷主要是由缺血性和腎毒性引起的l氧化應激和炎性反應,不同來源的MSCs通過多種機制對AKl實現(xiàn)保護作用。在抑制炎性反應上,主要是通過提高旁分泌抗炎因子來減輕腎臟組織的損傷。

基于大量關(guān)于間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷中的臨床前證據(jù), 關(guān)于間充質(zhì)干細胞治療急性腎損傷的臨床試驗也得到了開展(表1)。有研究開展了關(guān)于MSCs預防AKl的Ⅰ期臨床試驗,5例患有潛在腎臟疾病的患者在心臟大手術(shù)后,為預防AKl的發(fā)生,在腎主動脈輸注了MSCs, 患者腎功能在術(shù)后均未惡化。

而在另一項臨床試驗中,156例心臟手術(shù)后患有早期AKl的患者接受MSCs治療后在腎損傷方面并沒有觀察到明顯的恢復信號。當然這可能由于MSCs治療效果不如預防效果或者被持續(xù)的腎損傷所掩蓋。

2021年,美國研究團隊在《干細胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學》上發(fā)布了一項Ib期臨床試驗結(jié)果,初步證實新型離體使用的間充質(zhì)干細胞產(chǎn)品(SBI-101)在嚴重急性腎損傷患者中的安全性和有效性。

這項研究表明,使用該間充質(zhì)干細胞治療產(chǎn)品后可引發(fā)免疫治療反應,觸發(fā)機體從組織損傷到組織修復的加速轉(zhuǎn)換。這是一種潛在的生物給藥范例,可以確保間充質(zhì)干細胞的持續(xù)活性和免疫調(diào)節(jié)作用。

間充質(zhì)干細胞治療糖尿病腎?。?/strong>糖尿病腎?。―N) 是糖尿病患者最嚴重的并發(fā)癥之一,也是導致終末期腎病的主要原因之一。免疫炎性反應是DN持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動因素,炎性因子的釋放促進巨噬細胞浸潤腎小球和間質(zhì),與DN的惡化程度密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)BM-MSCs可以通過激活轉(zhuǎn)錄因子EB來調(diào)節(jié)巨噬細胞的分化以抑制小鼠DN的進展。類似的研究結(jié)果也表明在DN大鼠中MfSCs可以減輕腎臟的巨噬細胞浸潤,下調(diào)IL-6、MCP-1、TNF-α、IL-1β等炎性因子的分泌。除了聚焦于巨噬細胞外,T細胞也被認為在DN進展中扮演著重要的角色,研究表明在DN大鼠中,MSCs可以通過抑制DC的成熟來影響T細胞的增殖和活化,從而改善腎臟局部炎性反應和纖維化。

相較于大量的基礎(chǔ)研究,目前只有少數(shù)臨床試驗報告了間充質(zhì)干細胞治療糖尿病腎病的安全性和治療作用(表1)。一項針對DN的多中心RCT的臨床試驗采用MSCs相關(guān)產(chǎn)品———骨髓來源的間充質(zhì)前體細胞(MPCs)進行治療,入組的30例患者在12周隨訪中,MSCs組顯示出更穩(wěn)定的血漿清除率(mGFR)和腎小球濾過率(eGFR)。雖然沒有表現(xiàn)出顯著的治療效果,但沒有患者產(chǎn)生針對供體HLA的持續(xù)抗體和發(fā)生不良事件。

間充質(zhì)干細胞治療狼瘡性腎炎:50%的系統(tǒng)性紅斑狼瘡( SLE)患者都會出現(xiàn)狼瘡性腎炎(LN),多達10%的LN會進展為終末期腎病?。LN被視為一種典型的免疫復合物腎小球腎炎,其特征是針對核抗原的自身抗體導致腎臟受累。一項納入28項動物實驗的薈萃分析顯示,在狼瘡腎炎動物模型中,不同來源的MSCs的治療都顯著降低狼瘡小鼠的ds-DNA、ANA、SCr、BUN、 蛋白尿。MSCs治療組的炎性因子IL-2、IL-12、IL-17和IFN-γ也較對照組有一定程度的降低?。不僅如此,MSCs相較于常規(guī)免疫抑制治療也展現(xiàn)了更好的效果,在對照環(huán)磷酰胺(CTX)的研究中觀察到,MSCs組較CTX治療組能夠更好地恢復腎功能,表現(xiàn)為MRL/lpr小鼠血清和尿肌酐水平正?;?。?

基于動物實驗取得的大量令人鼓舞的結(jié)果,間充質(zhì)干細胞治療狼瘡性腎炎的臨床試驗也相應得到了開展(表1)。最早開展的LN臨床試驗選用BM-MSCs治療4例難治性SLE青年患者,在12-18個月的隨訪期間,所有患者腎功能損傷均得到緩解,血清C3降低。有更大樣本量的研究納入了81例活動性和難治性LN患者進行BM-MSCs和UC-MSCs的治療,在12個月的隨訪中,60.5%患者的腎臟炎性反應得到緩解。

在另一項臨床試驗中,50%患者的腎臟炎性反應在BM-MSCs治療后的第4年得到完全緩解,僅5例患者(6%)死于非治療相關(guān)事件,更進一步驗證了MSCs的長期有效性和安全性。 

間充質(zhì)干細胞治療原發(fā)性腎小球疾病

腎小球腎炎(GN) 常由各種病因誘發(fā)的自身免疫反應引起,是導致終末期腎病 的常見原因。相較于AKl、DN、LN,MSCs在腎小球疾病的研究沒有得到太多的關(guān)注,可能由于GN通常起病隱匿,治療效果需要較長周期的驗證,難以確定最佳治療時機。 

間充質(zhì)干細胞治療抗腎小球基底膜(anti-GBM)腎炎:腎小球腎炎中最嚴重和進展最快的病理類型是以腎小球新月體形 成為主的抗腎小球基底膜腎炎,常會在短期進入終末期腎病。其主要機制是其針對基底膜Ⅳ型膠原蛋白α-3鏈的循環(huán)抗體與基底膜結(jié)合并引發(fā)炎性反應。有研究首先報道了hBM-MSCs在患有anti-GBM腎炎的Wistar-Kyoto大鼠發(fā)病早期的治療作用,hBM-MSCs顯著降低了anti-GBM腎炎大鼠的尿蛋白水平和血清肌酐水平,減少了腎小球新月體形成,其治療機制可能與調(diào)控Th1/Th2和Th17/Treg細胞的平衡、抑制過度的免疫炎性反應有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)推動了轉(zhuǎn)基因MSCs作為新的方式靶向治療腎臟疾病。

間充質(zhì)干細胞治療系膜增生性腎小球腎炎(MsPGN):MsPGN是一種以系膜細胞增生及系膜基質(zhì)增多為主要病理 特征的腎炎,抗Thy1.1腎炎是最經(jīng)典的MsPGN動物模型,通過注射抗Thy1.1單克隆抗體可特異性識別大鼠腎小球系膜細胞表面Thy1.1分子,進而導致補體依賴性系膜溶解和腎小球內(nèi)炎性細胞浸潤及明顯的蛋白尿產(chǎn)生。

有研究表明通過腎動脈注射BM-MSCs可以顯著改善Thy1腎炎的系膜細胞溶解, 并降低蛋白尿的水平。在另一項研究中,胎膜來源的MSCs移植Thy1大鼠后抑制系膜細胞的增殖、巨噬細胞浸潤分子的表達。系膜基質(zhì)積聚以及細胞外基質(zhì)相關(guān)分子的表達。 

間充質(zhì)干細胞治療局灶節(jié)段性腎小球硬化(FSGS):FSGS是由對足細胞有損傷的循環(huán)因子、藥物、毒物所引起的腎小球疾病,主要的病理特征是彌漫或者階段性的足突消失。有研究表明在腎小球疾病模型中BM-MSCs可以通過調(diào)節(jié)腎臟中的Th1向Th2細胞分化來實現(xiàn)對足細胞的保護。MSCs用于治療腎小球腎炎的臨床研究并不多,大多是一些病例報道。?

有研究報道了一例自體BM-MSCs治療抗中性粒細胞胞質(zhì)抗體(ACNA)相關(guān)腎血管炎的臨床研究,一例73歲男性ACNA患者在經(jīng)歷利妥昔單抗治療伴發(fā)嚴重的自身感染和標準免疫治療無效后選擇 了自體BM-MSCs移植,12個月的隨訪中,患者在沒有其他任何治療方式干預的情況下達到了臨床緩解。

另有報道一例13歲男孩在腎移植后出現(xiàn)了FSGS,鑒于免疫抑制劑治療后的腎毒性作用所引起的腎小管萎縮和間質(zhì)纖維化,患者接受了同種異體BM-MSCs移植,22個月的隨訪顯示,循環(huán)免疫炎性因子減少并且無不良事件發(fā)生。當然,從這些單一的病例中尚不能得出多種MSCs對GN明確有效的結(jié)論,更多GN患者大型隊列的建立將有助于MSCs在該領(lǐng)域臨床研究的進展。

總結(jié)與展望

大量臨床前研究都證實了間充質(zhì)干細胞在腎臟疾病具有保護作用,免疫調(diào)節(jié)被認為是一個很重要的治療機制,包括抗炎、抗氧化和抗細胞凋亡的作用。目前的關(guān)鍵在于如何最大限度地發(fā)揮MSCs的治療效果,迄今已經(jīng)提出了幾種提高間充質(zhì)干細胞治療效率的方法,如預處理(生理、藥物、物理)和基因修飾。經(jīng)過一定方式預處理后的MSCs比常規(guī)的MSCs有著更好的治療效果,如缺氧刺激后的MSCs在治療Thy1腎炎中可以更加有效地減少腎小球細胞凋亡和炎性反應。

此外,MSCs的治療時間點是一個關(guān)鍵,MSCs在大多數(shù)動物實驗中都顯示出了一定的療效,但是大多數(shù)的治療都是在疾病模型的早期開展的, 而對MSCs長久的影響關(guān)注較少,有研究顯示在動物模型的病情后期,MSCs向脂肪異常分化并發(fā)生纖維化,這可能是MSCs遠期的不良影響。

在臨床試驗方面,盡管間充質(zhì)干細胞所取得的效果仍然存在爭議,但間充質(zhì)干細胞的安全性和低致敏性得到了驗證。還有一點需要考慮的是,在大多數(shù)腎病的治療中常會聯(lián)合免疫抑制劑和糖皮質(zhì)激素,而在臨床試驗中發(fā)現(xiàn)標準劑量的免疫抑制劑和糖皮質(zhì)激素會干擾間充質(zhì)干細胞功能,但不影響其免疫抑制特性?。所以在聯(lián)合使用免疫抑制藥物、糖皮質(zhì)激素和間充質(zhì)干細胞之前,應考慮以上問題。?

除此之外,臨床試驗中還有許多關(guān)鍵問題尚待解決,包括確定最佳 細胞類型、給藥途徑和時機,以及細胞劑量和次數(shù)??傊?,如何更加有效地發(fā)揮間充質(zhì)干細胞的治療作用還亟待于今后更多的研究。

主要參考資料: 楊蘊釗,石美涵,周誠,等. 間充質(zhì)干細胞在腎臟疾病治療中的應用進展[J]. 基礎(chǔ)醫(yī)學與臨床,2023,43(1):30-37. DOI:10.16352/j.issn.1001-6325.2023.01.0030.

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