越來越多的證據(jù)表明間充質基質細胞 (MSC) 可用于治療不同的組織損傷。最初，間充質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，間充質干細胞具有多種作用，包括能夠顯著調節(jié)免疫反應。目前正在對間充質干細胞進行神經退行性疾病、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。

現(xiàn)在才開始研究MSC在急性組織損傷中的應用。急性腎損傷 (AKI) 是發(fā)病和死亡的常見原因。在原發(fā)性損傷后，免疫系統(tǒng)的過度激活最終會導致額外的繼發(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。本文總結了間充質干細胞治療急性腎損傷的基礎知識、新發(fā)現(xiàn)的作用機制及其在AKI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(shù)小時或數(shù)天內迅速惡化的綜合征。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，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炎癥級聯(lián)，如果不迅速控制，最終會導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在AKI的發(fā)展中起著重要作用。這一認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(tǒng)在AKI機制中起著至關重要的作用，涉及先天性和適應性免疫系統(tǒng)分支。就先天免疫系統(tǒng)而言，細胞因子是主要介質，據(jù)報道，AKI期間細胞因子產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，與內皮功能障礙和腎小管損傷有關。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和腎功能恢復。

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、腎小管間質和血管性腎損傷。補體系統(tǒng)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果。

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

免疫系統(tǒng)不同分支之間的關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。

什么是間充質干細胞

間充質基質細胞 (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) 在標準培養(yǎng)條件下保持塑性粘附；
• (2)表達CD105、CD73和CD90，不表達與間充質無關的其他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的腸外瘺疾病。

在神經退行性疾病領域，MSC正在用于研究肌萎縮側索硬化癥、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果。在退行性疾病領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。

間充質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 轉變?yōu)榭寡准毎蜃覫L-10，同時歸巢粘附分子、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(tǒng)過度激活和膜攻擊復合物產生的相關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)，促進細胞修復和促進細胞再生。
• 外泌體——細胞間通訊領域最令人興奮的發(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?。?，含有其來源細胞的各種分子成分，包括蛋白質、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。
• 表觀遺傳效應——基因表達的轉變。Xie等人證明，調節(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誘導基因6蛋白表達有關。這種蛋白質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基質細胞的免疫調節(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。間充質基質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，但關于間充質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治療心臟術后患者，未發(fā)現(xiàn)其對術后AKI有益。這一不幸結果可歸因于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和腎小管壞死已經確診之后。在這種情況下，當損傷已經確診時，MSCs的潛在免疫學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的抗炎作用 ( 在大多數(shù)CKD出現(xiàn)嚴重硬化之前會出現(xiàn)這種反應) 。

MSC可能對腎移植后患者產生有益作用的相關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(jié)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行中。

當前可用的間充質干細胞安全數(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有關。當通過靜脈 (IV) 給藥時，大多數(shù)細胞位于肺部。當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。幸運的是，MSCs不會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，沒有患者產生持續(xù)的供體特異性抗HLA抗體。特別是，胎兒MSCs本質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，它們有可能轉化為惡性細胞。這種擔心可能無關緊要，因為基質細胞需要特殊的環(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，均未報告嚴重不良反應。

總結和未來展望

關于間充質干細胞有益生理效應的持續(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，間充質干細胞通過其旁分泌作用可以調節(jié)過度激活的炎癥反應的危險結果。間充質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效應將有助于開發(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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