干细胞疗法在治疗糖尿病肾病中的临床应用趋势

概要：糖尿病肾病（DN）患病率高，是糖尿病患者肾功能衰竭的主要原因。传统疗法治疗糖尿病肾病的策略有限，不仅成本高，而且效果不理想。因此，迫切需要探索治疗DN的有效方法。

近年来，由于具有自我更新能力和多向分化潜能，干细胞在移植物抗宿主病、自身免疫性疾病、胰腺疾病，甚至急性肾损伤等多种疾病中发挥了治疗作用。随着干细胞技术的发展，以干细胞为基础的再生医学被尝试应用于糖尿病肾病的治疗。相关干细胞包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞、间充质细胞和内皮祖细胞。无疑，干细胞移植在糖尿病肾病动物模型的治疗中取得了一定的效果。

越来越多的证据表明，补充和调节干细胞疗法代表了对糖尿病肾功能恢复的多方面贡献，从而支持使用干细胞作为肾脏疾病的重要治疗工具。在这篇综述中，我们将讨论干细胞对糖尿病肾病的作用机制和潜在治疗效果。此外，本文还总结了各种干细胞的一些主要优点和局限性以及未来的展望。

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事实

1. 在糖尿病肾病中发现了干细胞移植治疗效果的两个主要机制。一种是归巢和分化，另一种是营养作用。
2. 来自骨髓、脂肪组织和脐带血的间充质干细胞在糖尿病肾病体内和体外都得到了广泛研究。
3. 组织特异性iPSC，例如肾来源的iPSC，已显示出更有效的分化为成熟肾细胞的能力。
4. 同种异体BM-MSCs植入已用于治疗糖尿病肾病的临床试验。
5. 2017年-2018年，我国通过了3项干细胞针对肾损伤的相关研究，国拨5452万经费供科研，项目涉及肾脏细胞的再生与干细胞疗法在肾损伤的临床研究等。
6. 2019年，共有2项干细胞疗法修复糖尿病肾损伤的临床备案项目通过国家的审核，《脐带间充质干细胞治疗糖尿病肾病》、《脐带间充质干细胞治疗2型糖尿病肾病的多中心临床研究》均已进入了临床试验阶段。

开放式问题

1. 人脐带提取物WJs通过改善BM-MSCs异常提高自体细胞移植治疗效果的具体机制是什么？
2. 干细胞能否在糖尿病状态的大环境下存活并最大限度地发挥其对糖尿病肾病的再生和修复作用？
3. 尿源干细胞能否作为糖尿病肾病的有效疗法？

干细胞治疗糖尿病肾病的的作用机制

干细胞移植的治疗效果有两个主要机制。

一是归巢分化，能够识别受损组织，然后归巢整合到特定位点，最终在特定环境问题下定植分化为肾组织细胞。

另一种是营养效应（图1)。 干细胞通过促进旁分泌、内分泌或自分泌机制发挥作用，例如有丝分裂、新血管形成、抗炎、细胞保护、抗生产和免疫调节。

一是归巢和分化。在糖尿病肾脏缺氧、炎症等特定环境的影响下，干细胞能够识别受损的组织或器官，然后归巢整合到特定部位，最终分化为肾组织细胞。干细胞只能归巢到相应的受损组织进行修复，而完整的组织则不会出现这种情况。另一个是营养效应。随着可溶性因子和细胞外囊泡的分泌，干细胞尤其是间充质干细胞可以发挥保护肾功能和防止局部肾脏损害的作用。这些分泌因子主要通过多种机制发挥治疗作用：新血管形成、营养作用、免疫调节作用、抗炎作用、抗氧化应激作用和抗细胞凋亡作用。

治疗糖尿病肾病的干细胞有哪些？

胚胎干细胞

ES细胞是来源于哺乳动物受精卵内细胞团的多能干细胞。ES细胞已在体外被诱导 成为广泛的特化细胞类型，例如造血细胞、胰腺细胞和神经元细胞。在体外，Kim等人已经发现，与肾源性生长因子如视黄酸 (RA)、激活素A和BMP-7相结合，培养的小鼠ES细胞具有分化为中间中胚层 (IM) 细胞的能力。当注射到发育中的肾脏中时，处理过的ES细胞几乎100%与肾脏TEC发生作用，并且可以有效地整合到发育中的肾脏中（图2）。

2010年10月，亚特兰大Shepherd中心的一名患者首次接受了基于人类ES的细胞治疗。四年后，人类ES细胞衍生的胰岛替代产品VC-01是第一个进入临床试验的 I 型糖尿病治疗药物，患者于2014年10月在圣地亚哥加利福尼亚大学接受治疗。

胚胎干细胞的局限性：一是使用人类受精卵的伦理问题；二是由于胚胎干细胞与患者组织相容性抗原的差异，任何细胞或组织移植都有发生免疫排斥反应的可能。在体外，小鼠ES细胞已被证明可以消除同种异体免疫反应并通过细胞接触机制抑制 T细胞增殖。然而，畸胎瘤和畸胎癌等增殖异常的发展可能仍然是胚胎干细胞临床应用的重要问题。

诱导多能干细胞

诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）是一种类似于人类胚胎干细胞的多能细胞，是在特定转录因子的帮助下，对终末分化的体细胞进行重编程而形成的。

多项研究已成功将iPSCs分化为肾细胞，这可能对DN的治疗具有潜在影响（图2）。

间充质干细胞

MSCs存在于多种组织和器官中，包括骨髓、脂肪组织、肺、肾、肝、脑和脐带血。目前的研究表明，MSCs可以植入肾脏，分化为肾细胞，改善肾功能，促进肾小球结构再生，从而有效治疗DN。在本节中，我们将重点介绍从三大问题中分离出的间充质干细胞在糖尿病肾病治疗中的应用（表1）。

表 1 间充质干细胞治疗糖尿病肾病动物模型的临床前研究。

骨髓来源的间充质干细胞：目前的证据表明，改善血糖控制可以显着延缓DM并发症的发生和进展。BM-MSCs的移植可以逆转高血糖症，并且可能与β胰岛的再生有关。

脂肪组织来源的间充质干细胞：首次报道，AD-MSCs的自体移植显着降低了STZ诱导的大鼠的血糖水平，并通过抑制氧化应激、促炎因子的释放和p38-MAPK通路保护大鼠免受DN。与BM-MSCs不同，人体脂肪组织获取相对容易，供体部位病变较少，患者不适感也较少。因此，自体AD-MSCs的给药是安全的，有望用于DN的治疗。

脐带血来源的间充质干细胞：与BM-MSCs相比，UCB-MSCs具有易于获取、即时可用的优势，并具有更好的增殖潜力和更低的移植物抗宿主病和致畸风险。Masoad等人发现源自脐带血的单核细胞干细胞对 STZ 诱发的糖尿病大鼠具有治疗作用。糖尿病肾病4周后，尾静脉给予人UCB-MSCs，在持续高血糖的情况下，可减轻DN肾功能损害。因此，他们提出UCB-MSCs具有直接的肾脏保护作用。

尿源干细胞(USCs) 

在本研究中，通过尾静脉而不是尿道双剂量注射USCs可以有效改善受损的肾损伤，不仅可以通过归巢到胰腺和肾脏等受损器官，还可以分泌许多促血管生成因子。在用FGF-2进行基因修饰后，建立了USCs，通过在体外分泌促血管生成营养因子和免疫调节剂来改善2型DN大鼠的并发症。此外，USC分泌的外泌体可通过抑制足细胞凋亡、促进血管生成和细胞存活来预防糖尿病肾损伤。USCs的一个主要优点是这些细胞可以非侵入性地大量获得并在体外广泛扩增以便有足够数量的细胞可以随时用于治疗疾病。

内皮祖细胞 (EPC) 

EPCs有助于维持血管稳态，在维持血管内皮功能方面发挥重要作用。例如，一些研究人员观察到 EPCs 被调动到受损的肾小球，并可能直接参与肾小球毛细血管的再生。

糖尿病对内皮祖细胞的影响

迄今为止，已有糖尿病患者循环EPCs水平降低和EPCs功能紊乱的报道，提示循环EPCs可能导致DM血管并发症（图3）。一方面，糖尿病的特点是微血管和大血管病变，表现出内皮祖细胞功能障碍。已发现EPC的旁分泌功能在糖尿病情况下受损。与非糖尿病相比，糖尿病CD34⁺细胞分泌的HGF等增殖性血管生成因子减少，而TGF-β1等促炎促纤维化因子的分泌增加，同时EPCs的增殖和迁移能力增强可以通过减少基质衍生因子来应对。

另一方面，EPCs的消耗也可能是糖尿病微血管病的一个致病因素。在糖尿病情况下，循环EPC的消耗是由于骨髓中形成的EPC和外周循环中的EPC减少。一项研究表明，被诊断为EPC减少的患者在1年后尿白蛋白排泄率增加，表明EPC减少与DN进展之间存在关联。

图3：糖尿病对EPCs的影响及EPCs在DN中的应用。

在糖尿病状态下，内皮祖细胞（EPCs）的旁分泌功能受损，EPCs中血管生成因子的表达和EPCs的增殖和迁移能力降低，而TGF-β1等促炎和促纤维化因子的分泌受到抑制。增加。此外，循环内皮祖细胞的耗竭是由于骨髓中形成的内皮祖细胞和外周循环中内皮祖细胞的减少。糖尿病中EPCs循环水平降低和EPCs功能障碍可能导致糖尿病肾病（DN）的进展。相反，他汀类药物、重组人促红细胞生成素 (rhEPO) 和有效的 EPCs 动员剂 AMD3100 的给药可以通过促进 EPCs 在骨髓中的动员来加速糖尿病患者伤口的愈合。此外，注射骨髓来源的EPCs能够修复肾小球内皮损伤，可能达到治疗DN的目的。

内皮祖细胞在糖尿病肾病中的应用

基于EPCs的上述特点，理论上只要是能够保护EPCs数量和功能的方法，就有可能成为糖尿病血管疾病的治疗手段（图3）。研究发现，1型糖尿病大鼠血管损伤时EPCs的动员是有限的，经胰岛素及相关细胞因子治疗后EPCs的动员有所恢复，提示EPCs的动员对高血糖敏感，早期治疗是可逆的。一份报告表明，注射骨髓来源的EPC可以改善AGN模型中的肾小球内皮损伤和系膜激活，表明EPC能够修复肾小球内皮损伤。EPCs通过再生受损的内皮细胞和修复血管，可能达到治疗DN的目的。

干细胞治疗糖尿病肾病的临床研究进展

近年来，关于糖尿病肾病的病理机制、分子机制研究越来越多，立足于此的新型药物研究越来越多，干细胞疗法便是其中之一。干细胞因具有减轻炎症反应、再生胰岛β细胞/肾细胞、修复肾损伤部位和控制血糖等作用而被科学家广泛应用于糖尿病肾病的研究中。

据ClinicalTrials.gov和中国临床试验注册中心显示，科学家已开展了多项临床试验证实了干细胞疗法在糖尿病肾病的有效性和安全性。

我国目前已展开相关的临床试验，研究基于干细胞疗法的安全性、可行性和耐受性，以及对糖尿病肾损伤患者的疗效。

2015年10月，开展同种异体BM-MSCs植入治疗DN的I/II期临床试验（NCT02585622），从安全性、可行性、耐受性等方面初步证实了BM-MSCs的疗效。基于干细胞治疗DN动物的成功临床前实验，我们应该做的是进一步开展临床试验，以验证干细胞治疗DN的疗效。

2017年-2018年，我国通过了3项干细胞针对肾损伤的相关研究，国拨5452万经费供科研，项目涉及肾脏细胞的再生与干细胞疗法在肾损伤的临床研究等。

2019年，共有2项干细胞疗法修复糖尿病肾损伤的临床备案项目通过国家的审核，《脐带间充质干细胞治疗糖尿病肾病》、《脐带间充质干细胞治疗2型糖尿病肾病的多中心临床研究》均已进入了临床试验阶段。

相关案例：对66名受试者（糖尿病病程5—22年）开展干细胞疗法，干预后定期对受试者进行观察测量：

两周后：

受试者血β2微球蛋白、尿素氮、肌酐、尿酸、尿蛋白等生化指标下降明显；

3个月后：

受试者糖化血红蛋白由8.6（均值）降至6.1（均值）；

 4个月后：

受试者空腹血糖由9.4（均值）降至5.9（均值），基础C肽有所上升。

临床案例结果证实了干细胞疗法能显著改善肾脏各生化指标，修复肾脏功能，延缓肾脏进行性损伤。

结论和未来的期望

随着干细胞技术和应用水平的进步，利用干细胞重建和修复受损的肾脏组织将极大地促进DN的治疗。近年来，对基于干细胞的疗法进行了更详细的研究，并通过在临床前模型中管理各种类型的干细胞获得了可喜的结果。在本文中，我们总结了目前可用于治疗DN的干细胞，包括ES细胞、iPSCs和成体干细胞，它们通过归巢到组织器官的损伤部位，然后分化成对DN发挥治疗作用。特定组织或通过分泌各种营养因子。反过来，糖尿病也会影响干细胞的迁移、增殖和分化等能力。无论干细胞来源于何种来源，

干细胞治疗的难点之一是高糖刺激下移植细胞的存活率低。内源性因素可通过过度氧化应激和线粒体损伤导致细胞死亡。而尿毒症状态会降低干细胞中VEGF的表达，加速细胞衰老，导致血管生成不足。因此，设法在糖尿病状态的大环境下存活干细胞并最大化其再生和修复作用可能是治疗糖尿病肾病的光明前景。在目前的干细胞研究中，对BM-MSCs的安全性和有效性研究最为深入。

简而言之，我们希望未来的实验不仅是为了深入了解机制，而且是为了开发新的治疗策略。