间充质干细胞治疗肾病克服这四大挑战丨将迎来新的曙光

肾脏疾病（KD）是一种危及生命的疾病，临床上以高发病率和高死亡率为特征，可由多种原因引起，并且发病率随年龄增长而增加。

目前，KD常用的治疗方法包括药物、血液透析和腹膜透析以及肾移植。然而，由于肾损伤的不可逆性、药物治疗的毒性作用、透析的不便以及肾移植供体的短缺和高昂的费用，仍未能达到预期的疗效。因此，迫切需要探索新的治疗策略来减缓KD的进展。

近年来研究发现，间充质干细胞 (MSC) 通过其多向分化和自我更新能力在修复损伤方面显示出巨大潜力。值得注意的是，MSCs在临床前和临床试验中作为治疗KD的安全有效的治疗策略。

近期，以昆明医科大学第三附属医院在《细胞移植》期刊发表了一篇间充质干细胞治疗肾病的潜力和挑战的文献综述，在这篇综述中，昆明医科大学第三附属医院概述了间充质干细胞的生物学特性，讨论了间充质干细胞治疗KD的疗效和机制，总结了已完成和正在进行的临床试验，并分析了局限性和新策略，旨在为KD的治疗提供新的思路和方法。

间充质干细胞的生物学特性

间充质干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的成体干细胞。它们具有多向分化潜能、高增殖能力、免疫调节和自我复制等特点，已成为治疗KD的新手段。它们可以从多种组织中获得，包括骨髓、脂肪组织、脐带、胎盘、羊水和牙髓 ( 图1)。

研究表明，间充质干细胞通过直接细胞间接触或旁分泌机制调节免疫活性，增强宿主细胞的扩增和分化潜能，从而促进损伤组织的恢复。重要的是，临床前实验和临床试验已经证实，使间充质干细胞治疗可显着改善KD的进展。

在功能上，MSCs的主要调节作用如下：

（1）募集的间充质干细胞分化为功能细胞以替代受损细胞，以及

（2）作为对炎症细胞因子的反应，间充质干细胞产生大量细胞因子、趋化因子、生长因子、和外泌体，刺激血管生成，防止细胞凋亡和上皮-间质转化 (EMT) 过程，阻断氧化应激，促进细胞外基质 (ECM) 重塑，并诱导组织干细胞分化。

近年来，多项研究证明，间充质干细胞通过旁分泌机制分泌的外泌体（MSCs-Exo）不仅具有与间充质干细胞相同的作用，而且具有移植风险低、易于储存管理、可控性高、免疫原性低、高免疫力等优点。安全性、可修复性高等。上述研究表明，间充质干细胞对损伤修复和免疫特征性疾病表现出良好的治疗作用，是干细胞在细胞治疗和再生医学领域的闪耀之星。

间充质干细胞治疗肾脏疾病的疗效及机制

目前，间充质干细胞被认为是治疗KD的新治疗工具，因为它们具有多向分化、迁移和归巢以及旁分泌作用。先前的研究表明，间充质干细胞在用于治疗器官损伤时是有效且安全的。重要的是，间充质干细胞治疗通过多种机制促进肾病后肾功能的恢复( 图2)如抗炎、抗凋亡、血管生成、抗氧化应激、抗纤维化、调节自噬和衰老。

01间充质干细胞的抗炎机制

以往的研究已经证明，炎症的激活是KD发病过程的重要组成部分，巨噬细胞的浸润和聚集有助于加速KD的进展。例如，Heerspink等人的一项研究。显示肿瘤坏死因子 (TNF) 受体1和IL-6的高血浆水平与糖尿病KD的进展相关。

间充质干细胞可以通过抑制炎症和促进肾脏修复来改善肾脏损伤。例如，UCMSCs治疗可通过减少促炎细胞因子和分泌丰富的表皮生长因子和血管内皮生长因子 (VEGF) 来显着预防糖尿病肾病 (DN) 的进展。

02间充质干细胞的抗凋亡机制

细胞凋亡与肾损伤和KD进展密切相关。前期研究表明，AKI动物模型和AKI人肾组织均检测到肾小管上皮细胞凋亡，促凋亡基因表达增加，抗凋亡基因表达增加。 Bcl-2基因减少。值得注意的是，许多研究已经证实，MSCs植入可以抑制肾小管上皮细胞的凋亡，从而恢复肾功能。

值得注意的是，MSCs通过旁分泌机制在KD中发挥治疗作用。例如，HuMSC-Exo通过激活ERK1/2通路抑制顺铂诱导的NRK-52E细胞凋亡。

03间充质干细胞的促血管生成机制

据报道，稀疏的肾小管周围毛细血管伴有血液灌注减少，限制了对肾脏的间质氧供应，最终导致肾纤维化和肾小管萎缩等不良后果，从而加速KD进展。已有研究表明，MSCs植入伤肾后可长期存活，促进肾间质毛细血管新生，改善肾脏微循环，抑制肾纤维化进展。同时，源自肾脏的MSCs促进了血管生成、血管生成和内皮修复。

大量研究表明，间充质干细胞移植增加了肾组织中VEGFmRNA的表达以及内皮细胞增殖，减少了肾小管周围毛细血管的损失，并改善了肾功能。

04间充质干细胞的抗纤维化机制

肾间质纤维化是CKD进展的共同病理标志，最终不可避免地发展为终末期KD，造成巨大的社会经济负担。越来越多的证据证实，肾小管细胞的EMT是肾间质纤维化的关键事件，其特征是成纤维细胞增殖和ECM产生与降解之间的不平衡，而抑制肾小管EMT可能是一种潜在的治疗策略慢性肾脏病。

大量研究表明，MSCs作为肾间质纤维化的保护性介质，可通过其抗纤维化活性和旁分泌机制在EMT过程中发挥重要的调控作用，延缓肾小管EMT，改善肾纤维化。

05间充质干细胞的抗氧化应激机制

氧化应激参与KD的发展和进展，包括急性肾损伤(AKI)和慢性肾病(CKD)。多项研究证实，氧化应激可诱导肾小管炎症、纤维化和肾小管上皮细胞凋亡，从而促进KD的进展。同时，肾脏是产生活性氧 (ROS) 的重要器官，而氧化应激是CKD进展的介质。

近年来，大量研究证明MSCs被报道作为一种抗氧化治疗药物用于治疗KD。因此，氧化应激的调节是基于MSCs治疗KD的基本机制。

06间充质干细胞的调节自噬机制

自噬是一种II型程序性细胞死亡，可被激活以促进细胞存活或通过刺激各种生理和病理因素导致细胞死亡。基础水平的自噬作为自食细胞过程发生，以降解溶酶体中的胞质蛋白和亚细胞器，回收细胞质成分，并再生细胞构建块和能量，从而维持所有真核细胞中的细胞和组织稳态。

最近，间充质干细胞移植已成为再生医学中通过调节自噬修复受损器官功能的有效策略。例如，缺氧的MSCs通过促进肾小管自噬来缓解AKI进展。

07间充质干细胞的抗衰老机制

细胞衰老是一种永久性细胞周期停滞的特殊细胞状态，由各种应激源（如端粒缩短、DNA损伤、氧化应激和癌蛋白激活引起的细胞损伤累积引起。已知衰老细胞在KD中的水平升高，衰老细胞的积累被认为会促进肾纤维化、DN、严重AKI和肾功能衰退。

几项研究表明，通过转基因或药物方法去除肾脏中衰老的肾小管细胞可减少组织老化的特征，并有效改善肾小球硬化、炎症和肾功能。

间充质干细胞治疗肾病的临床试验

在过去的十年中，MSCs在KD治疗中的有益功效已在多种细胞和动物实验模型中得到证实。例如，2004年，间充质干细胞的疗法首次被证明可以促进顺铂诱导的AKI小鼠模型中的肾小管再生和改善肾功能。随后的研究也证实，MSCs可减轻由缺血再灌注、甘油、败血症、盲肠结扎和穿刺、等诱发的AKI的其他动物模型。此外，MSCs 移植通过抑制肾小管上皮细胞凋亡、EMT过程和诱导细胞自噬显着缓解CKD进展。

根据ClinicalTrials.gov提供的数据统计了间充质干细胞治疗肾病的临床试验（表2)。

正在进行的间充质干细胞治疗肾脏疾病的临床试验。

序号	预计入学人数	阶段	间充质干细胞来源	进展	赞助	临床试验编号
AKI
1个	80	一/二	UCMSCs	不招人	中国人民解放军总医院，中国	NCT04194671
2个	15	一期	脂肪干细胞	招聘中	Tambi Jarmi, 美国	NCT04388761
3个	15	一期	骨髓间充质干细胞	完全的	美国 AlloCure 公司	NCT00733876
4个	24	一/二	间充质干细胞	不招人	Sentien 生物技术公司	NCT03015623
慢性肾病
1个	7	一期	骨髓间充质干细胞	完全的	伊朗鲁瓦扬研究所	NCT02195323
2个	44	一/二	UCMSCs	招聘中	华中科技大学同济医学院同济医院	NCT05512988
3个	20	一期	骨髓间充质干细胞	招聘中	美国佛罗里达州梅奥诊所	NCT05362786
4个	31	一/二	脂肪干细胞	招聘中	Bangladesh Laser & Cell Surgery Institute & Hospital, 孟加拉国	NCT03939741
5个	116	二	UCMSCs	未知	中国珠江医院	NCT02966717
6个	40	一期	脂肪干细胞	招聘中	美国佛罗里达州梅奥诊所	NCT04869761
7	6个	一期	骨髓间充质干细胞	完全的	伊朗鲁瓦扬研究所	NCT02166489
8个	10	一期	骨髓间充质干细胞	招聘中	韩国Pharmicell株式会社	NCT05042206
9	20	一期	UCMSCs	招聘中	骨科和再生医学基金会，安提瓜和巴布达	NCT05018845
10	7	一期	骨髓间充质干细胞	完全的	伊朗鲁瓦扬研究所	NCT02195323
11	20	一/二	间充质干细胞	未知	中国福州总医院	NCT00659620
12	30	二	脂肪干细胞	招聘中	美国罗切斯特梅奥诊所	NCT03325322
13	31	一/二	脂肪干细胞	招聘中	Bangladesh Laser & Cell Surgery Institute & Hospital, 孟加拉国	NCT03939741
14	42	一期	脂肪干细胞	完全的	美国阿拉巴马大学	NCT02266394
15	60		泌尿系间充质干细胞	不招人	法国里昂市民临终关怀医院	NCT04998461
16	100	不适用	脂肪干细胞	未知	中国徐州医科大学附属医院	NCT03321942
17	30	一/二	间充质干细胞	未知	中国南京医科大学	NCT03460223
18	100	不适用	脂肪干细胞	未知	中国徐州医科大学附属医院	NCT03321942
DN
1个	30	一期	脂肪干细胞	招聘中	美国罗切斯特梅奥诊所	NCT03840343
2个	54	一/二	UCMSCs	未知	中国上海东方医院	NCT04216849
3个	15	早期I	UCMSCs	招聘中	中国昆明医科大学延安附属医院	NCT04125329
4个	38	不适用	UCMSCs	未知	中国武汉大学人民医院	NCT04562025
5个	48岁	一/二	骨髓间充质干细胞	招聘中	爱尔兰马里奥内格里药理研究所	NCT02585622
6个	20	一/二	沃顿果冻 MSC	未知	约旦大学	NCT03288571
7	15	一期	脂肪干细胞	招聘中	阿尔伯特·哈凯姆，美国	NCT04392206
狼疮性肾炎
1个	16	一期	人羊膜间充质干细胞	完全的	中国昆明医科大学延安附属医院	NCT04318600
2个	230	二	UCMSCs	未知	中国南京大学医学院附属鼓楼医院	NCT03580291
3个	20	一/二	骨髓间充质干细胞	未知	中国福州总医院	NCT00659217
4个	30	不适用	UCMSCs	未知	中国大连医科大学第一附属医院	NCT03458156
5个	36	二	骨髓间充质干细胞	不招人	韩国汉阳大学医院	NCT03673748
6个	7	一期	骨髓间充质干细胞	完全的	Corestem, Inc., 韩国	NCT03174587
7	25	二	UCMSCs	未知	中国昆明医科大学第二附属医院和系统性红斑狼疮研究中心	NCT01539902
8个	7	一期	骨髓间充质干细胞	完全的	韩国汉阳大学医院	NCT03174587

例如，Swaminathan等人的I/II期临床试验。表明BMMSCs通过分泌抗炎因子减轻AKI患者的炎症反应。

另外两项临床试验（NCT00698191和NCT01741857）证实，脐带间充质干细胞移植治疗难治性系统性红斑狼疮可改善疾病活动度和肾功能，减少蛋白尿，且无不良事件发生。

目前，共有七项和九项临床试验正在进行，以评估MSCs在糖尿病肾病和CKD患者中的安全性和有效性。

然而，基于MSC的疗法在用于治疗严重的KD时受到MSC低存活率的限制。疾病控制不佳、细胞微环境、失巢凋亡、局部缺血、炎症和ROS产生等多种因素会降低基于MSC的疗法的疗效。

因此，在获得现有临床试验结果后，我们将进一步探索基于MSCs治疗KD的多种治疗策略，以延长患者的生存期，延缓KD的进展。

间充质干细胞治疗肾病目前面临的挑战

间充质干细胞来源的选择

有趣的是，动物模型和临床试验的结果已经证实，MSCs对各种KD的治疗都显示出积极的效果，并且没有观察到不良反应或严重的不良并发症。

目前，间充质干细胞广泛应用于临床试验，但最终目标是利用间充质干细胞延缓KD进展，避免其进展为终末期肾病。

因此，在临床应用中应考虑选择自体或异体MSCs进行移植。自体间充质干细胞免疫原性低，无感染风险，但自体细胞制备所需时间较长可能会限制其在临床治疗中的实际应用。

同种异体间充质干细胞可以选择性地来源于年轻健康的供体，并具有快速大量生产的潜力体外培养，显着降低成本，而同种异体MSC的使用包括更高的免疫反应风险和更短的注射后细胞存活时间。虽然自体间充质干细胞移植比同种异体间充质干细胞更安全、更合乎伦理，但在临床应用中仍存在一些问题。

间充质干细胞的移植途径

目前，间充质干细胞在动物实验中的移植多采用静脉注射、动脉注射、腹腔注射和局部注射治疗KD，而间充质干细胞的临床移植主要包括动脉注射和静脉注射。先前的研究表明，通过动脉注射的MSCs移植比静脉注射更有效地促进肾脏再生。此外，局部注射 MSCs在肾脏修复中也起着积极作用，但这种途径在临床实践中不太常用。

重要的是，不同的移植方式对MSCs的存活率和归巢率有显着影响，需要确定最佳植入方式。此外，MSCs注射的时机、注射次数、每次注射的细胞数，探索MSCs向受损部位迁移的最佳策略，了解MSCs与其他组织细胞的相互作用，以及移植后MSCs的不良反应，所有这些都对MSC从基础实验转向临床应用提出了挑战。

间充质干细胞的迁移和存活

MSC发挥功效的先决条件是能够迁移到受损组织。先前的研究发现，MSCs可以定位到患病部位，但只有一小部分MSCs。多项研究发现，MSC在体内的迁移受各种表面粘附分子的调节。重要的是，用细胞因子或活性物质预处理可以提高MSCs的定位/迁移能力。然而，MSCs的来源、培养和扩增方法可能会影响其局部表面分子的表达，以及修饰的MSCs的细胞活性、治疗效果和安全性都难以控制。同时，缺乏将MSCs精确定位到受损组织的有效策略。

间充质干细胞移植的安全性

随着MSCs临床应用研究的逐渐增多，MSCs的安全性受到广泛关注。在Liu等人的I期临床试验中。健康志愿者在接受BMMSCs输注后2个月的随访中未发现身体异常。胡等表明在自体或同种异体间充质干细胞移植的临床试验中未观察到严重的不良反应或致瘤性。这些结果表明MSCs在治疗疾病方面是相对安全的。

目前，市场上没有美国食品和药物管理局 (FDA) 批准的MSCs用于疾病治疗，而一些MSCs批准的人类疾病产品在其他国家（表3)。同时，MSCs的临床研究大多还处于早期阶段，MSCs的来源、分离、纯化方法、注射途径等也各不相同。因此，MSCs的安全性还需要通过不断的临床试验来总结和完善。

结论

大量研究证实了间充质干细胞移植治疗肾脏疾病的安全性和耐受性。鉴于全世界KD的发病率不断增加，间充质干细胞治疗似乎是一种创新的干预方法，在KD的管理方面具有巨大的潜力，但在MSCs大规模用于临床治疗之前还有很多工作要做。

首先，需要解决间充质干细胞的供体异质性、大规模生产、免疫原性和冷冻保存等问题。

其次，如何通过人工手段制备出靶向能力更高效、免疫调节功能更精准、应用效果更安全的MSCs还有待研究。现有研究提供了多种策略，包括基因工程、微粒工程和预培养，从理论上提高了MSCs应用的效率。

第三，间充质干细胞治疗KD的详细潜在机制以及靶向肾脏相关损伤的功能作用需要进一步探索。

第四，间充质干细胞治疗安全性仍存在争议。随着新型生物技术的进步，增强间充质干细胞疗效和安全性的策略有很多（如药物偶联、缺氧条件、细胞因子预处理、基因修饰等），但长期疗效尚未得到证实和标准化的临床试验方案仍然需要。

目前，KD的治疗仅限于药物治疗、透析和肾移植，而间充质干细胞移植已成为一种有前途的替代疗法，并得到相关临床研究证据的支持。从功能改善和临床参数的角度来看，临床试验的结果更加有利，新技术的发展有望克服目前间充质干细胞治疗临床应用的障碍。

总之，随着治疗方案的不断创新，以及未来更多、更大规模的临床试验，以间充质干细胞为基础的疗法有望成为治疗KD的主要“利器”。

主要参考资料：

Chen F, Chen N, Xia C, Wang H, Shao L, Zhou C, Wang J. Mesenchymal Stem Cell Therapy in Kidney Diseases: Potential and Challenges. Cell Transplant. 2023 Jan-Dec;32:9636897231164251. doi: 10.1177/09636897231164251. PMID: 37013255; PMCID: PMC10074620.

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