間充質干細胞治療腎病克服這四大挑戰丨將迎來新的曙光

腎臟疾病（KD）是一種危及生命的疾病，臨床上以高發病率和高死亡率為特征，可由多種原因引起，并且發病率隨年齡增長而增加。

目前，KD常用的治療方法包括藥物、血液透析和腹膜透析以及腎移植。然而，由于腎損傷的不可逆性、藥物治療的毒性作用、透析的不便以及腎移植供體的短缺和高昂的費用，仍未能達到預期的療效。因此，迫切需要探索新的治療策略來減緩KD的進展。

近年來研究發現，間充質干細胞 (MSC) 通過其多向分化和自我更新能力在修復損傷方面顯示出巨大潛力。值得注意的是，MSCs在臨床前和臨床試驗中作為治療KD的安全有效的治療策略。

近期，以昆明醫科大學第三附屬醫院在《細胞移植》期刊發表了一篇間充質干細胞治療腎病的潛力和挑戰的文獻綜述，在這篇綜述中，昆明醫科大學第三附屬醫院概述了間充質干細胞的生物學特性，討論了間充質干細胞治療KD的療效和機制，總結了已完成和正在進行的臨床試驗，并分析了局限性和新策略，旨在為KD的治療提供新的思路和方法。

間充質干細胞的生物學特性

間充質干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的成體干細胞。它們具有多向分化潛能、高增殖能力、免疫調節和自我復制等特點，已成為治療KD的新手段。它們可以從多種組織中獲得，包括骨髓、脂肪組織、臍帶、胎盤、羊水和牙髓 ( 圖1)。

研究表明，間充質干細胞通過直接細胞間接觸或旁分泌機制調節免疫活性，增強宿主細胞的擴增和分化潛能，從而促進損傷組織的恢復。重要的是，臨床前實驗和臨床試驗已經證實，使間充質干細胞治療可顯著改善KD的進展。

在功能上，MSCs的主要調節作用如下：

（1）募集的間充質干細胞分化為功能細胞以替代受損細胞，以及

（2）作為對炎癥細胞因子的反應，間充質干細胞產生大量細胞因子、趨化因子、生長因子、和外泌體，刺激血管生成，防止細胞凋亡和上皮-間質轉化 (EMT) 過程，阻斷氧化應激，促進細胞外基質 (ECM) 重塑，并誘導組織干細胞分化。

近年來，多項研究證明，間充質干細胞通過旁分泌機制分泌的外泌體（MSCs-Exo）不僅具有與間充質干細胞相同的作用，而且具有移植風險低、易于儲存管理、可控性高、免疫原性低、高免疫力等優點。安全性、可修復性高等。上述研究表明，間充質干細胞對損傷修復和免疫特征性疾病表現出良好的治療作用，是干細胞在細胞治療和再生醫學領域的閃耀之星。

間充質干細胞治療腎臟疾病的療效及機制

目前，間充質干細胞被認為是治療KD的新治療工具，因為它們具有多向分化、遷移和歸巢以及旁分泌作用。先前的研究表明，間充質干細胞在用于治療器官損傷時是有效且安全的。重要的是，間充質干細胞治療通過多種機制促進腎病后腎功能的恢復(?圖2)如抗炎、抗凋亡、血管生成、抗氧化應激、抗纖維化、調節自噬和衰老。

01間充質干細胞的抗炎機制

以往的研究已經證明，炎癥的激活是KD發病過程的重要組成部分，巨噬細胞的浸潤和聚集有助于加速KD的進展。例如，Heerspink等人的一項研究。顯示腫瘤壞死因子 (TNF) 受體1和IL-6的高血漿水平與糖尿病KD的進展相關。

間充質干細胞可以通過抑制炎癥和促進腎臟修復來改善腎臟損傷。例如，UCMSCs治療可通過減少促炎細胞因子和分泌豐富的表皮生長因子和血管內皮生長因子 (VEGF) 來顯著預防糖尿病腎病 (DN) 的進展。

02間充質干細胞的抗凋亡機制

細胞凋亡與腎損傷和KD進展密切相關。前期研究表明，AKI動物模型和AKI人腎組織均檢測到腎小管上皮細胞凋亡，促凋亡基因表達增加，抗凋亡基因表達增加。 Bcl-2基因減少。值得注意的是，許多研究已經證實，MSCs植入可以抑制腎小管上皮細胞的凋亡，從而恢復腎功能。

值得注意的是，MSCs通過旁分泌機制在KD中發揮治療作用。例如，HuMSC-Exo通過激活ERK1/2通路抑制順鉑誘導的NRK-52E細胞凋亡。

03間充質干細胞的促血管生成機制

據報道，稀疏的腎小管周圍毛細血管伴有血液灌注減少，限制了對腎臟的間質氧供應，最終導致腎纖維化和腎小管萎縮等不良后果，從而加速KD進展。已有研究表明，MSCs植入傷腎后可長期存活，促進腎間質毛細血管新生，改善腎臟微循環，抑制腎纖維化進展。同時，源自腎臟的MSCs促進了血管生成、血管生成和內皮修復。

大量研究表明，間充質干細胞移植增加了腎組織中VEGFmRNA的表達以及內皮細胞增殖，減少了腎小管周圍毛細血管的損失，并改善了腎功能。

04間充質干細胞的抗纖維化機制

腎間質纖維化是CKD進展的共同病理標志，最終不可避免地發展為終末期KD，造成巨大的社會經濟負擔。越來越多的證據證實，腎小管細胞的EMT是腎間質纖維化的關鍵事件，其特征是成纖維細胞增殖和ECM產生與降解之間的不平衡，而抑制腎小管EMT可能是一種潛在的治療策略慢性腎臟病。

大量研究表明，MSCs作為腎間質纖維化的保護性介質，可通過其抗纖維化活性和旁分泌機制在EMT過程中發揮重要的調控作用，延緩腎小管EMT，改善腎纖維化。

05間充質干細胞的抗氧化應激機制

氧化應激參與KD的發展和進展，包括急性腎損傷(AKI)和慢性腎病(CKD)。多項研究證實，氧化應激可誘導腎小管炎癥、纖維化和腎小管上皮細胞凋亡，從而促進KD的進展。同時，腎臟是產生活性氧 (ROS) 的重要器官，而氧化應激是CKD進展的介質。

近年來，大量研究證明MSCs被報道作為一種抗氧化治療藥物用于治療KD。因此，氧化應激的調節是基于MSCs治療KD的基本機制。

06間充質干細胞的調節自噬機制

自噬是一種II型程序性細胞死亡，可被激活以促進細胞存活或通過刺激各種生理和病理因素導致細胞死亡。基礎水平的自噬作為自食細胞過程發生，以降解溶酶體中的胞質蛋白和亞細胞器，回收細胞質成分，并再生細胞構建塊和能量，從而維持所有真核細胞中的細胞和組織穩態。

最近，間充質干細胞移植已成為再生醫學中通過調節自噬修復受損器官功能的有效策略。例如，缺氧的MSCs通過促進腎小管自噬來緩解AKI進展。

07間充質干細胞的抗衰老機制

細胞衰老是一種永久性細胞周期停滯的特殊細胞狀態，由各種應激源（如端粒縮短、DNA損傷、氧化應激和癌蛋白激活引起的細胞損傷累積引起。已知衰老細胞在KD中的水平升高，衰老細胞的積累被認為會促進腎纖維化、DN、嚴重AKI和腎功能衰退。

幾項研究表明，通過轉基因或藥物方法去除腎臟中衰老的腎小管細胞可減少組織老化的特征，并有效改善腎小球硬化、炎癥和腎功能。

間充質干細胞治療腎病的臨床試驗

在過去的十年中，MSCs在KD治療中的有益功效已在多種細胞和動物實驗模型中得到證實。例如，2004年，間充質干細胞的療法首次被證明可以促進順鉑誘導的AKI小鼠模型中的腎小管再生和改善腎功能。隨后的研究也證實，MSCs可減輕由缺血再灌注、甘油、敗血癥、盲腸結扎和穿刺、等誘發的AKI的其他動物模型。此外，MSCs 移植通過抑制腎小管上皮細胞凋亡、EMT過程和誘導細胞自噬顯著緩解CKD進展。

根據ClinicalTrials.gov提供的數據統計了間充質干細胞治療腎病的臨床試驗（表2)。

正在進行的間充質干細胞治療腎臟疾病的臨床試驗。

序號	預計入學人數	階段	間充質干細胞來源	進展	贊助	臨床試驗編號
AKI
1個	80	一/二	UCMSCs	不招人	中國人民解放軍總醫院，中國	NCT04194671
2個	15	一期	脂肪干細胞	招聘中	Tambi Jarmi, 美國	NCT04388761
3個	15	一期	骨髓間充質干細胞	完全的	美國 AlloCure 公司	NCT00733876
4個	24	一/二	間充質干細胞	不招人	Sentien 生物技術公司	NCT03015623
慢性腎病
1個	7	一期	骨髓間充質干細胞	完全的	伊朗魯瓦揚研究所	NCT02195323
2個	44	一/二	UCMSCs	招聘中	華中科技大學同濟醫學院同濟醫院	NCT05512988
3個	20	一期	骨髓間充質干細胞	招聘中	美國佛羅里達州梅奧診所	NCT05362786
4個	31	一/二	脂肪干細胞	招聘中	Bangladesh Laser & Cell Surgery Institute & Hospital, 孟加拉國	NCT03939741
5個	116	二	UCMSCs	未知	中國珠江醫院	NCT02966717
6個	40	一期	脂肪干細胞	招聘中	美國佛羅里達州梅奧診所	NCT04869761
7	6個	一期	骨髓間充質干細胞	完全的	伊朗魯瓦揚研究所	NCT02166489
8個	10	一期	骨髓間充質干細胞	招聘中	韓國Pharmicell株式會社	NCT05042206
9	20	一期	UCMSCs	招聘中	骨科和再生醫學基金會，安提瓜和巴布達	NCT05018845
10	7	一期	骨髓間充質干細胞	完全的	伊朗魯瓦揚研究所	NCT02195323
11	20	一/二	間充質干細胞	未知	中國福州總醫院	NCT00659620
12	30	二	脂肪干細胞	招聘中	美國羅切斯特梅奧診所	NCT03325322
13	31	一/二	脂肪干細胞	招聘中	Bangladesh Laser & Cell Surgery Institute & Hospital, 孟加拉國	NCT03939741
14	42	一期	脂肪干細胞	完全的	美國阿拉巴馬大學	NCT02266394
15	60		泌尿系間充質干細胞	不招人	法國里昂市民臨終關懷醫院	NCT04998461
16	100	不適用	脂肪干細胞	未知	中國徐州醫科大學附屬醫院	NCT03321942
17	30	一/二	間充質干細胞	未知	中國南京醫科大學	NCT03460223
18	100	不適用	脂肪干細胞	未知	中國徐州醫科大學附屬醫院	NCT03321942
DN
1個	30	一期	脂肪干細胞	招聘中	美國羅切斯特梅奧診所	NCT03840343
2個	54	一/二	UCMSCs	未知	中國上海東方醫院	NCT04216849
3個	15	早期I	UCMSCs	招聘中	中國昆明醫科大學延安附屬醫院	NCT04125329
4個	38	不適用	UCMSCs	未知	中國武漢大學人民醫院	NCT04562025
5個	48歲	一/二	骨髓間充質干細胞	招聘中	愛爾蘭馬里奧內格里藥理研究所	NCT02585622
6個	20	一/二	沃頓果凍 MSC	未知	約旦大學	NCT03288571
7	15	一期	脂肪干細胞	招聘中	阿爾伯特·哈凱姆，美國	NCT04392206
狼瘡性腎炎
1個	16	一期	人羊膜間充質干細胞	完全的	中國昆明醫科大學延安附屬醫院	NCT04318600
2個	230	二	UCMSCs	未知	中國南京大學醫學院附屬鼓樓醫院	NCT03580291
3個	20	一/二	骨髓間充質干細胞	未知	中國福州總醫院	NCT00659217
4個	30	不適用	UCMSCs	未知	中國大連醫科大學第一附屬醫院	NCT03458156
5個	36	二	骨髓間充質干細胞	不招人	韓國漢陽大學醫院	NCT03673748
6個	7	一期	骨髓間充質干細胞	完全的	Corestem, Inc., 韓國	NCT03174587
7	25	二	UCMSCs	未知	中國昆明醫科大學第二附屬醫院和系統性紅斑狼瘡研究中心	NCT01539902
8個	7	一期	骨髓間充質干細胞	完全的	韓國漢陽大學醫院	NCT03174587

例如，Swaminathan等人的I/II期臨床試驗。表明BMMSCs通過分泌抗炎因子減輕AKI患者的炎癥反應。

另外兩項臨床試驗（NCT00698191和NCT01741857）證實，臍帶間充質干細胞移植治療難治性系統性紅斑狼瘡可改善疾病活動度和腎功能，減少蛋白尿，且無不良事件發生。

目前，共有七項和九項臨床試驗正在進行，以評估MSCs在糖尿病腎病和CKD患者中的安全性和有效性。

然而，基于MSC的療法在用于治療嚴重的KD時受到MSC低存活率的限制。疾病控制不佳、細胞微環境、失巢凋亡、局部缺血、炎癥和ROS產生等多種因素會降低基于MSC的療法的療效。

因此，在獲得現有臨床試驗結果后，我們將進一步探索基于MSCs治療KD的多種治療策略，以延長患者的生存期，延緩KD的進展。

間充質干細胞治療腎病目前面臨的挑戰

間充質干細胞來源的選擇

有趣的是，動物模型和臨床試驗的結果已經證實，MSCs對各種KD的治療都顯示出積極的效果，并且沒有觀察到不良反應或嚴重的不良并發癥。

目前，間充質干細胞廣泛應用于臨床試驗，但最終目標是利用間充質干細胞延緩KD進展，避免其進展為終末期腎病。

因此，在臨床應用中應考慮選擇自體或異體MSCs進行移植。自體間充質干細胞免疫原性低，無感染風險，但自體細胞制備所需時間較長可能會限制其在臨床治療中的實際應用。

同種異體間充質干細胞可以選擇性地來源于年輕健康的供體，并具有快速大量生產的潛力體外培養，顯著降低成本，而同種異體MSC的使用包括更高的免疫反應風險和更短的注射后細胞存活時間。雖然自體間充質干細胞移植比同種異體間充質干細胞更安全、更合乎倫理，但在臨床應用中仍存在一些問題。

間充質干細胞的移植途徑

目前，間充質干細胞在動物實驗中的移植多采用靜脈注射、動脈注射、腹腔注射和局部注射治療KD，而間充質干細胞的臨床移植主要包括動脈注射和靜脈注射。先前的研究表明，通過動脈注射的MSCs移植比靜脈注射更有效地促進腎臟再生。此外，局部注射 MSCs在腎臟修復中也起著積極作用，但這種途徑在臨床實踐中不太常用。

重要的是，不同的移植方式對MSCs的存活率和歸巢率有顯著影響，需要確定最佳植入方式。此外，MSCs注射的時機、注射次數、每次注射的細胞數，探索MSCs向受損部位遷移的最佳策略，了解MSCs與其他組織細胞的相互作用，以及移植后MSCs的不良反應，所有這些都對MSC從基礎實驗轉向臨床應用提出了挑戰。

間充質干細胞的遷移和存活

MSC發揮功效的先決條件是能夠遷移到受損組織。先前的研究發現，MSCs可以定位到患病部位，但只有一小部分MSCs。多項研究發現，MSC在體內的遷移受各種表面粘附分子的調節。重要的是，用細胞因子或活性物質預處理可以提高MSCs的定位/遷移能力。然而，MSCs的來源、培養和擴增方法可能會影響其局部表面分子的表達，以及修飾的MSCs的細胞活性、治療效果和安全性都難以控制。同時，缺乏將MSCs精確定位到受損組織的有效策略。

間充質干細胞移植的安全性

隨著MSCs臨床應用研究的逐漸增多，MSCs的安全性受到廣泛關注。在Liu等人的I期臨床試驗中。健康志愿者在接受BMMSCs輸注后2個月的隨訪中未發現身體異常。胡等表明在自體或同種異體間充質干細胞移植的臨床試驗中未觀察到嚴重的不良反應或致瘤性。這些結果表明MSCs在治療疾病方面是相對安全的。

目前，市場上沒有美國食品和藥物管理局 (FDA) 批準的MSCs用于疾病治療，而一些MSCs批準的人類疾病產品在其他國家（表3)。同時，MSCs的臨床研究大多還處于早期階段，MSCs的來源、分離、純化方法、注射途徑等也各不相同。因此，MSCs的安全性還需要通過不斷的臨床試驗來總結和完善。

結論

大量研究證實了間充質干細胞移植治療腎臟疾病的安全性和耐受性。鑒于全世界KD的發病率不斷增加，間充質干細胞治療似乎是一種創新的干預方法，在KD的管理方面具有巨大的潛力，但在MSCs大規模用于臨床治療之前還有很多工作要做。

首先，需要解決間充質干細胞的供體異質性、大規模生產、免疫原性和冷凍保存等問題。

其次，如何通過人工手段制備出靶向能力更高效、免疫調節功能更精準、應用效果更安全的MSCs還有待研究。現有研究提供了多種策略，包括基因工程、微粒工程和預培養，從理論上提高了MSCs應用的效率。

第三，間充質干細胞治療KD的詳細潛在機制以及靶向腎臟相關損傷的功能作用需要進一步探索。

第四，間充質干細胞治療安全性仍存在爭議。隨著新型生物技術的進步，增強間充質干細胞療效和安全性的策略有很多（如藥物偶聯、缺氧條件、細胞因子預處理、基因修飾等），但長期療效尚未得到證實和標準化的臨床試驗方案仍然需要。

目前，KD的治療僅限于藥物治療、透析和腎移植，而間充質干細胞移植已成為一種有前途的替代療法，并得到相關臨床研究證據的支持。從功能改善和臨床參數的角度來看，臨床試驗的結果更加有利，新技術的發展有望克服目前間充質干細胞治療臨床應用的障礙。

總之，隨著治療方案的不斷創新，以及未來更多、更大規模的臨床試驗，以間充質干細胞為基礎的療法有望成為治療KD的主要“利器”。

主要參考資料：

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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