间质干细胞在肾脏疾病治疗中的应用

曹慧玲（综述），许文荣，张春兵（审校）

（1.江苏省中医院检验科，南京 210029;2.江苏大学基础医学与医学技术学院，江苏镇江 212013）

间质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是来源于发育早期中胚层的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的多能干细胞，广泛存在于全身多种组织中，可在体外培养扩增，并能在特定条件下分化为多种成体细胞［1］。随着对MSCs生物学特性及功能的深入研究，目前已经从多种组织中分离出MSCs。MSCs因其扩增迅速，免疫原性低，易于转染外源基因等优点成为细胞工程治疗的理想靶细胞。近年来的研究表明，MSCs在治疗肾脏疾病方面也取得了显著效果。现对MSCs及其治疗肾脏疾病的研究进展加以综述。

1 MSCs的生物学特性及应用

1.1 MSCs的生物学特性MSCs来源广泛，存在于多种组织器官中，包括骨髓、脂肪组织、脐血、脐带、肝脏、羊膜及外周血等［2，3］，其中脐血及外周血仅含有少量的MSCs，而且这种结果还尚存争议［4］。骨髓是最常用的体外分离培养MSCs的组织来源。近年来，随着对MSCs的深入研究，人们对其生物学特征的了解也不断深入。MSCs具有在塑料培养皿上贴壁生长的特性，镜下大多呈梭形或纺锤形外观的成纤维样细胞，这些细胞大部分都处于G0/G1期，有很强的扩增能力，扩增后的MSCs仍保持它的正常表型和端粒酶活性。目前尚未找到MSCs的特异标志分子［5］。MSCs具有多向分化潜能，在体内外均可分化为成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、心肌细胞、神经细胞等［1］。

1.2 MSCs的应用 MSCs由于其不断自我更新、免疫源性低、可多向分化等特点使MSCs移植成为一种非常具有前景的治疗方法，并日益得到重视。目前世界各国都投入了大量的人力、物力和财力进行了广泛而深入的研究，如用于神经组织损伤、心肌梗死、肝脏损伤等疾病治疗［6，7］。

MSCs的应用优势:①具有多向分化潜能。②易于分离培养、扩增，不涉及伦理道德问题，而胚胎干细胞则受到伦理学和实际取材等因素的限制。③免疫原性低，在移植时不发生免疫排斥反应或程度较低的特点，避免了移植排斥反应和使用免疫抑制剂。④易于外源基因的导入和表达，MSCs可作为载体携带特定基因在体内发挥作用。⑤遗传背景稳定，理论上致瘤风险很低。因此，人们对MSCs在临床治疗中的应用寄予了很高的期望。

2 MSCs与肾脏疾病

2.1 MSCs在肾脏疾病中的作用 再生医学干细胞疗法为现代肾脏疾病治疗提供了新的途径。MSCs由于其高度可塑性、较强体外扩增能力、易于转染外源基因等优势，成为肾脏疾病研究的理想靶细胞。迄今为止，应用于肾脏病研究的MSCs大多为大鼠、小鼠来源，人源性干细胞报道较少，研究用MSCs可取自骨髓、胚胎组织、后肾间充质等［8］。2004年，Herrera等［9］用甘油肌内注射建立小鼠急性肾衰竭（acute renal failure，ARF）模型，通过静脉内输注绿色荧光蛋白（green fluorescence protein，GFP）转基因小鼠的骨髓MSCs后发现肾功能得到了很快的恢复，并且发现MSCs-GFP+能分化为肾小管上皮细胞。Qian等［10］发现胎儿骨髓MSCs可以修复大鼠甘油肾损伤模型，荧光原位杂交检测人源细胞定位于肾组织并表达肾小管上皮细胞特异性标志，提示MSCs通过向肾细胞分化治疗肾损伤。Morigi等［11］报道，小鼠骨髓MSCs对抗肿瘤药物顺铂引起的ARF模型可以修复其受损肾脏功能并分化为肾小管上皮细胞，从而恢复肾脏的组织结构和功能，而移植造血干细胞则未见肾损伤修复效果。2008年，他们又首次报道了人骨髓MSCs可定位在近端肾小管区域并减少肾细胞凋亡促进增殖，同时还可提高小鼠的成活率［12］。Tögel等［13］提出不同于分化的观点，发现 MSCs通过旁分泌发挥了重要的治疗作用。2007年又发现在给予MSCs后的24 h，能检测到炎性因子白细胞介素（interleukin，IL）1β、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）α、干扰素γ和诱导型一氧化氮合酶显著减少，而抗炎性因子IL-10、b-碱性成纤维细胞生长因子、TGF-α和 Bcl-2表达上调［14］。此实验室的前期结果显示，脐带MSCs也可通过旁分泌因子作用发挥对肾缺血/再灌注ARF的治疗作用［15］。MSCs能够分泌多种细胞因子，而有些细胞因子在肾损伤的修复中起重要作用。例如，在顺铂致肾损伤的小鼠模型中，胰岛素样生长因子1基因沉默的MSCs限制了其修复肾功能和肾结构的作用［16］;MSCs在治疗肾缺血/再灌注损伤中可分泌IL-4、IL-10等因子抵抗损伤部位炎症发生从而达到疗效［17］。同样，Merlini等［18］学者还认为，自体干细胞移植在对肾脏纤维化疾病、终末期肾病的治疗中有着无可媲美的优势，较之于肾脏移植、血液净化等治疗措施将更具有发展潜力和研究价值。

2.2 MSCs作为转基因载体治疗肾脏疾病 细胞基因修饰在实验性基因治疗中为人们所关注，并逐步成为一种人类征服多种疾病的重要手段。细胞基因修饰的关键问题在于治疗性基因的转移和选择合适的人类靶细胞。

在过去的十多年中，人们常选择造血干细胞作为基因修饰的靶细胞，但造血干细胞具有体外不能有效扩增和数量极少等缺点，在很大程度上限制了其应用。近年来，MSCs逐渐为大家所认识，新的研究发现MSCs也是一种基因修饰的有效靶细胞［19］。Yokoo等［20］将IL-1受体拮抗剂基因转染到雄性小鼠的骨髓MSCs，再移植到亚致死量照射的雌性小鼠，骨髓重构的雌性小鼠发生Goodpasture肾炎时尿蛋白和肾功能较对照小鼠明显减轻。他们进一步发现人脐带血CD34+标记的BMSCs可作为基因治疗载体，将葡萄糖苷酸酶基因转染到NOD/SCID小鼠肾脏发生炎症的肾小球中，这些转基因细胞表达葡萄糖苷酸酶蛋白而发挥了相应的作用。Hagiwara等［21］发现将具有保护脏器防止氧化损伤多重功效的激肽释放酶转染MSCs后表达人源重组激肽释放酶可提高培养上清中VEGF的水平，通过抑制细胞凋亡和炎症提高对急性缺血肾损伤的保护作用。除了采用基因修饰的手段提高MSCs治疗肾损伤的功效外，还有一些学者通过对移植前细胞进行预处理［22］或联合应用其他物质共同作用［23］的方式提高MSCs在受体内的存活率及功效。

2.3 MSCs移植治疗的机制及存在的问题 目前研究结果基本肯定了骨髓源的MSC在促进肾小管损伤修复、保护肾功能方面有一定的效果，但在修复机制上存在着争议。

有关修复机制部分文献报道是由于MSCs的“可塑性”即“横向分化”［10］，但也有不同的观点认为是MSCs与周围损伤细胞发生了融合而并非真正的分化，还有学者认为是MSCs能分泌多种细胞因子，如肝细胞生长因子、血管内皮生长因子和胰岛素样生长因子1等，这些细胞因子在组织损伤时通过旁分泌发挥了有效的治疗作用［15］。MSCs在修复机制上存在分歧，产生这种差异的原因可能涉及以下几个方面:①移植的干细胞。MSCs尚未有统一的鉴定标准，是具有多向分化潜能的一群细胞，不同实验室获得的MSCs在表面标志，分化潜能上有一些差别，培养代数的多少与移植后的效果也相关。②ARF模型。诱导ARF的方法不同，产生损伤的程度与范围也不尽相同，移植后干细胞所处的微环境存在差异，可能也会对结果有影响。③移植量与移植方式。干细胞输注的数量、次数和移植途径不同，同样会导致实验结果的不一致。因此，进一步研究MSCs与肾损伤修复的具体机制，对提高MSCs对肾损伤的治疗效果，加大MSCs在损伤性疾病中的应用有非常重要的意义。

另外，移植工程中尚存在移植细胞的安全性问题，移植用细胞在体内外一定条件下可导致肿瘤［24］或脂肪变的形成，加重病情恶化［25］。

3 小结

MSCs 具有公认的多向分化潜能等干细胞特征和易于体外扩增等特性，已被认为是一种理想的细胞治疗、组织工程和基因治疗的靶细胞。MSCs在肾脏疾病治疗中的应用研究也反映了MSCs可作为该领域的一个新的治疗手段，其理论研究和应用实践还有很长的一段路要走，今后的研究方向应当是MSC移植的安全性，移植途径的选择，移植后细胞的分化特性的理论研究和实践，相信随着研究的进一步深入，一定会为其临床应用带来更为广阔的前景。

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