干细胞治疗急性肾损伤，未来应从哪些方面提高其治疗肾损伤的效果

急性肾损伤（AKI）是一种多方面的疾病，其特征是肾功能迅速下降。然而，随着对AKI病理生理机制的深入了解，目前可用的AKI干预措施仅是支持性的。因此，迫切需要新的疗法来改善AKI患者的预后。

近日，我国研究人员在Current Stem Cell Research & Therapy期刊上发表了关于干细胞治疗急性肾损伤的研究成果，并阐述了基于间充质干细胞治疗通过旁分泌因子的分泌、细胞器的转移和细胞间接触为急性肾损伤的治疗提供了巨大的潜力，从而发挥抗炎、抗氧化应激、抗纤维化、抗凋亡、促进血管生成和免疫调节作用。这些策略为未来干细胞治疗急性肾损伤提供了有希望的结果。

搜索策略

这是一篇叙述性评论。根据其“叙述”的性质，作者选择了与此事最相关的贡献。本文是一项叙述性回顾研究，试图收集有关间充质干细胞与急性肾损伤的各个方面的信息。使用关键词“急性肾损伤”结合“间充质干细胞”对2005年至2022年3月PubMed文章中的文章进行检索，获得523篇参考文献。

作者重点关注2005年以后的出版物，强调过去10年，但作者并没有排除经常引用的、相关的和有影响力的较早出版物。回顾了2005年至2022年的临床试验、病例对照、综述、荟萃分析研究、文章、病例系列、队列和横断面研究。作者还审查了每篇文章的参考文献，以包括搜索未识别的进一步其他研究或报告。作者考虑到专家观点和给编辑的信而排除了文章。最终共获得97篇文章，筛选出70篇进行分析。

测试间充质干细胞在治疗不同急性肾损伤模型中疗效的实验研究

缺血再灌注 (I/R) 损伤是心脏手术、肾切除或肾移植后AKI的常见病因。兰格等人的研究。证明对大鼠I/R诱导的AKI施用MSC可以显着改善肾功能并降低损伤评分。

彭等人据报道，人脐带源性MSC通过保护线粒体、消除炎症反应、抑制细胞凋亡和促进肾细胞再生，显着减弱顺铂诱导的小鼠AKI。脓毒症相关的AKI是重症监护环境中常见的危及生命的并发症，占所有AKI事件的近50%。在脓毒症诱发的AKI模型中也注意到了MSC在挽救肾功能和形态损伤方面的有益作用。

在这些临床前研究中，间充质干细胞减轻肾损伤的治疗功效引起了极大的兴趣，并鼓励启动临床试验来评估间充质干细胞在AKI患者中的安全性和有效性。

间充质干细胞治疗急性肾损伤患者的临床试验

间充质干细胞在一系列不同AKI模型中减少肾损伤和改善肾功能的有益作用引起了人们极大的兴趣，并鼓励早期临床试验来评估间充质干细胞在AKI环境中的应用。迄今为止，已有5项临床试验在ClinicalTrial.gov上注册，以评估MSCs在AKI患者中的安全性和有效性，但仅完成了两项临床试验。

首先，对16名术后AKI高危心脏手术患者进行了I期临床试验（NCT00733876），以评估骨髓源同种异体MSC治疗的安全性和有效性。在这项研究中，心脏手术患者接受了间充质干细胞的安全治疗，并且在六个月的随访期间没有观察到任何与间充质干细胞相关的严重不良事件。

此外，2016年完成的一项由27个中心参与的2期试验是一项随机、双盲、安慰剂对照试验，对156名术后早期发生AKI的心脏手术受试者进行，旨在确定MSC是否可以缩短术后肾功能恢复的时间。心脏手术。该试验的结果还指出，间充质干细胞输注不会引起导致治疗停止的严重不良事件。然而，各组之间的主要结局没有显着差异。MSCs组和安慰剂组肾功能恢复的中位时间分别为15天和12天。此外，在任何次要结局（包括全因死亡率和透析提供）方面均未观察到显着差异。值得注意的是，体外循环时间较长的MSC组可能是导致治疗失败的潜在原因。

此外，一小部分AKI患者可能不足以检测MSC治疗的适度临床效果。表中列出了在ClinicalTrials.gov数据库中注册的关于间充质干细胞治疗急性肾损伤患者的临床试验。

研究名称	预计入组患者	间充质干细胞的起源	间充质干细胞剂量	主要结果	临床试验。政府。标识符	地位
间充质干细胞在顺铂诱导的实体器官癌患者急性肾功能衰竭中的作用	9	骨髓来源的间充质干细胞	1X10 6、2X10 6和 5X10 6细胞/kg	● 血清肌酐浓度	NCT01275612	取消
间充质干细胞治疗严重急性肾损伤的临床试验	80	脐带来源的 MSC	不清楚	● 血清肌酐浓度	NCT04194671	尚未招募
同种异体多能基质细胞治疗心脏手术后急性肾损伤	15	骨髓间充质干细胞	1X10 6 /细胞/公斤	● MSC 特有的不良事件	NCT00733876	完全的
接受连续肾脏替代治疗的急性肾损伤受试者的细胞疗法研究	24	SBI-101*	2.5X10 8 /细胞， 7.5X10 8 /细胞	● 严重不良事件	NCT03015623	主动，不招聘
正在接受肾脏替代治疗的 COVID-19 急性肾损伤受试者的细胞疗法研究	22	SBI-101*	2.5X10 8 /细胞， 7.5X10 8 /细胞	● 严重不良事件	NCT04445220	招聘

干细胞治疗急性肾损伤，未来应从哪些方面提高其治疗肾损伤的效果

提高间充质干细胞治疗急性肾损伤有益效果的策略

最近针对急性肾损伤患者的间充质干细胞临床试验未能显示出预期的治疗效果，因此需要付出更多努力来优化临床环境中的MSC治疗。因此，各种策略已成为增强MSC效力的有趣方法，包括基因操作、模拟不同培养条件的细胞微环境、优化MSC制备和给药方案，以及筛选可能更喜欢从间充质干细胞治疗中受益的患者（图1）。

基因操作提高间充质干细胞归巢能力

大量研究表明间充质干细胞的归巢分子水平较低，这可能是导致间充质干细胞系统移植到靶组织的移植效率低的原因之一。为了解决移植的MSC的植入不良问题，引入了基因操作以促进其在AKI临床前模型中的植入。基质衍生因子-1（SDF-1）/趋化因子受体4（CXCR4）轴在引导MSCs动员和系统给药后促进MSCs粘附到肾微血管内皮细胞方面发挥着至关重要的作用。肾组织中SDF-1的内源性诱导因缺血性损伤而显着增加。

刘等人研究表明，CXCR4过表达的MSC比无效MSC更能有效地增强MSC在肾组织中的积累，同时改善AKI小鼠的肾脏结构和功能恢复。此外，转化生长因子-β1（TGF-β1）过表达通过上调细胞膜上CXCR4mRNA的表达促进MSCs归巢到缺血再灌注损伤的肾组织，从而增强MSCs在AKI治疗中的治疗效果。

提高间充质干细胞存活率的基因操作

必须扩增间充质干细胞以获得足够数量的细胞用于临床应用。然而，间充质干细胞的老化和复制衰竭对移植细胞的功能产生不利影响，从而限制了它们的治疗潜力。此外，体内恶劣环境也会导致MSCs凋亡。

因此，引入基因操作通过增强细胞保护基因的表达来提高AKI中MSC的存活率。MSCs过度表达血红素加氧酶-1 (HO-1)（一种抗凋亡和抗氧化酶）已被证明可显着提高移植细胞在缺血/再灌注诱导的AKI微环境中的存活率，并相应地有助于改善肾功能。

基因操作提高间充质干细胞的旁分泌能力

越来越多的证据强调，间充质干细胞介导的挽救性肾损伤最重要的机制依赖于其旁分泌能力。因此，引入基因操作策略来促进间充质干细胞释放营养性细胞因子，从而赋予额外的肾脏保护作用。肝细胞生长因子 (HGF) 已被确定为一种多能因子，通过结合c-Met受体在组织再生中发挥多种有益作用。

许多研究强调，间充质干细胞衍生的肝细胞生长因子（HGF）通过促进血管生成、抑制纤维化和修复受损组织，在间充质干细胞的肾脏保护功能中发挥着至关重要的作用。表中总结了测试转基因MSC在AKI模型中功效的实验研究。

候选基因	AKI临床前模型	MSC 来源/传递途径	主要发现	参考
CXCR4	I/R诱导的肾损伤小鼠模型	小鼠骨髓/尾静脉注射	● 增强 MSC 向肾脏的迁移 ● 改善肾功能，减少急性肾小管坏死	[ 21 , 22 ]
转化生长因子-β1	缺血再灌注肾损伤大鼠模型	大鼠骨髓/尾静脉注射	● MSCs诱导归巢修复肾缺血再灌注损伤	[ 23 ]
HO-1	大鼠肾缺血再灌注损伤	大鼠骨髓/尾静脉注射	● 移植的间充质干细胞存活率提高 ● 急性肾小管坏死评分降低	[ 24 , 25 ]
促红细胞生成素	顺铂肾损伤小鼠模型	小鼠骨髓/腹腔注射	● 凋亡细胞显着减少，增殖细胞增多	[ 27 ]
激肽释放酶	缺血再灌注肾损伤大鼠模型	大鼠骨髓/颈动脉注射	● 通过抑制细胞凋亡和炎症，对肾损伤具有先进的保护作用。	[ 29 ]
射频2	顺铂肾损伤大鼠模型	大鼠骨髓/静脉注射	● 抑制移植到顺铂诱导的 AKI 大鼠中的 MSC 的凋亡诱导	[ 30 ]
克洛托	I/R诱导的肾损伤小鼠模型	小鼠骨髓/静脉注射	● 增殖能力增强，免疫调节能力更强	[ 32 ]
肝细胞生长因子	缺血再灌注肾损伤大鼠模型	人脐带/通过左颈动脉注射	● MSCs分泌较高水平的HGF，促进I/R所致大鼠肾损伤的改善	[ 35 ]
血管内皮生长因子	顺铂诱导 AKI 的小鼠模型	人胚胎/尾部静脉 注射	● MSC 分泌更高水平的 VEGF，在预防 AKI 方面提供了先进的益处	[ 37 ]
胰岛素样生长因子1	庆大霉素AKI大鼠模型	人脐带/ 静脉注射	● 增加MSCs旁分泌IGF-1	[ 40 ]
LCN2	顺铂诱导的大鼠 AKI 模型	大鼠骨髓/ 静脉注射	● MSC 分泌较高水平的 HGF、IGF 和 VEGF	[ 42 ]

模拟细胞微环境以增强间充质干细胞的有益作用

越来越多的证据表明，所施用的间充质干细胞的局部微环境可能是细胞治疗结果的主要决定因素，并且间充质干细胞的治疗潜力根据组织损伤部位的微环境而显着不同。或者，细胞治疗的结果取决于间充质干细胞和炎症环境之间的相互作用。

值得注意的是，临床前AKI研究表明，移植前通过应用低氧、三维或低血清条件对MSC进行预处理，可以增强其治疗能力。表中总结了测试不同培养条件的MSC在AKI模型中功效的实验研究。

培养条件	AKI临床前模型	MSC 来源/传递途径	主要发现	参考
缺氧培养	缺血再灌注肾损伤大鼠模型	大鼠骨髓/主动脉内细胞递送	● CXCR4上调，增强MSC体外 迁移能力● 更大程度促进肾缺血再灌注损伤的恢复	[ 50 ]
缺氧培养	肾缺血再灌注手术诱发 AKI 大鼠	人体脂肪组织/用28号针注射到左肾皮质	● 显着增强间充质干细胞的旁分泌和抗氧化作用。 ● 显着改善肾功能	[ 51 ]
缺氧培养	缺血再灌注肾损伤大鼠模型	人或大鼠骨髓/通过腹主动脉注射	● 显着减轻缺血再灌注引起的肾纤维化 ● 增强VEGF、HGF和PGE2的产生	[ 52 ]
3维 文化	大鼠肾缺血再灌注损伤	大鼠睾丸旁脂肪/用28号针注射到肾皮质	● MSC不易受到氧化和缺氧应激的影响 ● MSC增强促血管生成生长因子的分泌	[ 54 ]
3维 文化	缺血再灌注肾损伤大鼠模型	人体脂肪组织/使用1毫升注射器注入肾皮质	● 增加间充质干细胞旁分泌细胞因子	[ 55 ]
低血清培养	叶酸肾损伤大鼠模型	人体脂肪组织/静脉注射	● MSC分泌更高水平的HGF和VEGF ● 显着减轻急性肾损伤	[ 56 ]

用缺氧培养模拟细胞微环境

近年来，人们研究了间充质干细胞的低氧培养，以模拟体内正常的生理或病理环境。值得注意的是，在缺氧条件下培养间充质干细胞提高了它们在恶劣环境中的存活率，并减缓了它们的体外分化潜力。缺氧培养还增强间充质干细胞旁分泌细胞因子，导致多种促血管生成、抗凋亡、抗纤维化和免疫调节因子上调。

由于上述优点，缺氧预处理MSC被认为是治疗AKI的另一种选择。

一项研究缺氧刺激对MSC的影响表明，缺血性AKI大鼠的肾功能显着改善，主要是通过减弱细胞凋亡和诱导血管生成。此外，在缺血再灌注诱导的AKI大鼠模型中，缺氧预处理已被证明可以增强MSC的抗纤维化能力。低氧预处理策略可能有望增强MSCs在AKI临床治疗中的治疗效果。

用三维培养模拟细胞微环境

越来越多的证据表明，间充质干细胞的特性取决于培养环境。因此，人们开发了使用三维（3D）培养条件的策略，以再现间充质干细胞在体内所处的自然微环境，从而提高间充质干细胞的治疗潜力。

Zhao等人认为，与二维培养的间充质干细胞相比，以三维聚集形式注射的脂肪来源间充质干细胞在大鼠I/R肾损伤模型中表现出更优越的治疗效果。此外，Xu等人的研究也显示，与二维单层培养的细胞相比，三维球状间充质干细胞通过促进抗凋亡、抗氧化、血管生成和抗炎特性，在促进红外诱导的AKI后的结构和功能恢复方面更为有效。

优化间充质干细胞的制备和施用时间表

多项研究表明，间充质干细胞的制备和生产存在很大差异。间充质干细胞的治疗潜力根据其组织来源、冷冻保存程序和输送途径的不同而显着不同。因此，对这些细胞过程的深入了解将有助于提高MSC的治疗效果。

迄今为止，间充质干细胞的最佳输送途径仍存在争议。尽管静脉途径广泛用于临床前和临床试验，但一些作者支持这样的观点，即动脉内途径是通过向肾脏输送足够的细胞来最大化MSC的药效的最佳方法。间充质干细胞移植前，通常需要通过体外培养扩增获得足够数量的细胞。值得注意的是，短期培养的间充质干细胞在分化潜力、衰老状态和免疫抑制特性方面优于长期培养的间充质干细胞。

因此，复制性衰老可能会对间充质干细胞的内在特征产生负面影响，从而削弱其治疗潜力。总之，优化MSC的制备和给药方案至关重要，从而增强其治疗特性。

结果与讨论

基于令人鼓舞的临床前结果，干细胞疗法在过去十年中得到了广泛的探索。在所研究的各种干细胞类型中，间充质干细胞因其众多优点而受到广泛研究，例如易于衍生、细胞培养条件要求不高、抗凋亡、免疫调节和抗炎作用。

越来越多的证据表明，间充质干细胞在各种临床前模型中AKI后加速肾脏修复方面具有巨大潜力。然而，注射间充质干细胞在受损肾组织中的移植效率低、存活率低是间充质干细胞治疗急性肾损伤的临床应用面临的主要障碍。

结论已经开发出各种策略，包括基因操作、模拟不同培养条件的细胞微环境、优化间充质干细胞制备和给药方案以及筛选可能更喜欢从间充质干细胞治疗中受益的患者，以增强间充质干细胞在急性肾损伤中的治疗潜力。

参考资料：Liu Y, Han J, Fang J, Li R. The Beneficial Effects of Mesenchymal Stem Cells in Acute Kidney Injury: A Narrative Review. Current Stem Cell Research & Therapy. 2024 ;19(2):200-209. DOI: 10.2174/1574888×18666230206115046. PMID: 36748221; PMCID: PMC10680085.

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