糖尿病肾病（DN）是糖尿病最常见的微血管并发症之一。传统治疗方法存在一定的局限性，难以有效延缓病情进展。间充质干细胞（MSCs）因其具有自我更新、多向分化和免疫调节能力，能够调节肾脏免疫微环境、修复受损组织，为DN的治疗提供了新的策略。然而，MSCs存在免疫排斥、细胞失活、定向分化困难、归巢能力不足以及移植后细胞保留率低等问题，限制了其在DN患者中的临床应用。

新视角：优化间充质干细胞治疗糖尿病肾病疗效的方式有哪些？

近日，欧洲药理学杂志《European Journal of Pharmacology》发表了一篇“糖尿病肾病治疗的新视角：间充质干细胞治疗的挑战与前景”的临床研究综述。

本综述旨在针对DN病理特征提出优化策略，以提高MSCs的疗效并减少其副作用。具体而言，包括优化细胞培养体系和冻存方案，以及移植前药物预处理以增强MSCs的功能和活力。

首先，探索了药物与MSC协同治疗，利用多种作用机制来改善治疗效果。其次，我们还致力于整合生物材料和基因编辑技术，以显著提高细胞存活率、靶向特异性和组织植入率。同时，确定最佳治疗剂量和给药途径仍然至关重要。这些多层面的策略不仅为克服现有技术限制提供了理论框架，也为加速MSC疗法的临床转化奠定了坚实的基础。

一、什么是糖尿病肾病-糖尿病肾病的治疗方式

糖尿病肾病 (DN) 是由糖尿病引起的肾脏微血管病变，也是终末期肾脏疾病的主要原因之一。其临床特征是持续性白蛋白尿和 (或) 进行性肾小球滤过率下降。根据国际糖尿病联盟的数据，预计到2045年全球糖尿病患者数量将达到7.84亿，其中近 40% 的糖尿病患者将发展为DN。

目前，DN的治疗策略主要集中在使用口服降糖药控制血糖，以及通过血管紧张素转换酶 (ACE) 抑制剂和他汀类药物控制血压和调节血脂。对于终末期DN患者需要考虑透析治疗 (包括血液透析和腹膜透析) 或肾移植以维持生命和改善生活质量 (QOL)。然而，针对DN的有效治疗方法仍然比较匮乏，随着DN患者数量的不断增加，迫切需要制定更有效的治疗策略。

二、间充质干细胞治疗糖尿病肾病：再生医学前沿的机遇、挑战与创新策略

Caplan（1991）在其论文中首次提出“间充质干细胞（MSCs）”一词，强调MSCs具有自我更新能力和分化为多种细胞类型的潜力。MSCs最初是从骨髓中分离和鉴定的。随后研究发现，MSCs也可从多种组织中提取，包括脐带、胎盘、脂肪组织、骨骼肌、肝脏和肺脏。MSCs的抗纤维化、抗炎、抗凋亡特性及其向肾细胞分化的能力使其在免疫调节和组织修复中发挥关键作用，为肾脏提供保护作用。此外，对2006年至2021年MSCs临床应用的回顾性分析表明，MSCs具有良好的安全性，其不良反应主要为发热、局部反应、失眠、便秘等轻微且短暂的症状，尚未见严重不良事件的报道。由于MSCs来源广泛、几乎不受伦理限制、免疫原性低、安全性高、具有肾脏保护作用，已成为一种极具前景的DN治疗策略。

然而，DN患者体内持续的高血糖、高血脂状态导致晚期糖基化终产物（AGEs）的蓄积，加之肾脏微血管病变、肾小球硬化、足细胞损伤、纤维化等病理改变，形成了复杂的微环境，该微环境会抑制MSCs的增殖、迁移和分化能力。因此，将MSCs成功转化为临床有效的DN治疗药物仍面临诸多挑战，主要包括：（1）细胞来源异质性及质控局限性；（2）细胞活力及存活率低；（3）定向分化效率低；（4）靶向归巢能力不足。

本文回顾现有研究，认为可通过优化MSC培养条件及冻存方案、药物预处理MSC、药物与MSC联合应用、利用生物材料工程、基因工程技术对MSC进行改造以及优化给药方式和剂量等措施，进一步增强MSC治疗DN的疗效，减少副作用，从而促进MSC的临床转化，改善DN患者的生活质量，延缓病情进展。

三、间充质干细胞治疗糖尿病肾病的作用机制及临床应用

间充质干细胞治疗糖尿病肾病的作用机制

近年来，大量的临床前研究结果充分表明MSCs在保护肾脏、延缓DN进展方面具有显著的治疗潜力，其作用机制涵盖抑制炎症和纤维化、调控线粒体自噬、促进血管生成、改善肾脏组织微环境等多个方面。

1. 免疫调节与抗炎作用：MSCs在缓解DN炎症反应中发挥重要作用，其机制涉及多个方面，主要包括分泌抗炎细胞因子，抑制促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的表达，促进巨噬细胞由促炎性M1表型向抗炎性M2表型转变，降低CD103阳性树突状细胞的活性，减少树突状细胞介导的CD8阳性T细胞的浸润。MSCs通过旁分泌途径释放多种生物活性介质，调节髓系和淋巴系免疫细胞的功能，从而发挥抗炎和免疫调节作用。

2. 抗纤维化与细胞外基质（ECM）重塑：此外，MSCs还参与调控DN肾间质纤维化。MSCs能够上调基质金属蛋白酶的表达，同时抑制转化生长因子-β（TGF-β）等促纤维化因子的表达，从而降解受损组织中异常或老化的细胞外基质（ECM）成分，减少ECM的蓄积，最终延缓DN肾纤维化的进展。然而，MSCs调控ECM重塑的具体分子机制，包括其中涉及的信号通路和转录因子调控网络，仍需进一步深入研究。

3. 线粒体保护与代谢调控：MSCs除了直接发挥抗炎、抗纤维化作用外，还通过多种机制发挥肾脏保护作用。例如，胎盘来源的MSCs（P-MSCs）已被证实能够改善线粒体的结构和功能，提高线粒体膜电位和ATP含量，减少活性氧（ROS）的积累，其机制可能与上调Sirtuin1的表达、调控线粒体自噬，从而减轻足细胞损伤有关。

4. 细胞分化与组织再生：同时，MSCs也具有分化为足细胞、肾小管上皮细胞等肾固有细胞的潜能，直接参与组织修复。此外，MSCs还能激活核因子E2相关因子2通路，减轻肾细胞氧化应激和凋亡，进一步增强其肾脏保护作用。

DN的发生发展与内皮损伤密切相关，MSCs可通过激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）/细胞外信号调节激酶信号通路，促进内皮细胞增殖、血管生成，修复受损内皮，改善肾脏微循环，还可以通过调节血糖等间接途径发挥作用，进一步减缓DN的进展。

5. 旁分泌与外泌体介导的多效作用：MSCs的旁分泌作用也至关重要。MSCs分泌的外泌体携带丰富的生物活性分子，如蛋白质、脂质、mRNA和microRNA。这些分子可以通过内吞或膜融合等机制与靶细胞相互作用，发挥抗凋亡、抗炎、抗氧化、抗纤维化等多效保护作用，从而增强MSCs的治疗效果。

间充质干细胞治疗糖尿病肾病的临床应用

随着对MSC特性的深入研究，全球范围内相关临床试验的数量大幅增加，根据网站https://clinicaltrials.gov/截至2024年11月2日的数据，全球范围内针对MSC的临床试验超过1500项，其中针对治疗DN的试验有6项（表1）。

NCT编号	药品	阶段	患者人群	剂量和给药方式	研究目标
NCT02585622	骨髓间充质干细胞	第1阶段；第2阶段	DN（2型糖尿病，病程3年或以上）；40-85岁	80、160或240×106个 细胞；静脉内；	评估同种异体BM-MSCs的安全性、可行性及耐受性。对2型糖尿病（T2D）和进展性糖尿病肾病（DN）患者的初步疗效。
NCT03840343	间充质干细胞	第一阶段	DN；45-75岁	2.5×105个 细胞/kg或5.0×105 个细胞/kg；单肾，动脉内给药；（每三个月一次，共两次）	评估 DN 患者动脉内输送自体 AD-MSCs 的安全性、耐受性及早期疗效。
NCT03288571	沃顿果冻衍生的 MSCs	第1阶段；第2阶段	糖尿病肾病（2型糖尿病）；35-70岁	3ml细胞悬液/一个肾脏，选择3个肾实质部位，每个部位1ml；超声引导；（每两周三次）	评估将沃顿果冻衍生的 MSCs 注射到 DN 患者肾实质的安全性。
NCT04125329	脐血间充质干细胞	第一阶段早期	糖尿病肾病（2型糖尿病）；18-60岁	约1×106个 细胞/kg；外周静脉注射；（每月一次，共三次）	评估60周内UC-MSCs治疗的安全性、耐受性和有效性。
NCT04216849	脐血间充质干细胞	第1阶段；第2阶段	糖尿病肾病（2型糖尿病）；30-70岁	1.5×106细胞/kg；静脉注射；（每八个月一次，共五次）	评估UC-MSCs输注对接受传统降糖治疗的中国2型糖尿病肾病患者的疗效和安全性。
NCT04562025	脐血间充质干细胞	不适用	DN（2型糖尿病，病程5-15年）；30-65岁	1×106个 细胞/kg体重/100 mL含1%人血白蛋白的生理盐水；静脉注射；（每周一次，共三次）	评价UC-MSCs治疗DN的安全性和有效性。

一项Ib/IIa期随机对照试验评估了同种异体骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）在患有2型糖尿病（T2DM）合并进行性DN的成年患者中的安全性、耐受性及初步有效性。结果显示，单次静脉输注80×10⁶个MSCs具有良好的安全性和耐受性，在18个月的随访期间未观察到临床相关的免疫反应，提示免疫原性较低。与安慰剂组相比，MSCs组估算肾小球滤过率（eGFR）的年下降率显著较低（P =0.034）。

此外，根据肾脏风险预测方程，MSCs组患者在未来两年内终末期肾病风险保持稳定，而安慰剂组风险显著升高，提示MSC治疗可能延缓DN进展。但仍需进一步研究验证。为探索不同剂量MSCs的有效性，本试验亦设有两个剂量递增队列（160×10⁶和240×10⁶细胞），后续研究将陆续开展。

值得注意的是，6项MSC治疗DN的临床试验采用了不同来源（包括骨髓、脂肪组织、脐带血和华通氏胶）的MSC，其细胞制备方法和给药方案存在显著差异，这可能导致观察到的临床疗效存在差异。目前，对于最佳的MSC来源、制备工艺和给药方案尚缺乏明确的共识，需要开展系统性研究以确定最佳方案。同时，应根据DN的疾病分期制定个体化给药方案，以进一步证实MSC治疗的临床益处。

四、优化间充质干细胞治疗糖尿病肾病的疗效的方法

通过培养条件优化间充质干细胞治疗糖尿病肾病疗效

MSCs极易受环境因素影响，导致细胞活力、存活率和分化效率下降等问题。在DN病理微环境中，高糖应激、AGEs积累、氧化应激等因素可显著抑制MSCs的增殖和分化，并通过激活p38 MAPK介导的信号通路加剧MSCs的功能受损。

为了克服这些制约因素，近年来，研究者积极探索通过优化体外培养环境来增强MSCs的适应性、改善其生物学特性的方法。这些优化措施主要包括调整培养基的营养成分和氧浓度，采用三维(3D)细胞培养技术，建立更接近体内微环境的培养体系。

三维（3D）培养环境：三维培养通过水凝胶、微孔支架等技术模拟体内细胞微环境，显著增强间充质干细胞（MSCs）的旁分泌功能。相较于传统二维（2D）培养，3D培养的MSCs分泌更多生长因子（如VEGF、HGF）、外泌体及免疫调节分子，其条件培养基（3D-CM）在糖尿病肾病（DN）模型中展现出更强的肾脏修复能力，可有效改善足细胞损伤、肾小管坏死及免疫紊乱。机制上，3D培养通过力学信号（如细胞间接触）激活整合素-FAK通路，促进MSCs的蛋白质合成与分泌，同时维持其多向分化潜能。未来需优化3D培养系统（如动态灌注生物反应器），结合单细胞测序解析空间异质性，以实现临床级规模化生产。

缺氧预处理：缺氧预处理通过模拟肾脏低氧微环境（1.5%-5%O₂）或使用缺氧模拟剂（如去铁胺、全反式维甲酸），显著提升MSCs的存活率与旁分泌效能。低氧条件激活HIF-1α信号轴，驱动VEGF、SDF-1α等血管生成因子及抗氧化酶（如SOD）的表达，同时抑制炎症因子（如TNF-α）释放，从而增强MSCs的肾保护作用。研究显示，缺氧预处理MSCs可减轻肾小球系膜扩张、抑制足细胞凋亡，并通过调控自噬-线粒体稳态延缓DN进展。未来需探索氧浓度梯度动态调控策略，结合基因编辑（如HIF-1α过表达）与药物联用，以突破病理微环境对移植细胞的抑制作用。

胎牛血清（FBS）替代策略：为规避FBS的批间差异与病原体风险，人源血小板裂解物（HPL）及无血清培养基（如StemPro MSC SFM）成为MSCs培养的新型替代方案。HPL富含PDGF、FGF等生长因子，可加速MSCs增殖并增强其免疫抑制特性；无血清培养基则通过成分标准化保障细胞均一性，同时避免异种蛋白引发的免疫排斥。研究证实，替代方案培养的MSCs分泌更高水平的VEGF与bFGF，且群体倍增时间缩短，适用于大规模临床级生产。未来需建立严格的质控标准，结合代谢组学筛选关键营养组分，并通过多中心临床试验验证其在DN治疗中的长期安全性与疗效。

通过冷冻保存方案优化间充质干细胞治疗糖尿病肾病的疗效

低温冻存是目前大多数MSC产品在运输和储存过程中的主要保存方式。然而，该方式易导致MSC出现生理功能障碍、活力降低，甚至可能诱导细胞衰老。尤其对于DN的治疗，MSC的细胞状态直接影响其损伤修复、免疫调节等治疗效果。因此，优化MSC冻存方案，减少细胞损伤、维持较高的存活率，是保证其在DN治疗中发挥预期疗效的必要条件。

冷冻保存的关键在于减少冰晶损伤，采用慢速冷冻（−1℃/min）结合渗透性冷冻保护剂（如DMSO）促进胞内水分外流，抑制冰晶形成。然而，DMSO的基因毒性及膜流动性干扰促使研究者探索新型保护剂（如海藻糖、乙二醇）或玻璃化冷冻技术（利用高浓度保护剂形成无定形固态），以规避冰晶风险并提升长期冻存安全性。优化冷冻容器材质（如生物相容性纳米涂层）及控核装置可精准调控冰晶成核位点，进一步降低机械损伤。

现有的冻存方案大多通过减少冻融过程中冰晶对细胞的损伤，避免运输和储存过程对MSC活力和功能的影响。此外，有研究建议，在临床应用前，应将冻存的MSC至少进行一次体外培养，以恢复生理稳定性，确保其达到最佳治疗状态。这一步骤对于确保MSC进入DN患者体内时处于最佳的免疫调节和组织修复状态，从而最大限度地发挥其治疗潜力至关重要。

通过药物预处理及联合治疗优化间充质干细胞治疗糖尿病肾病的疗效

高糖环境对MSC的生物学特性和治疗潜力有显著的负面影响。研究表明，高糖刺激可通过蛋白激酶B(PKB)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路的异常激活诱导MSC衰老，导致细胞增殖受到抑制、凋亡敏感性增加、多向分化潜能降低。此外，高糖环境可在短时间内(8小时内)显著降低细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)水平，从而引发线粒体功能障碍，直接影响MSC的谱系特异性分化能力。研究还发现从2型糖尿病患者中分离的MSC存在功能障碍，限制了其在细胞治疗中的应用前景。为了克服高血糖环境对MSCs的不利影响，越来越多的研究集中于药物预处理和联合治疗策略。

高糖微环境对MSC的制约与干预需求：高糖环境通过激活蛋白激酶B（PKB）/ 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路诱导 MSC 衰老，导致其增殖能力下降、凋亡增加、分化潜能受损；同时，短时间高糖刺激可降低细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）水平，引发线粒体功能障碍，进一步削弱MSC的谱系分化能力。2型糖尿病患者来源的 MSC 存在天然功能缺陷，限制了自体细胞治疗的应用。为此，药物预处理及联合治疗策略成为改善 MSC 在糖尿病相关疾病（如糖尿病肾病，DN）中疗效的关键方向，旨在克服高糖微环境对MSC的负面调控，提升其生物学功能。

药物预处理增强MSC功能的核心机制：碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）是目前研究较深入的预处理药物，通过改善细胞形态、促进增殖、抑制衰老与凋亡、减轻氧化应激，显著提升 MSC 的自我更新能力。例如，5 ng/ml bFGF 处理脂肪来源 MSC（AD-MSCs）可逆转糖尿病导致的代谢紊乱，缩短群体倍增时间，其机制与减轻高血糖诱导的氧化损伤、恢复能量代谢稳态相关。该策略尤其针对糖尿病患者自体 MSC 的功能缺陷，通过外源性生长因子干预，优化细胞质量，为解决临床应用中自体细胞可用性不足的问题提供了可行路径。

MSC与药物联合治疗的协同效应及策略：联合治疗通过 “药物优化 MSC 微环境 + MSC 增强药物靶点效应” 的双通路发挥协同作用：

• 代谢与免疫调节协同：钠 – 葡萄糖协同转运体 2 抑制剂（恩格列净）联合 AD-MSCs 治疗 DN 时，前者改善代谢紊乱、抑制肾素 – 血管紧张素 – 醛固酮系统（RAAS）过度激活，后者通过免疫调节抑制成纤维细胞活化，二者共同减轻肾脏纤维化与炎症反应。
• 靶向保护与归巢增强：血管紧张素 Ⅱ1 型受体阻滞剂（厄贝沙坦）可扩张血管、改善肾脏血流动力学，促进脐带 MSC（UC-MSCs）向损伤肾脏归巢，协同保护肾小球足细胞，优于单一治疗效果。
• 信号通路阻断与细胞保护：胰高血糖素样肽 – 1（GLP-1）受体激动剂（艾塞那肽）或白藜芦醇预处理 MSC，可通过降低 TGF-β1、TNF-α 等促炎因子表达，阻断 AGEs / 核因子 κB（NF-κB）信号通路，减轻细胞凋亡与纤维化，同时增强 MSC 的迁移能力与存活效率。

未来研究需聚焦药物与 MSC 的剂量优化、作用时序匹配及个体化组合策略，通过多靶点协同干预，从抗炎、抗纤维化、改善代谢微环境等层面系统遏制疾病进展，推动基于 MSC 的精准联合治疗方案向临床转化。

结合生物材料工程与基因工程技术优化间充质干细胞治疗糖尿病肾病的疗效

研究人员融合生物材料工程、基因工程等新技术，旨在解决目前MSC临床应用治疗面临的挑战。通过构建支架材料提供结构和力学支撑，可提高细胞存活率并促进其定向分化；或利用基因改造技术，增强MSC的趋化性、归巢能力和抗凋亡能力，从而提高其在损伤部位的靶向性和长期滞留效果。

优化给药途径和剂量

MSCs治疗DN时，给药途径和剂量是影响疗效的关键因素，目前常用的MSCs治疗DN的给药途径包括静脉注射、肾动脉注射、局部注射等。

静脉注射由于简便、微创是最常用的给药方式，可使MSCs通过循环系统分布至全身。然而，在DN的病理条件下，可能由于高血糖、炎症和血管内皮细胞功能障碍等因素，MSCs的归巢效率会降低，导致到达肾脏的细胞数量有限，而且细胞也容易滞留在肺等其他器官中。一些研究表明，预先使用血管扩张剂（如硝普钠）或多次小剂量重复给药可增加肾脏中MSCs的浓度。

而肾动脉注射可明显增加MSCs在肾脏内的初始分布，使其快速到达病变部位，从而增强局部修复效果。在DN大鼠模型中，肾动脉注射MSCs可明显减少蛋白尿，并保护肾脏的超微结构。但肾动脉注射是一种侵入性操作，而DN患者常合并的血管病变可能会增加手术风险。虽然局部注射（如肾包膜下注射）可以在肾脏局部形成高浓度的MSCs，更精准地作用于病变组织，但它仍然是一种侵入性操作。此外，由于局部注射的局限性，该治疗方法可能无法充分发挥DN造成的弥漫性肾脏病变的针对性。

目前，MSCs治疗DN的最佳给药途径和剂量尚未确定。总体而言，MSCs对受损器官功能的改善具有剂量依赖性。在DN大鼠中，高剂量人UC-MSCs（6.3×10⁵个细胞）在保护肾功能和促进血管生成方面优于低剂量组（2.1×10⁵个细胞）。但是，高剂量MSCs可能引起一些不良反应，例如局部血管栓塞和增强免疫反应。在大多数临床应用中，MSCs常以1×10 6～2×10⁶个细胞/kg的剂量进行静脉输注。剂量从未超过1.2×10⁷个细胞/kg，静脉输注的中位剂量为1×10⁸个细胞/患者/剂，有效剂量范围为7×10⁷ -1.9×10⁸个细胞/患者/剂。

MSCs在DN治疗中的给药途径和剂量选择，需综合考虑疗效、安全性及患者的个体特征。静脉注射安全性较高，但疗效可能受到限制；肾动脉注射和局部注射具有更高的疗效潜力，但风险也较高。剂量与疗效虽存在一定的相关性，但高剂量可能带来的副作用也不容忽视。未来研究应着重优化给药策略，结合患者病情，探索更精准、更安全的个体化治疗方案。

五、讨论​

综上所述,当前提高MSCs在DN治疗中的疗效的研究主要集中在以下策略上:

(1)优化细胞培养条件、药物预处理、改进冻融方案以提高移植前MSC的活力和功能;

(2)探索联合疗法,调整药物种类和剂量比例,以达到疗效和潜在副作用之间的最佳平衡;

(3)利用生物材料和基因工程方法提高MSC的免疫隔离、靶向输送和长期植入;

(4)实施个体化治疗方案,以最大限度地提高患者的获益。

目前，由于MSC制备过程复杂，涉及多个步骤，目前缺乏国际公认的统一标准，导致不同研究结果的可比性较差，也增加了临床应用的不确定性。推动MSC制备的标准化至关重要。未来的研究应致力于建立完整的MSC质量控制体系，在细胞来源、培养条件、鉴定方法、质检指标等方面建立统一的标准。这不仅有助于提高MSC产品的安全性和有效性，也有利于开展多中心临床试验，加速MSC在DN等疾病治疗中的应用。

六、结论​

综上所述，优化MSC培养环境和冻存方案、整合药物治疗、生物材料/基因工程以及个体化给药是增强MSC治疗DN疗效的关键策略。未来的研究应继续探索联合治疗及优化方案，以提高疗效并减少副作用，为MSC在DN治疗中的临床应用奠定更坚实的基础。

亮点

• •MSCs 是 DN 的一种潜在新疗法，但仍面临多重困难。
• •优化培养环境可以增强MSCs的活力和分泌能力。
• •药物联合使用可以增强MSCs的存活和归巢能力。
• •生物材料可以为 MSCs 提供免疫隔离环境，增强其靶向归巢能力。
• •基因工程可以增强MSCs的趋化和抗凋亡能力。

参考资料：[1]:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014299925002973

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