间充质干细胞治疗肾病的机制、前景、挑战

肾脏疾病（KD）是一个全球性的公共卫生问题，影响着全球超过7.5亿人口，每年导致500万至1000万人死亡，其中主要的常见疾病是急性肾损伤（AKI）和慢性肾脏疾病（CKD）。以往的研究表明，肾病的发生和进展与肥胖、糖尿病、乙型肝炎病毒感染等有关。同时，KD的进展也是心血管疾病的危险因素。

此外，临床研究还发现，肾病的高发病率和不良预后与临床治疗和巨大的经济成本有关，在美国，每年用于治疗AKI的费用约为100亿美元，用于治疗CKD而不进行肾脏替代治疗的费用超过800亿美元。目前，KD的常用治疗方法包括药物、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、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费用，预期疗效仍未达到。因此，迫切需要探索新的治疗策略，以延缓肾病的进展。

近年来，干细胞已被用作包括KD在内的多种疾病的新再生疗法。间充质干细胞（MSCs）作为干细胞家族的重要成员之一，可从骨髓、脂肪、脐带和外周血等多种组织中获取，具有强大的免疫调节、抗炎和组织修复等生物学特性。临床前和临床试验表明，间充质干细胞对肾损伤具有修复和保护作用。总体而言，间充质干细胞被认为是治疗肾病最有前景的干细胞群。

近日，昆明医科大学第二附属医院在《Sage Journals》国际期刊上发表了一篇关于《间充质干细胞治疗肾脏疾病：潜力与挑战》的文章，昆明医科大学第二附属医院将重点关注目前使用间充质干细胞治疗肾病的研究进展和挑战。首先，本综述概述了间充质干细胞的起源和生物学特性。随后，昆明医科大学第二附属医院总结了间充质干细胞治疗肾病的潜在机制和临床转化应用。最后，昆明医科大学第二附属医院分析了利用间充质干细胞治疗肾病所遇到的障碍，并针对间充质干细胞在肾病中的局限性提出了相应的应对策略。

值得注意的是，本综述旨在为临床前实验和临床试验中使用间充质干细胞治疗肾病提供新的思路和方向。

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力的成体干细胞。由于其多向分化潜力、高增殖能力、免疫调节和自我复制能力，它们已成为治疗肾病的新手段。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）。尽管MSC来源不同[例如骨髓间充质干细胞 (BMMSC)、脂肪源间充质干细胞 (ADMSC) 和脐带间充质干细胞 (UCMSC)]，但它们具有相似的分化和生物学功能。

大量研究证实，间充质干细胞在不同的诱导条件下可以分化出多种具有不同功能特征的细胞（如成骨细胞、成肌细胞、心肌细胞和肾实质细胞）。既往研究表明，间充质干细胞通过细胞间直接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力，从而促进受损组织的恢复。重要的是，临床前实验和临床试验已证实，MSC治疗可显着改善KD的进展。

从功能上来说，间充质干细胞的主要调节作用如下：

（1）招募的间充质干细胞分化为功能细胞以替代受损细胞；

（2）作为对炎症细胞因子的反应，间充质干细胞产生大量的细胞因子、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，阻止氧化应激，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、高免疫原性等优点。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具有良好的治疗作用，成为细胞治疗和再生医学领域干细胞的闪亮之星。

间充质干细胞治疗肾脏病的疗效及机制

目前，间充质干细胞因其多向分化、迁移和归巢以及旁分泌作用而被认为是治疗川崎病的新治疗工具。先前的研究表明，间充质干细胞用于治疗器官损伤是有效且安全的。

重要的是，间充质干细胞治疗通过抗炎、抗凋亡、血管生成、抗氧化应激、抗纤维化、调节自噬和衰老等多种机制促进肾病后肾功能的恢复（图2）（表1）。

抗炎

既往研究已证明炎症激活是KD发病过程的重要组成部分，巨噬细胞浸润和聚集有助于加速KD进展。

值得注意的是，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损伤。例如，UCMSCs治疗可通过减少促炎细胞因子并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。最近，多项研究证实MSC衍生的EV在治疗KD中发挥重要作用。例如，MSCs-Exo治疗通过抑制炎症因子 [例如 IL-6、TNF-α、NF-κB和干扰素 (IFN)-γ的表达来减缓缺血再灌注损伤 (IRI) 的进展。

抗细胞凋亡

细胞凋亡与肾损伤和KD进展密切相关。既往研究表明，动物AKI模型和AKI的人肾组织中均检测到肾小管上皮细胞凋亡，促凋亡基因（Bax和caspase-3）表达增加，而抗凋亡基因表达增加。基因Bcl-2减少。值得注意的是，大量研究证实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，间充质干细胞通过旁分泌机制在川崎病中发挥治疗作用。例如，HuMSC-Exo通过激活 ERK1/2途径抑制顺铂诱导的NRK-52E细胞凋亡。

促血管生成

据报道，稀疏的肾小管周围毛细血管，伴随着血液灌注减少，限制了肾脏间质氧的供应，最终导致肾纤维化和肾小管萎缩等不良后果，从而加速川崎病的进展。既往研究表明，MSCs植入受损肾脏后可长期存活，促进肾间质毛细血管新生血管形成，改善肾脏微循环，抑制肾纤维化进展。同时，源自肾脏的 MSC 促进血管生成、血管生成和内皮修复。大量研究表明，MSC移植可增加肾组织中VEGFmRNA 的表达以及内皮细胞增殖，减少肾小管周围毛细血管的损失，并改善肾功能。

抗纤维化

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以及 ECM产生和降解之间的不平衡，抑制肾小管EMT可能是一种潜在的治疗策略CKD。大量研究表明，MSCs作为肾间质纤维化的保护性介质，可以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节作用，延缓肾小管EMT，改善肾纤维化。

抗氧化应激

氧化应激参与KD的发生和进展，包括AKI和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，氧化应激是CKD进展的介质。近年来，大量研究证明MSCs可作为抗氧化治疗药物用于治疗KD。因此，氧化应激的调节是MSCs治疗肾脏病的重要机制。

调节自噬

自噬是一种II型程序性细胞死亡，可通过刺激各种生理和病理因素来激活以促进细胞存活或导致细胞死亡。基础水平的自噬作为自噬细胞过程发生，以降解溶酶体中的胞质蛋白和亚细胞细胞器，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MSC通过促进肾小管自噬来缓解 AKI 进展。

衰老

细胞衰老是一种永久性细胞周期停滞的特殊细胞状态，是由端粒缩短、DNA损伤、氧化应激和癌蛋白激活等多种应激因素导致的细胞损伤累积引起的。已知衰老细胞在KD中的含量增加，并且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。多项研究表明，通过转基因或药物方法去除肾脏中的衰老肾小管细胞可以减少组织衰老的特征，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，间充质干细胞治疗肾病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，基于MSC的疗法首次被证明可以促进顺铂诱导的AKI小鼠模型的肾小管再生并改善肾功能。此外，MSC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。

值得注意的是，根据ClinicalTrials.gov的数据，多项临床研究已经完成或正在进行，以评估MSC治疗肾病的安全性和有效性（表2）。例如，Swaminathan等人进行的I/II期临床试验。研究表明，BMMSC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，UCMSCs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，并减少蛋白尿，且未发生不良事件。目前，共有七项和九项临床试验正在进行中，以评估MSC在DN和CKD患者中的安全性和有效性。

然而，当用于治疗严重肾脏病时，基于MSC的治疗受到MSC存活率低的限制。疾病控制不良、细胞微环境、失巢凋亡、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。一些临床前研究表明，间充质干细胞的预处理或共同处理可以保护它们免受损伤部位的有害环境的影响，并改善它们的功能，包括细胞因子或天然/化学化合物。

此外，由于多项临床试验处于招募状态，MSCs治疗肾病是否存在安全性问题和疗效不显着等问题值得进一步思考和探讨。因此，我们将在获得现有临床试验结果后，进一步探索基于MSCs治疗肾病的多种治疗策略，以延长患者的生存期，延缓肾病的进展。

表2：正在进行的MSC治疗肾病的临床试验。

序号	预计入学人数	阶段	间充质干细胞来源	地位	赞助	临床试验ID
急性肾损伤
1	80	一/二	脐带间充质干细胞	不招聘	中国中国人民解放军总医院	NCT04194671
2	15	Ⅰ	ADMSCs	招聘	坦比·贾米, 美国	NCT04388761
3	15	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	完全的	AlloCure 公司，美国	NCT00733876
4	24	一/二	间充质干细胞	不招聘	森天生物科技有限公司	NCT03015623
慢性肾病
1	7	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	完全的	伊朗鲁瓦扬研究所	NCT02195323
2	44	一/二	脐带间充质干细胞	招聘	华中科技大学同济医学院附属同济医院	NCT05512988
3	20	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	招聘	美国佛罗里达州梅奥诊所	NCT05362786
4	31	一/二	ADMSCs	招聘	孟加拉国激光和细胞外科研究所及医院，孟加拉国	NCT03939741
5	116	二	脐带间充质干细胞	未知	中国珠江医院	NCT02966717
6	40	Ⅰ	ADMSCs	招聘	美国佛罗里达州梅奥诊所	NCT04869761
7	6	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	完全的	伊朗鲁瓦扬研究所	NCT02166489
8	10	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	招聘	韩国 Pharmacell 有限公司	NCT05042206
9	20	Ⅰ	脐带间充质干细胞	招聘	安提瓜和巴布达骨科和再生医学基金会	NCT05018845
10	7	Ⅰ	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	中国福州人民医院	NCT00659620
12	30	二	ADMSCs	招聘	美国罗彻斯特梅奥诊所	NCT03325322
13	31	一/二	ADMSCs	招聘	孟加拉国激光和细胞外科研究所及医院，孟加拉国	NCT03939741
14	42	Ⅰ	ADMSCs	完全的	美国阿拉巴马大学	NCT02266394
15	60		泌尿间充质干细胞	不招聘	法国里昂市民临终关怀医院	NCT04998461
16	100	不适用	ADMSCs	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	ADMSCs	未知	中国徐州医科大学附属医院	NCT03321942
糖尿病肾病
1	30	Ⅰ	ADMSCs	招聘	美国罗彻斯特梅奥诊所	NCT03840343
2	54	一/二	脐带间充质干细胞	未知	中国上海东方医院	NCT04216849
3	15	早期我	脐带间充质干细胞	招聘	中国昆明医科大学延安附属医院	NCT04125329
4	38	不适用	脐带间充质干细胞	未知	武汉大学人民医院，中国	NCT04562025
5	48	一/二	骨髓间充质干细胞	招聘	马里奥内格里药理学研究所，爱尔兰	NCT02585622
6	20	一/二	沃顿果冻 MSC	未知	约旦约旦大学	NCT03288571
7	15	Ⅰ	ADMSCs	招聘	阿尔伯特·哈凯姆，美国	NCT04392206
狼疮性肾炎
1	16	Ⅰ	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	230	二	脐带间充质干细胞	未知	南京大学医学院附属鼓楼医院	NCT03580291
3	20	一/二	骨髓间充质干细胞	未知	中国福州人民医院	NCT00659217
4	30	不适用	脐带间充质干细胞	未知	中国大连医科大学第一附属医院	NCT03458156
5	36	二	骨髓间充质干细胞	不招聘	韩国汉阳大学医院	NCT03673748
6	7	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	完全的	Corestem, Inc.，韩国	NCT03174587
7	25	二	脐带间充质干细胞	未知	中国昆明医科大学第二附属医院及系统性红斑狼疮研究中心	NCT01539902
8	7	Ⅰ	骨髓间充质干细胞	完全的	韩国汉阳大学医院	NCT03174587

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均证实MSCs对于治疗各种KD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，MSC已广泛应用于临床试验，但最终目标是利用MSC来延缓KD进展，避免其进展为终末期肾病。因此，临床应用时应考虑选择自体或异体MSC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取自年轻健康的供体，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注射后更短的细胞存活时间。尽管自体间充质干细胞移植比异体间充质干细胞移植更安全、更符合伦理道德，但在临床应用中仍存在一些问题。

首先，自体MSC提取后，体外培养周期较长，可能不能完全满足机体的需要。其次，自体MSC的分泌和免疫调节存在显着差异。然而，一项临床研究报告称，注射同种异体或自体BMMSC均与缺血性心肌病患者治疗中出现的严重不良事件（例如免疫反应）的发生率较低有关。

需要进一步研究克服治疗过程中同种异体间充质干细胞引起的免疫排斥反应。由于同种异体间充质干细胞来源众多，体外培养效率高，同种异体间充质干细胞引起的免疫排斥反应的治疗仍受到广泛关注。相反，一个显而易见的解决方案是立即使用自体间充质干细胞作为现成产品。此外，干细胞外泌体和源自人类多能干细胞的MSC等新产品是令人兴奋的发展，引起了人们的广泛关注。

间充质干细胞移植方案

目前，MSCs在动物实验中多采用静脉注射、动脉注射、腹腔注射、局部注射等方式进行KD移植，而临床MSCs移植则包括动脉注射和静脉注射。先前的研究表明，通过动脉注射进行间充质干细胞移植比静脉注射在促进肾再生方面更有效。此外，局部注射间充质干细胞对肾脏修复也起到积极作用，但该途径在临床实践中应用较少。重要的是，不同的移植方式对间充质干细胞的存活和归巢率有显着影响，需要确定最佳的植入方式。此外，MSCs注射的时机、注射次数、每次注射的细胞数量，探索MSCs迁移到受损部位的最佳策略，了解MSCs与其他组织细胞的相互作用，以及MSCs移植后的不良反应（例如，体内低分化和肿瘤发生），所有这些都对MSC从基础实验转向临床应用提出了挑战。

MSC的迁移和存活

间充质干细胞发挥功效的先决条件是能够迁移至受损组织。先前的研究发现间充质干细胞可以定位于病变部位，但只占间充质干细胞的一小部分。多项研究发现，MSC在体内的迁移受到各种表面粘附分子（例如 CD44、VLA-4/VCAM1、SDF-1/CXCR4和CXCL5/CXCR2）的调节。重要的是，用细胞因子或活性物质预处理可以提高MSC的定位/迁移能力。

间充质干细胞移植的安全性

随着MSCs在临床应用的研究逐渐增多，MSCs的安全性受到广泛关注。在刘等人的I期临床试验中，健康志愿者在接受BMMSC输注后2个月的随访中没有发现身体异常。

胡等人结果表明，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。这些结果表明间充质干细胞在疾病治疗方面相对安全。

目前上市的间充质干细胞的产品

目前，市场上还没有美国食品和药物管理局（FDA）批准的间充质干细胞用于疾病治疗，而其他国家也有一些批准的间充质干细胞用于人类疾病的产品（表3）。

同时，大多数MSCs的临床研究仍处于早期阶段，MSCs的来源、分离、纯化方法、注射途径等各不相同。因此，MSCs的安全性需要通过不断的临床试验来总结和提高。

表3：目前韩国、欧洲、日本和其他国家已批准使用间充质干细胞治疗疾病。

来源	临床状况	商品名称	批准国家（年份）
ADMSCs	皮下组织缺损	昆赛尔	韩国（2010）
骨髓间充质干细胞	急性心肌梗塞	Cellgram-AMI	韩国（2011）
ADMSCs	克罗恩病瘘管	库皮斯特姆	韩国（2012）
脐带间充质干细胞	膝关节软骨缺损	卡特斯干	韩国（2012）
骨髓间充质干细胞	移植物抗宿主病	普罗奇马尔	加拿大 (2012)
骨髓间充质干细胞	移植物抗宿主病	Remestemcel-L	新西兰（2012）
骨髓间充质干细胞	肌萎缩侧索硬化症	神经元-R	韩国（2014）
骨髓间充质干细胞	移植物抗宿主病	Temcell HS 注射液	日本（2015）
骨髓间充质干细胞	肢体严重缺血	施坦普塞尔	印度（2016）
骨髓间充质干细胞	脊髓损伤	斯特米拉克	日本（2018）
ADMSCs	克罗恩病的复杂性肛周瘘	Darvastrocel（阿洛菲塞尔）	欧洲（2018）

结论

大量研究证实了间充质干细胞移植治疗肾病的安全性和耐受性。鉴于肾病的发病率在全球范围内不断上升，基于间充质干细胞的治疗似乎是一种创新的干预方法，在治疗肾病方面具有巨大的潜力，但在大规模将间充质干细胞用于临床治疗之前，仍有许多工作要做。

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

其次，需要研究如何通过人工方法使间叶干细胞具有更高效的靶向能力、更精确的免疫调节功能和更安全的应用效果。现有研究提供了几种策略，包括基因工程、微粒工程和预培养等，从理论上提高了间充质干细胞的应用效率。

第三，间充质干细胞治疗肾病的详细内在机制以及针对肾脏相关损伤的功能作用有待进一步探讨。

第四，间充质干细胞的治疗安全性（如致癌性）仍存在争议。随着新型生物技术的发展，有许多策略可以提高间充质干细胞的疗效和安全性（如药物共轭、缺氧条件、细胞因子预处理和基因修饰等），但长期疗效尚未得到证实，仍需要标准化的临床试验方案。

目前，肾病的治疗方法仅限于药物治疗、透析和肾移植，而间充质干细胞移植已成为一种有前景的替代疗法，并得到了相关临床研究证据的支持。从功能改善和临床指标的角度来看，临床试验的结果较为理想，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，基于间充质干细胞的治疗有望成为治疗肾病的重要 “工具”。

参考资料：Chen F, Chen N, Xia C, et al. Mesenchymal Stem Cell Therapy in Kidney Diseases: Potential and Challenges. Cell Transplantation. 2023;32. doi:10.1177/09636897231164251

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