楊順良 譚建明

腎臟是一個(gè)高度復(fù)雜的器官，由超過(guò)30種以上不同類(lèi)型的細(xì)胞組成，如腎小管上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、腎小球細(xì)胞和血管細(xì)胞等。這些細(xì)胞和組織的增殖速率、更新和再生的能力差異較大，即使是腎單位的不同成分，增殖能力也各不相同。腎小球臟層上皮細(xì)胞（或足細(xì)胞）屬終末分化類(lèi)細(xì)胞，幾乎沒(méi)有增殖能力。若足細(xì)胞因壞死、凋亡或分解而失去，鄰近的足細(xì)胞不會(huì)通過(guò)增殖來(lái)替代，而近曲小管正常生理狀態(tài)下能緩慢更新，一旦發(fā)生損傷，腎小管細(xì)胞即發(fā)生廣泛性的增殖?，F(xiàn)在有6.5﹪～10.0﹪的普通人群患有不同程度的腎臟疾病，許多難治性腎臟疾病即使積極治療，最終仍然進(jìn)入尿毒癥階段。干細(xì)胞治療是一種很有潛力的治療方法。隨著研究的深入，采用干細(xì)胞（外源性、內(nèi)源性和重編程）治療腎臟疾病已取得相當(dāng)多的進(jìn)展，本文就外源性干細(xì)胞和重編程細(xì)胞方面的內(nèi)容作一綜述。

一、骨髓來(lái)源細(xì)胞

很久以來(lái)，骨髓就是干細(xì)胞的來(lái)源之一。骨髓包含多種干細(xì)胞，如造血干細(xì)胞( haematopoietic stem cells,HSCs )、間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stromal cells,MSCs )、內(nèi)皮祖細(xì)胞（endothelium progenitor cells,EPCs）、多能成體祖細(xì)胞和其他細(xì)胞群，被認(rèn)為可以向多種組織器官分化，如肝臟、肺、胃腸道和皮膚的上皮細(xì)胞，以及中胚層組織，如骨、軟骨、肌腱、脂肪、肌肉和心肌細(xì)胞，可以形成腎小管上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、足細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞。

骨髓來(lái)源細(xì)胞參與正常腎上皮細(xì)胞的更新[1]。Imasawa 等[2]觀察到，患有自發(fā)性IgA腎病小鼠，用采自未感染小鼠骨髓進(jìn)行骨髓移植術(shù)后，IgA腎病有所改善。為了探討骨髓來(lái)源細(xì)胞的腎保護(hù)作用，F(xiàn)ang等[3]將增強(qiáng)型綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)標(biāo)記的雌性骨髓造血干細(xì)胞和培養(yǎng)好的克隆性雄性MSCs同移植給接受過(guò)致死性放射線照射的雌性小鼠，并在移植術(shù)后4周誘導(dǎo)急性腎損傷，發(fā)現(xiàn)2周內(nèi)造血干細(xì)胞和MSCs均能穩(wěn)固地植入骨髓和脾臟，但只有造血干細(xì)胞能在腎小管中被檢出，并參與腎小管的再生。另一項(xiàng)研究則是全骨髓移植術(shù)后16周，建立缺血再灌注模型，發(fā)現(xiàn)來(lái)源于供體骨髓的細(xì)胞主要位于髓質(zhì)外部的腎小管，而皮質(zhì)部未見(jiàn)明顯增加，提示外源性骨髓干細(xì)胞可以選擇性地修復(fù)髓質(zhì)外部的大部分腎小管壞死[4]。Lin等[5]將轉(zhuǎn)基因小鼠骨髓中造血干細(xì)胞分離出來(lái)，并純化出Lin-Scal-1+ckit+細(xì)胞，經(jīng)靜脈注入到同系成模的腎臟缺血再灌注損傷雌性小鼠體內(nèi)，1周后在受體小鼠腎臟，尤其在腎近曲小管S3段可見(jiàn)供體骨髓的標(biāo)記，說(shuō)明骨髓細(xì)胞參與了腎小管最易損傷和再生修復(fù)的部位。

為了評(píng)價(jià)骨髓來(lái)源干細(xì)胞動(dòng)員對(duì)腎臟的影響，Poulsom 等[6]采用Y-染色體原位雜交的方法，雄性小鼠的骨髓移植給已行骨髓滅活處理的同系雌性小鼠，發(fā)現(xiàn)移植術(shù)后的雌性小鼠腎小管上皮和腎小球足細(xì)胞Y-染色體表達(dá)陽(yáng)性，說(shuō)明受者腎臟存在供體骨髓來(lái)源的細(xì)胞，且骨髓來(lái)源細(xì)胞具有轉(zhuǎn)分化為腎上皮細(xì)胞和腎小球系膜細(xì)胞的能力。Gupta 等[7]將雄性鼠HCSs 移植給急性腎小管壞死的雌性鼠后，發(fā)現(xiàn)供者的干細(xì)胞不僅出現(xiàn)在受者壞死的近曲小管壁內(nèi)，而且還表達(dá)了正常近曲小管上皮細(xì)胞的標(biāo)志物。

現(xiàn)已明確，骨髓歸巢至腎臟的能力與腎組織損傷有關(guān)，若腎臟不存在損傷，則不能觀察到這種情況的發(fā)生。骨髓來(lái)源細(xì)胞能進(jìn)入到不同類(lèi)型的腎細(xì)胞腔隙。有關(guān)細(xì)胞遷移的程度、轉(zhuǎn)分化與融合等問(wèn)題正在研究中。Togel 等[8]發(fā)現(xiàn)腎臟損傷后腎內(nèi)間質(zhì)細(xì)胞衍生因子(stromal cells derviative factor，SDF-1)的表達(dá)升高，并與骨髓細(xì)胞表面SDF-1的受體 CXCR4 相互作用，誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞進(jìn)人腎臟參與修復(fù)。Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)腎內(nèi)粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)在損傷后表達(dá)升高，可刺激骨髓細(xì)胞向腎內(nèi)移動(dòng)。但 Togel 等[8]卻發(fā)現(xiàn)給予外源性 G-CSF 強(qiáng)迫骨髓細(xì)胞移動(dòng)，只會(huì)加重急性腎功能衰竭。因此，G-CSF 是否在骨髓細(xì)胞向腎臟遷移過(guò)程中起有益作用仍無(wú)定論。

Ito 等[10]報(bào)道骨髓來(lái)源細(xì)胞可重建損傷后的腎小球系膜。該研究向接受骨髓移植的小鼠注射抗 Thy 抗體（腎間質(zhì)細(xì)胞特異性抗原），誘導(dǎo)成腎小球腎炎模型，以 GFP 為標(biāo)記，觀察供體骨髓細(xì)胞的分布與分化情況，發(fā)現(xiàn)骨髓移植術(shù)后5 d ，腎小管間隙可見(jiàn)骨髓細(xì)胞呈均勻分布，注射抗Thy抗體后1周，病變腎小球中 GFP標(biāo)記的骨髓細(xì)胞大量聚集，激光掃描顯微鏡顯示這些細(xì)胞對(duì)腎小球毛細(xì)血管提供結(jié)構(gòu)支持，提示骨髓可以在活體內(nèi)轉(zhuǎn)分化為間質(zhì)細(xì)胞。日本學(xué)者 Imasawa 等[11]用GFP標(biāo)記的骨髓移植的方法觀察了骨髓干細(xì)胞向腎小球細(xì)胞的分化，在2～24周的觀察期內(nèi)，骨髓移植受體鼠腎小球內(nèi)的GFP陽(yáng)性細(xì)胞呈時(shí)間依賴(lài)性增加，激光共聚焦顯微鏡顯示這些細(xì)胞位于腎小球的系膜區(qū)，免疫組織化學(xué)結(jié)果提示它們既不是巨噬細(xì)胞，也不是T淋巴細(xì)胞。將受體鼠的腎小球分離培養(yǎng)后，約84﹪的細(xì)胞呈結(jié)蛋白陽(yáng)性，其中60﹪呈GFP陽(yáng)性，在培養(yǎng)液中加入血管緊張素Ⅱ后，這些GFP陽(yáng)性細(xì)胞產(chǎn)生收縮反應(yīng)，提示骨髓干細(xì)胞有分化成腎小球系膜細(xì)胞的潛能。在血管內(nèi)皮細(xì)胞方面，Du flield 等[12]對(duì)骨髓移植術(shù)后的小鼠建立腎損傷修復(fù)模型，發(fā)現(xiàn)在損傷修復(fù)過(guò)程中腎小管周?chē)拿?xì)血管內(nèi)出現(xiàn)新骨髓來(lái)源的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物表達(dá)。Held 等[13]在延胡索酰乙酰乙酸水解酶（fumaroylacetoacetate hydrolase，F(xiàn)ah）缺陷動(dòng)物模型上觀察到，F(xiàn)ah+骨髓移植術(shù)后，能明顯替代受損的近曲小管上皮細(xì)胞，其中高達(dá)50﹪的修復(fù)緣自骨髓來(lái)源細(xì)胞與腎小管細(xì)胞的融合，而不是直接轉(zhuǎn)分化。而在膠原 4α3 缺陷的 Alport 綜合征動(dòng)物模型的研究顯示，骨髓來(lái)源細(xì)胞可轉(zhuǎn)分化為足細(xì)胞和系膜細(xì)胞，骨髓移植能改善腎功能，減輕組織損傷，并伴隨膠原鏈缺陷的再表達(dá)和腎組織學(xué)與腎功能的改善。不過(guò)，Lin 和Duffield 等[5，14]認(rèn)為，骨髓來(lái)源細(xì)胞對(duì)腎臟的修復(fù)能力相當(dāng)?shù)?，利用表達(dá)增強(qiáng)型 GFP 和細(xì)菌 LacZ 基因的轉(zhuǎn)基因小鼠所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)顯示，新整合的腎細(xì)胞中，由骨髓細(xì)胞分化而來(lái)的僅占 8.3﹪，或者根本不存在。大部分增生的腎小管上皮細(xì)胞來(lái)自宿主自身。這些結(jié)果表明，腎小管再生是通過(guò)存活的腎上皮細(xì)胞去分化和增生而完成的。最近 Humphreys 等[15]在缺血再灌注動(dòng)物模型上的研究結(jié)果進(jìn)一步支持上述理論。

盡管有關(guān)骨髓來(lái)源細(xì)胞整合的研究結(jié)果尚不一致，但公認(rèn)的是，骨髓來(lái)源細(xì)胞能有效地改善腎臟功能。在小鼠腎小球腎炎模型中，骨髓單個(gè)核細(xì)胞注入腎動(dòng)脈后，能促進(jìn)腎臟再生，這主要是骨髓來(lái)源細(xì)胞進(jìn)入血管內(nèi)皮內(nèi)層和產(chǎn)生了血管生成因子的共同作用的結(jié)果。大量研究也表明，利用G-CSF、巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，m-CSF）和干細(xì)胞因子（stem cell factor，SCF）進(jìn)行患者自身骨髓干細(xì)胞動(dòng)員，也能改善腎臟功能[16-17]。這類(lèi)研究大多顯示，這是在缺血或毒性損傷后傳遞（或發(fā)送）生長(zhǎng)因子，從而改善腎功能，研究者認(rèn)為腎功能的改善是促進(jìn)細(xì)胞增生和減少凋亡，同時(shí)減少中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)。并不是所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果均支持上述結(jié)論。Li 等[18]將未處理的雄性骨髓細(xì)胞輸注到雌性受者，骨髓細(xì)胞與近曲小管、升支、遠(yuǎn)曲小管和集合管的整合，并未改善腎功能。他們認(rèn)為全骨髓可能僅對(duì)腎小球損傷有效。骨髓也能作為 α-SMA（+）間質(zhì)成纖維細(xì)胞的來(lái)源之一[18-19]，這種成纖維細(xì)胞在腎纖維化發(fā)病過(guò)程中參與細(xì)胞外基質(zhì)的形成，骨髓來(lái)源細(xì)胞進(jìn)入腎間質(zhì)后，有可能導(dǎo)致腎臟纖維化，這需要引起足夠重視。

最近關(guān)注于干細(xì)胞因子(stem cell factor,SCF) 和G-CSF 在單側(cè)輸尿管梗阻動(dòng)物模型中的作用研究，發(fā)現(xiàn)增加骨髓動(dòng)員并不會(huì)影響腎損傷、纖維化或炎癥細(xì)胞聚集[20]。不過(guò)，骨髓能為某些腎損傷疾病提供體液修復(fù)已得到公認(rèn)。那么，是骨髓中的什么細(xì)胞具有體液修復(fù)作用？現(xiàn)在有大量的研究工作關(guān)注調(diào)節(jié)性免疫細(xì)胞在自身免疫性疾病、惡性腫瘤和移植耐受中的作用。腎臟炎癥可能是一系列損傷的后果，以腎小球或腎小管間質(zhì)內(nèi)炎性白細(xì)胞滲出為特征。腎小球腎炎明顯具有這一特點(diǎn)，公認(rèn)是免疫介導(dǎo)的。最近各種不同腎損傷模型的研究已經(jīng)證實(shí)，調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞、M2 巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞在腎小球和腎小管間質(zhì)炎癥中具有保護(hù)作用[21]。中性粒細(xì)胞和T 細(xì)胞在缺血再灌注后急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）發(fā)生中發(fā)揮非常重要的作用，但是對(duì)巨噬細(xì)胞的作用知之甚少。在缺血性急性腎衰和單側(cè)輸尿管梗阻動(dòng)物模型中，巨噬細(xì)胞的清除能減輕腎損傷程度，具體作用包括減輕炎癥，減少腎小管上皮細(xì)胞凋亡，以及減輕腎小管壞死嚴(yán)重程度。相反，核因子 kb是巨噬細(xì)胞功能分化的調(diào)節(jié)因子，它的抑制能重編程巨噬細(xì)胞，使它們產(chǎn)生強(qiáng)烈的抗炎作用，巨噬細(xì)胞將按經(jīng)典途徑被激活，并在體內(nèi)發(fā)揮抗腎小球炎癥的作用[22]。此外，用特殊細(xì)胞因子在體外對(duì)巨噬細(xì)胞處理證實(shí)，按經(jīng)典途徑激活的 M1 巨噬細(xì)胞可加重阿霉素腎病的慢性炎癥，而活化的 M2 巨噬細(xì)胞則減輕組織學(xué)破壞和功能損傷[23]。

二、MSCs

大量研究顯示，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在腎損傷后再生過(guò)程中起主要的作用。Herrera 等[24]給C57/BL6小鼠肌肉注射丙三醇誘導(dǎo)急性腎功能衰竭后，灌注 GFP (+)間充質(zhì)干細(xì)胞，可見(jiàn) GFP (+)間充質(zhì)干細(xì)胞集中分布于腎小管上皮，并表達(dá)細(xì)胞角蛋白。Morigi 等[25]發(fā)現(xiàn)接受骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療的小鼠腎皮質(zhì)切片中，MSCs 不僅可以向腎小管上皮細(xì)胞方向分化，并且，腎小管細(xì)胞增長(zhǎng)速度較未接受 MSCs 治療組快 4 倍，說(shuō)明 MSCs 可以加速腎小管上皮細(xì)胞的再生。

Morigi 等[26]首先分析 MSCs 的腎保護(hù)作用，證實(shí)了人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療延長(zhǎng)存活率的潛能。他們將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植給伴發(fā)非肥胖糖尿病的嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷?。╪onobese diabetic-serious combined immunodeficiency disease，NOD-SCID）小鼠，并以順鉑誘導(dǎo)急性腎損傷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MSCs能明顯地促進(jìn)近曲小管細(xì)胞增殖，減少腎小管凋亡、壞死的數(shù)目和范圍，加快腎功能恢復(fù)。84﹪的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定植在腎小管周?chē)鷧^(qū)域，其余均勻分布在腎小管和腎小球。更進(jìn)一步的是，接受間充質(zhì)干細(xì)胞治療的小鼠存活率第7天為 50﹪，第14天仍有 34﹪，而對(duì)照組在第7天即已全部死亡。說(shuō)明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞不僅能保護(hù)急性腎損傷后的腎臟結(jié)構(gòu)與功能，還有延長(zhǎng)存活率的可能。

Herrera 等[24]在甘油誘導(dǎo)的小鼠急性腎衰模型觀察到，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能轉(zhuǎn)分化為腎小管上皮細(xì)胞，促進(jìn)腎小管上皮增生。Qian 等[27]證明，將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞與受損的小鼠腎臟組織共培養(yǎng)，能在體外使 MSCs 轉(zhuǎn)分化為腎小管上皮樣細(xì)胞，并高表達(dá)腎臟標(biāo)志物細(xì)胞角蛋白 18 和水通道蛋白-1。Choi等[28]還發(fā)現(xiàn)，人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能特異性歸巢至受損腎臟組織，并轉(zhuǎn)分化為腎小管上皮細(xì)胞，表達(dá)水通道蛋白-1和甲狀旁腺激素受體-1。此外，慢性腎衰模型的組織學(xué)證據(jù)顯示，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療有助逆轉(zhuǎn)腎小球硬化，改善腎功能，減輕腎臟損傷。Togel等[29]認(rèn)為，自體和異基因 MSCs 治療急性腎損傷是安全有效的，能減輕后期腎臟纖維化，防止腎功能喪失，在此過(guò)程中，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）起了關(guān)鍵性作用。

為了探討干細(xì)胞與腎炎的治療關(guān)系，Hayakawa等[30]將轉(zhuǎn)染 GFP 的小鼠MSCs 移植入實(shí)驗(yàn)鼠， 5周后再為其靜脈注射響尾蛇蛇毒造成腎炎模型，經(jīng)免疫電子顯微鏡檢查及免疫組化分析發(fā)現(xiàn)，注射蛇毒后l～3 d 內(nèi)腎小球腎炎病變最重，此時(shí)有大量 GFP(+) 的細(xì)胞存在于腎小球內(nèi)，第7天時(shí)大部分 GFP(+) 的細(xì)胞消失，存留的一小部分 GFP(+) 細(xì)胞則表達(dá)擴(kuò)增信號(hào)，并同時(shí)表達(dá)一種血管內(nèi)皮特殊性標(biāo)志物-血栓調(diào)節(jié)素，第 7～42 天期間占所有腎小球細(xì)胞核總數(shù)的比例從 1.31﹪升至 2.24﹪，且這種水平至少穩(wěn)定 12 個(gè)月。第 42 天時(shí)腎小球結(jié)構(gòu)已接近正常。提示了 MSCs 能夠擴(kuò)增內(nèi)皮細(xì)胞并參與腎小球重建。其他研究也表明，MSCs 能減輕化學(xué)性（甘油和順鉑）和缺血再灌注損傷，參與腎小球內(nèi)皮細(xì)胞和系膜細(xì)胞的重構(gòu)，減輕 Alport 綜合征的間質(zhì)纖維化，減少蛋白尿，加快腎臟形態(tài)學(xué)修復(fù)和功能恢復(fù)過(guò)程。2008年3月以來(lái)，有5項(xiàng) MSCs 臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中，研究對(duì)象涉及心臟術(shù)后急性腎損傷、亞臨床排斥反應(yīng)、狼瘡性腎炎、活體腎移植和慢性移植物腎病。

目前對(duì) MSCs 的腎臟修復(fù)機(jī)制存在不同意見(jiàn)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被修復(fù)的腎小管細(xì)胞中僅有一小部分是骨髓來(lái)源的 MSCs 。Mark 等[31]為葉酸誘導(dǎo)的腎臟損害的小鼠移植入正常鼠的骨髓干細(xì)胞，在移植術(shù)后 2、4、8周分別觀察到受者受損腎間質(zhì)及腎小球或新生腎小球胚芽中有大量來(lái)源于供者的細(xì)胞，但它們大部分表達(dá)為白細(xì)胞特征抗原 CD45，并且形態(tài)學(xué)也顯示為白細(xì)胞，模型中幾乎未發(fā)現(xiàn)供者源性的腎小管細(xì)胞。所以，認(rèn)為這些來(lái)源于供者的骨髓干細(xì)胞可能只是起到表達(dá)特異信息，促進(jìn)其修復(fù)的作用，此前一些實(shí)驗(yàn)認(rèn)為存在上皮細(xì)胞直接替代，實(shí)際上也許只是細(xì)胞融合。Togel等[32]用熒光標(biāo)記 MSC 進(jìn)行移植，僅移植術(shù)后 1～2 d 內(nèi)，在腎臟的微血管部位檢測(cè)到移植的細(xì)胞，第3天沒(méi)有檢測(cè)到移植細(xì)胞分化為腎小管上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞；而在移植 24 h 后，可檢測(cè)到炎癥因子 IL-1β、TNF-α、IFN-γ 水平的降低，抗炎因子 IL-10、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（basicfibroblast growth factor，BFGF）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor-α，TGF-α）和Bcl-2 水平的升高，提示 MSCs 對(duì)腎臟的修復(fù)作用不是通過(guò)直接分化為腎小管上皮細(xì)胞，而是依賴(lài)旁分泌復(fù)雜調(diào)控，影響受損腎臟的微環(huán)境，減輕損傷腎臟的炎癥反應(yīng)，刺激殘存的腎小管細(xì)胞去分化、增殖、遷移，以及最終分化為成熟的上皮細(xì)胞，保護(hù)腎臟功能。

最近的研究顯示，MSCs 是通過(guò)提供旁分泌和(或)內(nèi)分泌因子，來(lái)發(fā)揮對(duì)腎損傷的修復(fù)作用。Bi等[33]為旁分泌和內(nèi)分泌過(guò)程提供了研究證據(jù)，所選用的模型是順鉑誘導(dǎo)的腎損傷。該研究顯示，僅經(jīng)腹腔內(nèi)注射 MSCs 培養(yǎng)基即可獲得明顯的MSCs修復(fù)作用，說(shuō)明 MSCs 產(chǎn)生的體液因子是腎修復(fù)所必需的，而不僅僅是 MSCs 本身。Imberti 等[34]認(rèn)為這種體液因子是胰島素樣因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF1），而B(niǎo)i等則將其歸功于肝細(xì)胞因子（hepatocyte growth factor，HGF）、IGF1 和表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor，EGF）。Togel等[35]報(bào)道 MSCs 所提供的腎保護(hù)作用，最關(guān)鍵的因子是VEGF。所有這些生長(zhǎng)因子在腎臟中均有內(nèi)生性來(lái)源，那為什么腎修復(fù)能自發(fā)性產(chǎn)生，答案也許是腎損傷后存在炎癥環(huán)境。事實(shí)上，MSCs 的腎修復(fù)作用也可能是多因素的，可能包括表達(dá)抗凋亡因子，促進(jìn)增生和緩解炎癥反應(yīng)。

全身和局部的炎癥狀態(tài)會(huì)影響 MSCs 定植至受損部位，因?yàn)?MSCs 表達(dá)大量酪氨酸激酶生長(zhǎng)因子 CC 和CXC 化學(xué)增活素的受體[36]。研究表明，造血干細(xì)胞表達(dá) SDF-1 受體[37]，人腎祖細(xì)胞表達(dá)CXCR4 和CXCR7[38]，組織受傷后干細(xì)胞衍生因子SDF-1上調(diào)，將導(dǎo)致造血干細(xì)胞和人腎祖細(xì)胞遷入，其中 CXCR4 和CXCR7 起著最基本的作用[37-38]，而先前認(rèn)為 CD44/透明質(zhì)酸的相互作用，會(huì)使外源性 MSCs 遷移至受損的腎小管周?chē)鷧^(qū)域，并促進(jìn)腎臟再生[39]。

MSCs 免疫原性低，能夠逃避宿主的免疫監(jiān)視系統(tǒng)，在宿主體內(nèi)長(zhǎng)期存活，還能夠抑制樹(shù)突狀細(xì)胞成熟，抑制 T 細(xì)胞增殖，是一類(lèi)免疫特許細(xì)胞，避免了人體同種異體排斥反應(yīng)，加上 MSCs 免疫調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，盡管 MSCs 的體內(nèi)作用可能小于體外，但免疫豁免狀態(tài)增加了將其用于任一受者的可能性。利用 MSCs 進(jìn)行腎修復(fù)的另一重要優(yōu)點(diǎn)是它能遷移至受損的腎臟部位。Herrera 等[39]發(fā)現(xiàn)受損腎臟透明質(zhì)酸表達(dá)增加，導(dǎo)致 MSCs 的遷移，因?yàn)镸SCs表達(dá)透明質(zhì)酸（HA）、CD44受體。從缺乏 CD44 的小鼠分離出來(lái)的MSCs，不能定居至受損腎臟，因此，不能對(duì)損傷起到保護(hù)作用。

MSCs 也能從自體獲得，包括腎病患者，還可讓其攜帶已知的有益于腎臟修復(fù)的基因，成為一理想的載體。以往的研究證明，組織激肽釋放酶具有腎損傷的保護(hù)作用，最近，Hagiwara等[40]報(bào)道，使 MSCs 過(guò)度表達(dá)人體組織激肽釋放酶，這些修改后的 MSCs 表現(xiàn)出較單獨(dú) MSCs 更良好的保護(hù)作用。這類(lèi)“基因轉(zhuǎn)染技術(shù)”已被成功地用于提高那些被注入到梗塞心肌中的 MSCs 的存活率。研究發(fā)現(xiàn)，用溶血紅素加氧酶( heme oxygenase-1,HO-1)轉(zhuǎn)導(dǎo)后的 MSCs 修復(fù)能力更強(qiáng)[41]。在缺血再灌注損傷或化學(xué)性誘導(dǎo)的急性腎損傷動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)研究中，MSCs 轉(zhuǎn)染后已經(jīng)顯示出一致的改善作用，但在慢性損傷模型中的有效性尚不清楚。有些研究發(fā)現(xiàn) MSCs 轉(zhuǎn)染對(duì)腎小球腎病模型有改善作用。但對(duì)嚴(yán)重的急性腎損傷，MSCs 轉(zhuǎn)導(dǎo)（修飾）后3個(gè)月，并未發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期纖維化反應(yīng)的證據(jù)。

值得注意的是，一些針對(duì)慢性腎小球腎炎模型所進(jìn)行的研究顯示，與 MSCs 注射相關(guān)的有益作用可能被某些副作用所抵消，如長(zhǎng)期的腎小球內(nèi)的 MSCs 岐分化為脂肪細(xì)胞，以及伴隨的腎小球硬化[42]。另外一些研究表明，在腎小球損傷模型中，MSCs 并無(wú)益處。Ninichuk 等[43]利用小鼠Alport 綜合征模型，輸注提純的 MSCs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然 MSCs 確實(shí)能減輕間質(zhì)纖維化，但并不能防止纖維化進(jìn)展。目前，MSCs 對(duì)腎臟的保護(hù)機(jī)制尚不明確，究竟是 MSCs 與受損細(xì)胞的直接整合，還是 MSCs 能分化為腎小管上皮細(xì)胞，或者通過(guò)促進(jìn)腎臟分泌具有保護(hù)作用的各種因子，或刺激殘留的腎小管細(xì)胞增生，均有待進(jìn)一步的研究。

三、胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞是從胚泡內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育而來(lái)的，具有無(wú)限制自我更新和分化的潛能。有關(guān)胚胎干細(xì)胞的利用一直存在技術(shù)，以及倫理和道德問(wèn)題。就技術(shù)而言，體內(nèi)注射這類(lèi)多能干細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生畸胎瘤。Yamamoto 等[44]證實(shí)，向裸鼠腹膜內(nèi)注射未分化胚胎干細(xì)胞，可形成畸胎瘤，瘤內(nèi)存在后腎間充質(zhì)相關(guān)結(jié)構(gòu)。但是，Steenhard 等[45]報(bào)道，50﹪的胚胎腎小管整合未分化胚胎干細(xì)胞后，并未形成畸胎瘤。

Kim和Dressler[46]發(fā)現(xiàn)鼠胚胎干細(xì)胞在視黃酸、苯丙酸諾龍和成骨蛋白-7（bone morphogenetic protein-7，BMP7）的刺激下，可直接分化為腎祖細(xì)胞，且注入胚胎腎培養(yǎng)體系后，這些細(xì)胞能與腎小管上皮整合在一起[47]。將胚胎干細(xì)胞直接注射進(jìn)入鼠胚胎腎培養(yǎng)體系，也能使胚胎干細(xì)胞分化的腎小管表達(dá) Na+K+ATP酶和近曲小管細(xì)胞標(biāo)志物[45]，而裸鼠腹腔內(nèi)注射胚胎干細(xì)胞，則會(huì)形成畸胎瘤，該瘤包含后腎間充質(zhì)相關(guān)結(jié)構(gòu)[48]。Yamamoto等[48]在胚狀體外生性疣以及將胚狀體移植給成年鼠后所形成的畸胎瘤中，均檢測(cè)出早期腎發(fā)育基因的表達(dá)。然而，胚胎干細(xì)胞技術(shù)的臨床應(yīng)用受到阻礙，因?yàn)榇嬖谥铝鲲L(fēng)險(xiǎn)，以及法律與倫理問(wèn)題。一項(xiàng)最新研究顯示，從人羊水中分離出來(lái)的干細(xì)胞注入胚胎鼠腎后，能形成早期腎單位結(jié)構(gòu)（腎囊、S-和逗點(diǎn)狀體）[49]。此類(lèi)細(xì)胞能避開(kāi)胚胎干細(xì)胞相關(guān)的倫理問(wèn)題。但在應(yīng)用這類(lèi)干細(xì)胞，以及處理同種異體干細(xì)胞的免疫排斥方面，依然存在困難。

四、重編程細(xì)胞

誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cell,iPS)技術(shù)是干細(xì)胞研究領(lǐng)域近年來(lái)所取得的重大突破，路君[50]對(duì)該項(xiàng)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容作了詳細(xì)介紹，本文不作贅述。iPS 誘導(dǎo)技術(shù)自誕生以來(lái)就備受矚目，隨著研究的不斷深入，iPS 的誘導(dǎo)方法被逐漸優(yōu)化，不斷取得重大技術(shù)突破。由于iPS 不需要卵母細(xì)胞或胚胎，在技術(shù)和理論上比其他細(xì)胞去分化的方法更有優(yōu)勢(shì)，短短幾年時(shí)間，制備用于疾病研究及治療的干細(xì)胞已成為可能，為再生醫(yī)學(xué)開(kāi)辟了嶄新的研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，人們將有能力完成干細(xì)胞與體細(xì)胞的可逆轉(zhuǎn)換，并為患者個(gè)性化定制干細(xì)胞治療方案。

腎臟也許將成為細(xì)胞治療的主要適應(yīng)證之一。腎單位是腎的基本功能單位，在疾病中通常會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷。理想的情況是創(chuàng)造腎單位的祖細(xì)胞，重演腎單位的發(fā)育及重建。雖然沒(méi)有證據(jù)表明，在產(chǎn)后的人腎中有殘余的腎再生區(qū)域，但仍存在通過(guò)重編程將終末的成人腎細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為生腎帶的可能性。有充分的證據(jù)認(rèn)為，腎小管上皮細(xì)胞在體外可重新轉(zhuǎn)分化[51]，這一現(xiàn)象與有腎臟疾病的體內(nèi)表現(xiàn)一致。

五、存在問(wèn)題與展望

盡管人們?cè)诟杉?xì)胞治療腎臟疾病方面的作用作了廣泛的研究，取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但至今仍有許多技術(shù)障礙。究竟選用何種干細(xì)胞也是個(gè)很難回答的問(wèn)題；干細(xì)胞的定位和作用機(jī)制仍然不清楚；干細(xì)胞進(jìn)入血循環(huán)后，如何通過(guò)腎小球基底膜屏障到達(dá)靶部位進(jìn)行分化和修復(fù)，也是有待解決的問(wèn)題。將干細(xì)胞注入脈管系統(tǒng)需要避免被脈管中的其他器官捕獲，細(xì)胞需要具備定植能力。已經(jīng)確定，至少有一些干細(xì)胞可以脫離脈管系統(tǒng)，但是干細(xì)胞在組織中出現(xiàn)，也并不意味者其有功能?；蛟S，只有在這些從干細(xì)胞分化得來(lái)的腎細(xì)胞能通過(guò)生物工程的手段進(jìn)行改造或者制造新生器官的時(shí)候，才具有真正的價(jià)值。

由于骨髓干細(xì)胞較易獲得，因此仍是自體細(xì)胞替代治療的一個(gè)重要來(lái)源，更多的研究應(yīng)該側(cè)重于骨髓干細(xì)胞種類(lèi)、劑量和移植部位的選擇。另外困擾干細(xì)胞治療發(fā)展的一個(gè)主要問(wèn)題就是免疫排斥。雖然干細(xì)胞具有低免疫源性，但仍然存在著免疫排斥反應(yīng)，故如何避免免疫排斥反應(yīng)的影響，提高移植干細(xì)胞的存活率是最需要解決的問(wèn)題。針對(duì) MSCs 的免疫抑制作用是否更易誘發(fā)機(jī)體發(fā)生腫瘤和感染等的研究尚待補(bǔ)充。

目前的研究大多數(shù)采用動(dòng)物模型，但由于研究的目的是用于治療人類(lèi)腎病，所以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人類(lèi)狀況的相關(guān)性究竟怎樣，還有待探討。開(kāi)展的臨床研究主要集中在 IgA 腎病及一些繼發(fā)性腎臟疾病，如狼瘡性腎炎和淀粉樣變腎損害、轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌等中應(yīng)用，且大多都處于探索階段。清楚的是，進(jìn)展將依賴(lài)于對(duì)正常腎發(fā)育和腎組織更新以及其對(duì)損傷反應(yīng)的深入理解。腎臟疾病也許是干細(xì)胞治療的最佳適應(yīng)證。隨著干細(xì)胞的不斷深入，必將為腎臟疾病的治療提供一個(gè)全新的策略，并很有可能完全改變腎臟疾病的結(jié)局。

1 Huls M,Russel FG,Masereeuw R.Insights into the role of bone marrow-derived stem cells in renal repair[J].Kidney Blood Press Res,2008,31(2):104-110.

2 Imasawa T,Nagasawa R,Utsunomiya Y,et a1.Bone marrow transplantation attenuates murine IgA nephropathy:role of a stem cell disorder.Kidney Int[J].1999,56(5):1809-1817.

3 Fang TC,Otto WR,Rao J,et al.Haematopoietic lineage-committed bone marrow cells,but not cloned cultured mesenchymal stem cells,contribute to regeneration of renal tubular epithelium after HgCl 2 -induced acute tubular injury[J].Cell Prolif,2008,41(4):575-591.

4 Kale S,Yarihaloo A,Clark PR,et a1.Bone marrow stem cells contribute to repair of the ischemically injured renal tubule[J].J Clin Invest,2003,112(1):42-49.

5 Lin F,Cordes K,Li L,Hood L,et a1.Hematopoietic stem cells contribute to the regeneration of renal tubules after renal ischemia-reperfusion injury in mice[J].J Am Soc Nephrol,2003,14(5):l188-1l99.

6 Poulsom R,Forbes SJ,Hodivala-Dilke K,et a1.Bone marrow contributes to renal parenchymal turnover and regeneration[J].J Pathol,2001,195(2):229-235.

7 Gupta S,Verfaillie C,Chmielewski D,et al.A role for extrarenal cells in the regeneration following acute renal failure[J].Kidney Int,2002,62(4):285-290.

8 Togel F,Isaac J,Hu Z,et a1.Renal SDF-l signals mobilization and homing of CXCB4-positive cells to the kidney after ischemic injury[J].Kidney Int,2005,67(5):1772-1784.

9 Zhang Y,Woodward VK,Shelton JM,et a1.Ischemia-reperfusion induces G-CSF gene expression by renal medullary thick ascending limb cells in vivo and in vitro.Am J Physiol Renal Physiol,2004,286(6):FI193-Fl201.

10 Ito,Suzuki A,Imai E,et a1,Bone marrow is a reservoir of repopulating mesangial cells during glomerular remodeling[J].J Am Soc Nephrol,2001,12(12):2625-2635.

11 ImasawaT,UtsunomiyaY,Kawamura T,et a1.The potential of bone marrow-derived cells to differentiate to glomerular mesangial cells[J].J Am Soc Nephrol,2001,12(7):1401-1409.

12 Duffield JS,Park KM,Hsiao LL,et a1.Restoration of tubular epithelial cells during repair of the post-ischemic kidney occurs independently of bone marrow-derived stem cells[J].J Clin Invest,2005,l15(7):l743-1755.

13 Held PK,Al-Dhalimy M,Willenbring H,et al.In vivo genetic selection of renal proximal tubules[J].Mol Ther,2006,13(1):49–58.

14 Duffield JS,Park KM,Hsiao LL,et al.Restoration of tubular epithelial cells during repair of the postischemic kidney occurs independently of bone marrow-derived stem cells[J].J Clin Invest,2005,115(7):1743-1755.

15 Humphreys BD,Valerius MT.Kobayashi A,et al.Intrinsic epithelial cells repair the kidney after injury[J].Cell Stem Cell,2008,2(3):284-291.

16 Iwasaki M,Adachi Y,Minamino K,et al.Mobilization of bone marrow cells by GCSF rescues mice from cisplatininduced renal failure,and M-CSF enhances the effects of G-CSF[J].J Am Soc Nephrol,2005,16(3):658-666.

17 Stokman G,Leemans JC,Claessen N,et al.Hematopoietic stem cell mobilization therapy accelerates recovery of renal function independent of stem cell contribution[J].J Am Soc Nephrol,2005,16(6):1684-1692.

18 Li J,Deane JA,Campanale NV,et a1.The contribution of bone marrow-derived cells to the development of renal interstitialfibrosis[J].Stem Cells,2007,25(3):697-706.

19 Broekema M,Harmsen MC,van Luyn MJ,et al.Bone marrow-derived myofibroblasts contribute to the renal interstitial myofibroblast population and produce procollagen I after ischemia/reperfusion in rats[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(1):165-175.

20 Stokman G,Leemans JC,Stroo I,et al.Enhanced mobilization of bone marrow cells does not ameliorate renalfibrosis[J].Nephrol Dial Transplant,2008,23(2):483-491.

21 Lee VW,Wang YM,Wang YP,et al.Regulatory immune cells in kidney disease.Am J Physiol Renal Physiol[J].2008,295(2):335-342.

22 Wilson HM,Chettibi S,Jobin C,et a1.Inhibition of macrophage nuclear factor-kappaB leads to a dominant antiin flammatory phenotype that attenuates glomerular in flammation in vivo[J].Am J Pathol,2005,167(1):27-37.

23 Wang Y,Wang YP,Zheng G,et al.Ex vivo programmed macrophages ameliorate experimental chronic in flammatory renal disease[J].Kidney Int,2007,72(3):290-299.

24 Herrera MB,Bussolati B,Bruno S,et al.Mesenchymal stem cells contribute to the renal repair of acute tubular epithelial injury[J].Int J Mol Med,2004,14(6):1035-1041.

25 Morigi M,Imberti B,Zoia C,et a1.Mesenehymal stern cells are renotropie,helping to repair the kidney and improve function in acute renal failure[J].J Am Soc Nephrol,2004,15(7):1794-1804.

26 Morigi M,Introna M,Imberti B,et al.Human bone marrow mesenchymal stem cells accelerate recovery of acute renal injury and prolong survival in mice[J].Stem Cells,2008,26(8):2075-2082.

27 Qian H,Yang H,Xu W,et al.Bone marrow mesenchymal stem cells ameliorate rat acute renal failure by differentiation into renal tubular epithelial-like cells[J].Int J Mol Med,2008,22(3):325-332.

28 Choi S,Park M,Kim J,et al.The role of mesenchymal stem cells in the functional improvement of the chronic renal failure[J].Stem Cells Dev,2009,18(3):521-529.

29 Togel F,Cohen A,Zhang P,et al.Autologous and allogeneic marrow stromal cells are safe and effective for the treatment of acute kidney injury[J].Stem Cells Dev,2009,18(3):475-485.

30 Hayakawa M,Ishizaki M,Hayakawa J,et a1.Role of bone marrow cells in the healing process of mouse experimental glomerulonephritis[J].Pediatr,2005,58(2):323-328.

31 Szczypka MS,Westover AJ,Clouthier SG,et a1.Rare Incorporation of Bone Marrow Derived Cells Into Kidney After Folic Acid-Induced Injury[J].Stem Cells,2005,23(1):44-54.

32 Togel F,Hu Z,Weiss K,et a1.Amelioration of Acute Renal Failure by Stem Cell Therapy-Paracrine Secretion Versus Transdifferentiation into Resident Cells[J].J Am Soc Nephrol,2005,16:1153-1163.

33 Bi B,Schmitt R,Israilova M,et a1.Stromal cells protect against acute tubular injury via an endocrine effect[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(9):2486-249.

34 Imberti B,Morigi M,Tomasoni S,et al.Insulin-like growth factor-1 sustains stem cell mediated renal repair[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(11):2921-2928.

35 Togel F,Weiss K,Yang Y,et al.Vasculotropic,paracrine actions of infused mesenchymal stem cells are important to the recovery from acute kidney injury[J].Am J Physiol Renal Physiol,2007,292(5):F1626-F1635.

36 Ponte AL,Marais E,Gallay N,et al.The in vitro migration capacity of human bone marrow mesenchymal stem cells: comparison of chemokine and growth factor chemotactic activities[J].Stem Cells,2007,25(7):1737-1745.

37 Togel F,Isaac J,Hu Z,et al.Renal SDF-1 signals mobilization and homing of CXCR4-positive cells to the kidney after ischemic injury[J].Kidney Int,2005,67(5):1772-1784.

38 Mazzinghi B,Ronconi E,Lazzeri E,et al.Essential but differential role for CXCR4 and CXCR7 in the therapeutic homing of human renal progenitor cells[J].J Exp Med,2008,205(2):479-490.

39 Herrera MB,Bussolati B,Bruno S,et al.Exogenous mesenchymal stem cells localize to the kidney by means of CD44 following acute tubular injury[J].Kidney Int,2007,72(4):430-441.

40 Hagiwara M,Shen B,Chao L,et a1.Kallikrein-modified mesenchymal stem cell implantation provides enhanced protection against acute ischemic kidney injury by inhibiting apoptosis and inflammation[J].Hum Gene Ther,2008,19(8):807-819.

41 Tang YL,Tang Y,Zhang YC,et a1.Improved graft mesenchymal stem cell survival in ischemic heart with a hypoxia-regulated heme oxygenase-1 vector[J].J Am Coll Cardiol,2005,46(7):1339-1350.

42 Kunter U,Rong S,Boor P,et al.Mesenchymal stem cells prevent progressive experimental renal failure but maldifferentiate into glomerular adipocytes[J].J Am Soc Nephrol,2007,18(6):1754-1764.

43 Ninichuk V,Gross O,Segerer S,et al.Multipotent mesenchymal stem cells reduce interstitialfibrosis but do not delay progression of chronic kidney disease in collagen4α3-deficient mice[J].Kidney Int,2006,70(1):121-129.

44 Yamamoto K,Cui L,Johkura K,et al.Branching ducts similar to mesonephric ducts or ureteric buds in teratomas originating from mouse embryonic stem cells[J].Am J Physiol Renal Physiol,2006,290(1):52-60.

45 Steenhard BM,Isom KS,Cazcarro P,et a1.St John PL,et al.Integration of embryonic stem cells in metanephric kidney organ culture[J].J Am Soc Nephrol,2005,16(6):1623-1631.

46 Kim D,Dressler GR.Nephrogenic factors promote differentiation of mouse embryonic stem cells into renal epithelia[J].J Am Soc Nephrol ,2005,16(12):3527-3534.

47 Sagrinati C,Ronconi E,Lazzeri E,et al.Stem-cell approaches for kidney repair: choosing the right cells[J].Trends Mol Med,2008,14(7):277-285.

48 Yamamoto M,Cui L,Johkura K,et al.Branching ducts similar to mesonephric ducts or ureteric buds in teratomas originating from mouse embryonic stem cells[J].Am J Physiol Renal Physiol,2006,290(1):F52-F60.

49 Perin L,Giuliani S,Jin D,et al.Renal differentiation of amniotic fluid stem cells.Cell Prolif,2007,40(6):936–948.

50 路君.誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞在疾病研究及治療中的應(yīng)用前景[J/CD].中華細(xì)胞與干細(xì)胞移植:電子版,2009,1(1):114-120 .

51 Rastaldi MP.Epithelial–mesenchymal transition and its implications for the development of renal tubulointerstitialfibrosis.[J].J Nephrol,2006,19(4):407-412.