曹慧玲（綜述），許文榮，張春兵（審校）

（1.江蘇省中醫(yī)院檢驗科，南京 210029;2.江蘇大學基礎醫(yī)學與醫(yī)學技術學院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

間質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是來源于發(fā)育早期中胚層的具有高度自我更新能力和多向分化潛能的多能干細胞，廣泛存在于全身多種組織中，可在體外培養(yǎng)擴增，并能在特定條件下分化為多種成體細胞［1］。隨著對MSCs生物學特性及功能的深入研究，目前已經從多種組織中分離出MSCs。MSCs因其擴增迅速，免疫原性低，易于轉染外源基因等優(yōu)點成為細胞工程治療的理想靶細胞。近年來的研究表明，MSCs在治療腎臟疾病方面也取得了顯著效果?，F對MSCs及其治療腎臟疾病的研究進展加以綜述。

1 MSCs的生物學特性及應用

1.1 MSCs的生物學特性MSCs來源廣泛，存在于多種組織器官中，包括骨髓、脂肪組織、臍血、臍帶、肝臟、羊膜及外周血等［2，3］，其中臍血及外周血僅含有少量的MSCs，而且這種結果還尚存爭議［4］。骨髓是最常用的體外分離培養(yǎng)MSCs的組織來源。近年來，隨著對MSCs的深入研究，人們對其生物學特征的了解也不斷深入。MSCs具有在塑料培養(yǎng)皿上貼壁生長的特性，鏡下大多呈梭形或紡錘形外觀的成纖維樣細胞，這些細胞大部分都處于G0/G1期，有很強的擴增能力，擴增后的MSCs仍保持它的正常表型和端粒酶活性。目前尚未找到MSCs的特異標志分子［5］。MSCs具有多向分化潛能，在體內外均可分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、心肌細胞、神經細胞等［1］。

1.2 MSCs的應用 MSCs由于其不斷自我更新、免疫源性低、可多向分化等特點使MSCs移植成為一種非常具有前景的治療方法，并日益得到重視。目前世界各國都投入了大量的人力、物力和財力進行了廣泛而深入的研究，如用于神經組織損傷、心肌梗死、肝臟損傷等疾病治療［6，7］。

MSCs的應用優(yōu)勢:①具有多向分化潛能。②易于分離培養(yǎng)、擴增，不涉及倫理道德問題，而胚胎干細胞則受到倫理學和實際取材等因素的限制。③免疫原性低，在移植時不發(fā)生免疫排斥反應或程度較低的特點，避免了移植排斥反應和使用免疫抑制劑。④易于外源基因的導入和表達，MSCs可作為載體攜帶特定基因在體內發(fā)揮作用。⑤遺傳背景穩(wěn)定，理論上致瘤風險很低。因此，人們對MSCs在臨床治療中的應用寄予了很高的期望。

2 MSCs與腎臟疾病

2.1 MSCs在腎臟疾病中的作用 再生醫(yī)學干細胞療法為現代腎臟疾病治療提供了新的途徑。MSCs由于其高度可塑性、較強體外擴增能力、易于轉染外源基因等優(yōu)勢，成為腎臟疾病研究的理想靶細胞。迄今為止，應用于腎臟病研究的MSCs大多為大鼠、小鼠來源，人源性干細胞報道較少，研究用MSCs可取自骨髓、胚胎組織、后腎間充質等［8］。2004年，Herrera等［9］用甘油肌內注射建立小鼠急性腎衰竭（acute renal failure，ARF）模型，通過靜脈內輸注綠色熒光蛋白（green fluorescence protein，GFP）轉基因小鼠的骨髓MSCs后發(fā)現腎功能得到了很快的恢復，并且發(fā)現MSCs-GFP+能分化為腎小管上皮細胞。Qian等［10］發(fā)現胎兒骨髓MSCs可以修復大鼠甘油腎損傷模型，熒光原位雜交檢測人源細胞定位于腎組織并表達腎小管上皮細胞特異性標志，提示MSCs通過向腎細胞分化治療腎損傷。Morigi等［11］報道，小鼠骨髓MSCs對抗腫瘤藥物順鉑引起的ARF模型可以修復其受損腎臟功能并分化為腎小管上皮細胞，從而恢復腎臟的組織結構和功能，而移植造血干細胞則未見腎損傷修復效果。2008年，他們又首次報道了人骨髓MSCs可定位在近端腎小管區(qū)域并減少腎細胞凋亡促進增殖，同時還可提高小鼠的成活率［12］。T?gel等［13］提出不同于分化的觀點，發(fā)現 MSCs通過旁分泌發(fā)揮了重要的治療作用。2007年又發(fā)現在給予MSCs后的24 h，能檢測到炎性因子白細胞介素（interleukin，IL）1β、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）α、干擾素γ和誘導型一氧化氮合酶顯著減少，而抗炎性因子IL-10、b-堿性成纖維細胞生長因子、TGF-α和 Bcl-2表達上調［14］。此實驗室的前期結果顯示，臍帶MSCs也可通過旁分泌因子作用發(fā)揮對腎缺血/再灌注ARF的治療作用［15］。MSCs能夠分泌多種細胞因子，而有些細胞因子在腎損傷的修復中起重要作用。例如，在順鉑致腎損傷的小鼠模型中，胰島素樣生長因子1基因沉默的MSCs限制了其修復腎功能和腎結構的作用［16］;MSCs在治療腎缺血/再灌注損傷中可分泌IL-4、IL-10等因子抵抗損傷部位炎癥發(fā)生從而達到療效［17］。同樣，Merlini等［18］學者還認為，自體干細胞移植在對腎臟纖維化疾病、終末期腎病的治療中有著無可媲美的優(yōu)勢，較之于腎臟移植、血液凈化等治療措施將更具有發(fā)展?jié)摿脱芯績r值。

2.2 MSCs作為轉基因載體治療腎臟疾病 細胞基因修飾在實驗性基因治療中為人們所關注，并逐步成為一種人類征服多種疾病的重要手段。細胞基因修飾的關鍵問題在于治療性基因的轉移和選擇合適的人類靶細胞。

在過去的十多年中，人們常選擇造血干細胞作為基因修飾的靶細胞，但造血干細胞具有體外不能有效擴增和數量極少等缺點，在很大程度上限制了其應用。近年來，MSCs逐漸為大家所認識，新的研究發(fā)現MSCs也是一種基因修飾的有效靶細胞［19］。Yokoo等［20］將IL-1受體拮抗劑基因轉染到雄性小鼠的骨髓MSCs，再移植到亞致死量照射的雌性小鼠，骨髓重構的雌性小鼠發(fā)生Goodpasture腎炎時尿蛋白和腎功能較對照小鼠明顯減輕。他們進一步發(fā)現人臍帶血CD34+標記的BMSCs可作為基因治療載體，將葡萄糖苷酸酶基因轉染到NOD/SCID小鼠腎臟發(fā)生炎癥的腎小球中，這些轉基因細胞表達葡萄糖苷酸酶蛋白而發(fā)揮了相應的作用。Hagiwara等［21］發(fā)現將具有保護臟器防止氧化損傷多重功效的激肽釋放酶轉染MSCs后表達人源重組激肽釋放酶可提高培養(yǎng)上清中VEGF的水平，通過抑制細胞凋亡和炎癥提高對急性缺血腎損傷的保護作用。除了采用基因修飾的手段提高MSCs治療腎損傷的功效外，還有一些學者通過對移植前細胞進行預處理［22］或聯合應用其他物質共同作用［23］的方式提高MSCs在受體內的存活率及功效。

2.3 MSCs移植治療的機制及存在的問題 目前研究結果基本肯定了骨髓源的MSC在促進腎小管損傷修復、保護腎功能方面有一定的效果，但在修復機制上存在著爭議。

有關修復機制部分文獻報道是由于MSCs的“可塑性”即“橫向分化”［10］，但也有不同的觀點認為是MSCs與周圍損傷細胞發(fā)生了融合而并非真正的分化，還有學者認為是MSCs能分泌多種細胞因子，如肝細胞生長因子、血管內皮生長因子和胰島素樣生長因子1等，這些細胞因子在組織損傷時通過旁分泌發(fā)揮了有效的治療作用［15］。MSCs在修復機制上存在分歧，產生這種差異的原因可能涉及以下幾個方面:①移植的干細胞。MSCs尚未有統(tǒng)一的鑒定標準，是具有多向分化潛能的一群細胞，不同實驗室獲得的MSCs在表面標志，分化潛能上有一些差別，培養(yǎng)代數的多少與移植后的效果也相關。②ARF模型。誘導ARF的方法不同，產生損傷的程度與范圍也不盡相同，移植后干細胞所處的微環(huán)境存在差異，可能也會對結果有影響。③移植量與移植方式。干細胞輸注的數量、次數和移植途徑不同，同樣會導致實驗結果的不一致。因此，進一步研究MSCs與腎損傷修復的具體機制，對提高MSCs對腎損傷的治療效果，加大MSCs在損傷性疾病中的應用有非常重要的意義。

另外，移植工程中尚存在移植細胞的安全性問題，移植用細胞在體內外一定條件下可導致腫瘤［24］或脂肪變的形成，加重病情惡化［25］。

3 小結

MSCs 具有公認的多向分化潛能等干細胞特征和易于體外擴增等特性，已被認為是一種理想的細胞治療、組織工程和基因治療的靶細胞。MSCs在腎臟疾病治療中的應用研究也反映了MSCs可作為該領域的一個新的治療手段，其理論研究和應用實踐還有很長的一段路要走，今后的研究方向應當是MSC移植的安全性，移植途徑的選擇，移植后細胞的分化特性的理論研究和實踐，相信隨著研究的進一步深入，一定會為其臨床應用帶來更為廣闊的前景。

［1］Yang Z，Schmitt JF，Lee EH.Immunohistochemical analysis of human mesenchymal stem cells differentiating into chondrogenic，osteogenic，and adipogenic lineages［J］.MethodsMol Biol，2011，698（4）:353-366.

［2］Qiao C，Xu W，Zhu W，et al.Human mesenchymal stem cells isolated from the umbilical cord［J］.Cell Biol Int，2008，32（1）:8-15.

［3］Manochantr S，Tantrawatpan C，Kheolamai P，et al.Isolation，characterization and neural differentiation potential of amnion derived mesenchymal stem cells［J］.J Med Assoc Thai，2010，93（Suppl 7）:S183-S191.

［4］Wexler SA，Donaldson C，Denning-Kendall P，et al.Adult bone marrow is a rich source of human mesenchymal'stem'cells but umbilical cord and mobilized adult blood are not［J］.Br J Haematol，2003，121（2）:368-374.

［5］Svinareva DA，Shipunova IN，IuV O，et al.The basic properties of mesenchymal stromal cells from the donor bone marrow:superficial markers［J］.Ter Arkh，2010，82（7）:52-56.

［6］de Macedo Braga LM，Lacchini S，Schaan BD，et al.In situ delivery of bone marrow cells and mesenchymal stem cells improves cardiovascular function in hypertensive rats submitted to myocardial infarction［J］.J Biomed Sci，2008，15（3）:365-374.

［7］Yan Y，Xu W，Qian H，et al.Mesenchymal stem cells from human umbilical cords ameliorate mouse hepatic injury in vivo［J］.Liver Int，2009，29（3）:356-365.

［8］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.

［9］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.

［10］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.

［11］Morigi M，Imberti B，Zoja C，et al.Mesenchymal stem cells are renotropic，helping to repair the kidney and improve function in acute renal failure［J］.J Am Soc Nephrol，2004，15（7）:1794-804.

［12］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.

［13］T?gel F，Hu Z，Weiss K，et al.Administered mesenchymal stem cells protect against ischemic acute renal failure through differentiation-independent mechanisms［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2005，289（1）:F31-F42.

［14］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.

［15］Cao H，Qian H，Xu W，et al.Mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord ameliorate ischemia/reperfusion-induced acute renal failure in rats［J］.Biotechnol Lett，2010，32（5）:725-732.

［16］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.

［17］Semedo P，Palasio CG，Oliveira CD，et al.Early modulation of inflammation by mesenchymal stem cell after acute kidney injury［J］.Int Immunopharmacol，2009，9（6）:677-682.

［18］Merlini G，Remuzzi G.Autologous stem cell and kidney transplantation for primary amyloidosis associated with ESRD:which should come first［J］.Am J Transplant，2005，5（7）:1585-1586.

［19］Conrad C，Husemann Y，Niess H，et al.Linking transgene expression of engineered mesenchymal stem cells and angiopoietin-1-induced differentiation to target cancer angiogenesis［J］.Ann Surg，2011，253（3）:566-571.

［20］Yokoo T，Ohashi T，Utsunomiya Y，et al.Gene delivery using human cord blood-derived CD34+cells into inflamed glomeruli in NOD/SCID mice［J］.Kidney Int，2003，64（1）:102-109.

［21］Hagiwara M，Shen B，Chao L，et al.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.

［22］Mias C，Trouche E，Seguelas MH，et al.Ex vivo pretreatment with melatonin improves survival，proangiogenic/mitogenic activity，and efficiency of mesenchymal stem cells injected into ischemic kidney［J］.Stem Cells，2008，26（7）:1749-1757.

［23］da Silva LB，Palma PV，Cury PM，et al.Evaluation of stem cell administration in a model of kidney ischemia-reperfusion injury［J］.Int Immunopharmacol，2007，7（13）:1609-1016.

［24］Xu W，Qian H，Zhu W，et al.A novel tumor cell line cloned from mutated human embryonic bone marrow mesenchymal stem cells［J］.Oncol Rep，2004，12（3）:501-508.

［25］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.