概要：糖尿病腎病（DN）患病率高，是糖尿病患者腎功能衰竭的主要原因。傳統(tǒng)療法治療糖尿病腎病的策略有限，不僅成本高，而且效果不理想。因此，迫切需要探索治療DN的有效方法。

近年來，由于具有自我更新能力和多向分化潛能，干細(xì)胞在移植物抗宿主病、自身免疫性疾病、胰腺疾病，甚至急性腎損傷等多種疾病中發(fā)揮了治療作用。隨著干細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展，以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的再生醫(yī)學(xué)被嘗試應(yīng)用于糖尿病腎病的治療。相關(guān)干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞。無疑，干細(xì)胞移植在糖尿病腎病動(dòng)物模型的治療中取得了一定的效果。

越來越多的證據(jù)表明，補(bǔ)充和調(diào)節(jié)干細(xì)胞療法代表了對糖尿病腎功能恢復(fù)的多方面貢獻(xiàn)，從而支持使用干細(xì)胞作為腎臟疾病的重要治療工具。在這篇綜述中，我們將討論干細(xì)胞對糖尿病腎病的作用機(jī)制和潛在治療效果。此外，本文還總結(jié)了各種干細(xì)胞的一些主要優(yōu)點(diǎn)和局限性以及未來的展望。

干細(xì)胞療法在治療糖尿病腎病中的臨床應(yīng)用趨勢

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事實(shí)

1. 在糖尿病腎病中發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞移植治療效果的兩個(gè)主要機(jī)制。一種是歸巢和分化，另一種是營養(yǎng)作用。
2. 來自骨髓、脂肪組織和臍帶血的間充質(zhì)干細(xì)胞在糖尿病腎病體內(nèi)和體外都得到了廣泛研究。
3. 組織特異性iPSC，例如腎來源的iPSC，已顯示出更有效的分化為成熟腎細(xì)胞的能力。
4. 同種異體BM-MSCs植入已用于治療糖尿病腎病的臨床試驗(yàn)。
5. 2017年-2018年，我國通過了3項(xiàng)干細(xì)胞針對腎損傷的相關(guān)研究，國撥5452萬經(jīng)費(fèi)供科研，項(xiàng)目涉及腎臟細(xì)胞的再生與干細(xì)胞療法在腎損傷的臨床研究等。
6. 2019年，共有2項(xiàng)干細(xì)胞療法修復(fù)糖尿病腎損傷的臨床備案項(xiàng)目通過國家的審核，《臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療糖尿病腎病》、《臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療2型糖尿病腎病的多中心臨床研究》均已進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段。

開放式問題

1. 人臍帶提取物WJs通過改善BM-MSCs異常提高自體細(xì)胞移植治療效果的具體機(jī)制是什么？
2. 干細(xì)胞能否在糖尿病狀態(tài)的大環(huán)境下存活并最大限度地發(fā)揮其對糖尿病腎病的再生和修復(fù)作用？
3. 尿源干細(xì)胞能否作為糖尿病腎病的有效療法？

干細(xì)胞治療糖尿病腎病的的作用機(jī)制

干細(xì)胞移植的治療效果有兩個(gè)主要機(jī)制。

一是歸巢分化，能夠識別受損組織，然后歸巢整合到特定位點(diǎn)，最終在特定環(huán)境問題下定植分化為腎組織細(xì)胞。

另一種是營養(yǎng)效應(yīng)（圖1)。 干細(xì)胞通過促進(jìn)旁分泌、內(nèi)分泌或自分泌機(jī)制發(fā)揮作用，例如有絲分裂、新血管形成、抗炎、細(xì)胞保護(hù)、抗生產(chǎn)和免疫調(diào)節(jié)。

一是歸巢和分化。在糖尿病腎臟缺氧、炎癥等特定環(huán)境的影響下，干細(xì)胞能夠識別受損的組織或器官，然后歸巢整合到特定部位，最終分化為腎組織細(xì)胞。干細(xì)胞只能歸巢到相應(yīng)的受損組織進(jìn)行修復(fù)，而完整的組織則不會出現(xiàn)這種情況。另一個(gè)是營養(yǎng)效應(yīng)。隨著可溶性因子和細(xì)胞外囊泡的分泌，干細(xì)胞尤其是間充質(zhì)干細(xì)胞可以發(fā)揮保護(hù)腎功能和防止局部腎臟損害的作用。這些分泌因子主要通過多種機(jī)制發(fā)揮治療作用：新血管形成、營養(yǎng)作用、免疫調(diào)節(jié)作用、抗炎作用、抗氧化應(yīng)激作用和抗細(xì)胞凋亡作用。

治療糖尿病腎病的干細(xì)胞有哪些？

胚胎干細(xì)胞

ES細(xì)胞是來源于哺乳動(dòng)物受精卵內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的多能干細(xì)胞。ES細(xì)胞已在體外被誘導(dǎo) 成為廣泛的特化細(xì)胞類型，例如造血細(xì)胞、胰腺細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞。在體外，Kim等人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與腎源性生長因子如視黃酸 (RA)、激活素A和BMP-7相結(jié)合，培養(yǎng)的小鼠ES細(xì)胞具有分化為中間中胚層 (IM) 細(xì)胞的能力。當(dāng)注射到發(fā)育中的腎臟中時(shí)，處理過的ES細(xì)胞幾乎100%與腎臟TEC發(fā)生作用，并且可以有效地整合到發(fā)育中的腎臟中（圖2）。

2010年10月，亞特蘭大Shepherd中心的一名患者首次接受了基于人類ES的細(xì)胞治療。四年后，人類ES細(xì)胞衍生的胰島替代產(chǎn)品VC-01是第一個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的 I 型糖尿病治療藥物，患者于2014年10月在圣地亞哥加利福尼亞大學(xué)接受治療。

胚胎干細(xì)胞的局限性：一是使用人類受精卵的倫理問題；二是由于胚胎干細(xì)胞與患者組織相容性抗原的差異，任何細(xì)胞或組織移植都有發(fā)生免疫排斥反應(yīng)的可能。在體外，小鼠ES細(xì)胞已被證明可以消除同種異體免疫反應(yīng)并通過細(xì)胞接觸機(jī)制抑制 T細(xì)胞增殖。然而，畸胎瘤和畸胎癌等增殖異常的發(fā)展可能仍然是胚胎干細(xì)胞臨床應(yīng)用的重要問題。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）是一種類似于人類胚胎干細(xì)胞的多能細(xì)胞，是在特定轉(zhuǎn)錄因子的幫助下，對終末分化的體細(xì)胞進(jìn)行重編程而形成的。

多項(xiàng)研究已成功將iPSCs分化為腎細(xì)胞，這可能對DN的治療具有潛在影響（圖2）。

間充質(zhì)干細(xì)胞

MSCs存在于多種組織和器官中，包括骨髓、脂肪組織、肺、腎、肝、腦和臍帶血。目前的研究表明，MSCs可以植入腎臟，分化為腎細(xì)胞，改善腎功能，促進(jìn)腎小球結(jié)構(gòu)再生，從而有效治療DN。在本節(jié)中，我們將重點(diǎn)介紹從三大問題中分離出的間充質(zhì)干細(xì)胞在糖尿病腎病治療中的應(yīng)用（表1）。

表 1 間充質(zhì)干細(xì)胞治療糖尿病腎病動(dòng)物模型的臨床前研究。

骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞：目前的證據(jù)表明，改善血糖控制可以顯著延緩DM并發(fā)癥的發(fā)生和進(jìn)展。BM-MSCs的移植可以逆轉(zhuǎn)高血糖癥，并且可能與β胰島的再生有關(guān)。

脂肪組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞：首次報(bào)道，AD-MSCs的自體移植顯著降低了STZ誘導(dǎo)的大鼠的血糖水平，并通過抑制氧化應(yīng)激、促炎因子的釋放和p38-MAPK通路保護(hù)大鼠免受DN。與BM-MSCs不同，人體脂肪組織獲取相對容易，供體部位病變較少，患者不適感也較少。因此，自體AD-MSCs的給藥是安全的，有望用于DN的治療。

臍帶血來源的間充質(zhì)干細(xì)胞：與BM-MSCs相比，UCB-MSCs具有易于獲取、即時(shí)可用的優(yōu)勢，并具有更好的增殖潛力和更低的移植物抗宿主病和致畸風(fēng)險(xiǎn)。Masoad等人發(fā)現(xiàn)源自臍帶血的單核細(xì)胞干細(xì)胞對 STZ 誘發(fā)的糖尿病大鼠具有治療作用。糖尿病腎病4周后，尾靜脈給予人UCB-MSCs，在持續(xù)高血糖的情況下，可減輕DN腎功能損害。因此，他們提出UCB-MSCs具有直接的腎臟保護(hù)作用。

尿源干細(xì)胞(USCs) 

在本研究中，通過尾靜脈而不是尿道雙劑量注射USCs可以有效改善受損的腎損傷，不僅可以通過歸巢到胰腺和腎臟等受損器官，還可以分泌許多促血管生成因子。在用FGF-2進(jìn)行基因修飾后，建立了USCs，通過在體外分泌促血管生成營養(yǎng)因子和免疫調(diào)節(jié)劑來改善2型DN大鼠的并發(fā)癥。此外，USC分泌的外泌體可通過抑制足細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管生成和細(xì)胞存活來預(yù)防糖尿病腎損傷。USCs的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是這些細(xì)胞可以非侵入性地大量獲得并在體外廣泛擴(kuò)增以便有足夠數(shù)量的細(xì)胞可以隨時(shí)用于治療疾病。

內(nèi)皮祖細(xì)胞 (EPC) 

EPCs有助于維持血管穩(wěn)態(tài)，在維持血管內(nèi)皮功能方面發(fā)揮重要作用。例如，一些研究人員觀察到 EPCs 被調(diào)動(dòng)到受損的腎小球，并可能直接參與腎小球毛細(xì)血管的再生。

糖尿病對內(nèi)皮祖細(xì)胞的影響

迄今為止，已有糖尿病患者循環(huán)EPCs水平降低和EPCs功能紊亂的報(bào)道，提示循環(huán)EPCs可能導(dǎo)致DM血管并發(fā)癥（圖3）。一方面，糖尿病的特點(diǎn)是微血管和大血管病變，表現(xiàn)出內(nèi)皮祖細(xì)胞功能障礙。已發(fā)現(xiàn)EPC的旁分泌功能在糖尿病情況下受損。與非糖尿病相比，糖尿病CD34⁺細(xì)胞分泌的HGF等增殖性血管生成因子減少，而TGF-β1等促炎促纖維化因子的分泌增加，同時(shí)EPCs的增殖和遷移能力增強(qiáng)可以通過減少基質(zhì)衍生因子來應(yīng)對。

另一方面，EPCs的消耗也可能是糖尿病微血管病的一個(gè)致病因素。在糖尿病情況下，循環(huán)EPC的消耗是由于骨髓中形成的EPC和外周循環(huán)中的EPC減少。一項(xiàng)研究表明，被診斷為EPC減少的患者在1年后尿白蛋白排泄率增加，表明EPC減少與DN進(jìn)展之間存在關(guān)聯(lián)。

圖3：糖尿病對EPCs的影響及EPCs在DN中的應(yīng)用。

在糖尿病狀態(tài)下，內(nèi)皮祖細(xì)胞（EPCs）的旁分泌功能受損，EPCs中血管生成因子的表達(dá)和EPCs的增殖和遷移能力降低，而TGF-β1等促炎和促纖維化因子的分泌受到抑制。增加。此外，循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞的耗竭是由于骨髓中形成的內(nèi)皮祖細(xì)胞和外周循環(huán)中內(nèi)皮祖細(xì)胞的減少。糖尿病中EPCs循環(huán)水平降低和EPCs功能障礙可能導(dǎo)致糖尿病腎病（DN）的進(jìn)展。相反，他汀類藥物、重組人促紅細(xì)胞生成素 (rhEPO) 和有效的 EPCs 動(dòng)員劑 AMD3100 的給藥可以通過促進(jìn) EPCs 在骨髓中的動(dòng)員來加速糖尿病患者傷口的愈合。此外，注射骨髓來源的EPCs能夠修復(fù)腎小球內(nèi)皮損傷，可能達(dá)到治療DN的目的。

內(nèi)皮祖細(xì)胞在糖尿病腎病中的應(yīng)用

基于EPCs的上述特點(diǎn)，理論上只要是能夠保護(hù)EPCs數(shù)量和功能的方法，就有可能成為糖尿病血管疾病的治療手段（圖3）。研究發(fā)現(xiàn)，1型糖尿病大鼠血管損傷時(shí)EPCs的動(dòng)員是有限的，經(jīng)胰島素及相關(guān)細(xì)胞因子治療后EPCs的動(dòng)員有所恢復(fù)，提示EPCs的動(dòng)員對高血糖敏感，早期治療是可逆的。一份報(bào)告表明，注射骨髓來源的EPC可以改善AGN模型中的腎小球內(nèi)皮損傷和系膜激活，表明EPC能夠修復(fù)腎小球內(nèi)皮損傷。EPCs通過再生受損的內(nèi)皮細(xì)胞和修復(fù)血管，可能達(dá)到治療DN的目的。

干細(xì)胞治療糖尿病腎病的臨床研究進(jìn)展

近年來，關(guān)于糖尿病腎病的病理機(jī)制、分子機(jī)制研究越來越多，立足于此的新型藥物研究越來越多，干細(xì)胞療法便是其中之一。干細(xì)胞因具有減輕炎癥反應(yīng)、再生胰島β細(xì)胞/腎細(xì)胞、修復(fù)腎損傷部位和控制血糖等作用而被科學(xué)家廣泛應(yīng)用于糖尿病腎病的研究中。

據(jù)ClinicalTrials.gov和中國臨床試驗(yàn)注冊中心顯示，科學(xué)家已開展了多項(xiàng)臨床試驗(yàn)證實(shí)了干細(xì)胞療法在糖尿病腎病的有效性和安全性。

我國目前已展開相關(guān)的臨床試驗(yàn)，研究基于干細(xì)胞療法的安全性、可行性和耐受性，以及對糖尿病腎損傷患者的療效。

2017年-2018年，我國通過了3項(xiàng)干細(xì)胞針對腎損傷的相關(guān)研究，國撥5452萬經(jīng)費(fèi)供科研，項(xiàng)目涉及腎臟細(xì)胞的再生與干細(xì)胞療法在腎損傷的臨床研究等。

相關(guān)案例：對66名受試者（糖尿病病程5—22年）開展干細(xì)胞療法，干預(yù)后定期對受試者進(jìn)行觀察測量：

兩周后：

受試者血β2微球蛋白、尿素氮、肌酐、尿酸、尿蛋白等生化指標(biāo)下降明顯；

3個(gè)月后：

受試者糖化血紅蛋白由8.6（均值）降至6.1（均值）；

 4個(gè)月后：

受試者空腹血糖由9.4（均值）降至5.9（均值），基礎(chǔ)C肽有所上升。

臨床案例結(jié)果證實(shí)了干細(xì)胞療法能顯著改善腎臟各生化指標(biāo)，修復(fù)腎臟功能，延緩腎臟進(jìn)行性損傷。

結(jié)論和未來的期望

隨著干細(xì)胞技術(shù)和應(yīng)用水平的進(jìn)步，利用干細(xì)胞重建和修復(fù)受損的腎臟組織將極大地促進(jìn)DN的治療。近年來，對基于干細(xì)胞的療法進(jìn)行了更詳細(xì)的研究，并通過在臨床前模型中管理各種類型的干細(xì)胞獲得了可喜的結(jié)果。在本文中，我們總結(jié)了目前可用于治療DN的干細(xì)胞，包括ES細(xì)胞、iPSCs和成體干細(xì)胞，它們通過歸巢到組織器官的損傷部位，然后分化成對DN發(fā)揮治療作用。特定組織或通過分泌各種營養(yǎng)因子。反過來，糖尿病也會影響干細(xì)胞的遷移、增殖和分化等能力。無論干細(xì)胞來源于何種來源，

干細(xì)胞治療的難點(diǎn)之一是高糖刺激下移植細(xì)胞的存活率低。內(nèi)源性因素可通過過度氧化應(yīng)激和線粒體損傷導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而尿毒癥狀態(tài)會降低干細(xì)胞中VEGF的表達(dá)，加速細(xì)胞衰老，導(dǎo)致血管生成不足。因此，設(shè)法在糖尿病狀態(tài)的大環(huán)境下存活干細(xì)胞并最大化其再生和修復(fù)作用可能是治療糖尿病腎病的光明前景。在目前的干細(xì)胞研究中，對BM-MSCs的安全性和有效性研究最為深入。

簡而言之，我們希望未來的實(shí)驗(yàn)不僅是為了深入了解機(jī)制，而且是為了開發(fā)新的治療策略。