肾脏固有细胞在慢性肾脏病进行性发展中,它们不仅仅是被动受害靶细胞,而且在病理情况下可通过细胞活化产生多种细胞生长因子及粘附因子。
如细胞间粘附因子(ICAM-1)和血管细胞粘附因子(VCAM-I)、趋化因子等活跃地参与疾病的发病过程。外来浸润细胞参与炎症过程、体液及细胞免疫过程,导致或加重肾脏损伤。
其中单核--巨噬细胞是最活跃的免疫--炎症效应细胞。如骨调素(OPN)是强大的巨噬细胞化学趋化因子和粘附因子,在慢性进展性肾病中,OPN表达呈进行性增高,巨噬细胞浸润增多,此与肾功能下降有密切关系。
目前研究认为TGF-β、PDGF、FGF、IL-l、TNF-a等细胞/生长因子,可导致肾脏纤维化,使肾脏疾病进行性发展。
其中TGF-β是目前已知作用最强的致纤细胞因子之一,TGF-β致纤维化作用可能是由结缔组织生长因子(CTGF)介导的。
CTGF是一种在TGF-β诱导下由成纤维细胞等合成和分泌的富含半胱氨酸的多肽,具有介导TGF-β发挥促细胞增生和ECM合成的作用。
肾小球入球及出球小动脉的改变可导致肾小球血流动力学异常,致跨肾小球基底膜压力升高,肾小球通透性增大使原尿中蛋白量增多。
1995年MDRD临床试验首次确定了蛋白尿是非糖尿病性慢性肾脏病进展的一个独立危险因素。
大量蛋白尿的重吸收可激活近端小管上皮细胞(PTEC),使细胞内核因子KB(NF-KB)活性增强、促进多种基因转录,并引起炎症细胞在间质积聚,从而导致多种细胞因子的合成和释放。
这些细胞因子具有刺激间质成纤维细胞增殖和促进细胞外基质积聚的作用,最终导致肾实质纤维化。
另外蛋白尿还通过激活补体加速肾小管间质纤维化。病变肾小管间质组织中ET-I、TGF-β表达增多,促进ECM过度合成,抑制ECM降解。
其中主要表现在ECM主要成分的增多及TIMP、PAl的过度表达。研究发现,在TGF-B的作用下,人的PTEC表达MCP-l、RANTES、IL-8、VCAM-l、CAM-1增多,它们具有吸引单核/巨噬细胞等炎症细胞进入间质的作用。
多种粘附分子如ICAM-l、VCAM-1、内皮细胞选择素(E-selectin)、血小板选择素(P-selectin)、整合素βl亚家族VLA-4和β2亚家族LFA-1等。
在肾小管间质部位表达增多与该部位的单核/巨噬细胞浸润有明显的相关性,且与慢性组织损伤的程度有关。
在具有慢性小管间质损伤的多种肾病中,无论何种病因,均存在肾间质微血管病变,如肾小管周围毛细血管(PTC)分布紊乱,管腔变形或缩小,毛细血管内皮细胞肿胀,基膜破碎或增厚。
研究表明间充质干细胞仅低水平表达人类主要组织相容性I类分子,而不表达人类主要组织相容性II类分子。
由于人类主要组织相容性II类分子是诱发异体免疫排斥的主要抗原,因而导致了间充质干细胞的低免疫原性。
此外间充质干细胞表面不表达T细胞共刺激分子B7-1、B7-2,也不表达刺激细胞凋亡的分子如CD40、CD80、CD86和Fasl等。
一般认为它表达的抗原标记有:SH2+、SH3+、SH4+、CD44+、CD54+、CD106+、CD166+、CD90+、CD29+。
另外,MSCs还表达白细胞介素类(IL-1a、IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-12、IL-14、IL-15等)、干细胞因子(SCF)、白细胞抑制因子(LIF)、
单核细胞集落刺激因子(M-CSF)等细胞因子、白细胞介素类受体(IL-1R、IL-3R、IL-7R)、粒细胞集落刺激因子受体(GCSFR)、血小板衍生生长因子受体(PDGFR)等。
有学者用CD80、CD86基因转染间充质干细胞,从而为T细胞增殖提供CD28介导的共刺激信号,用γ-干扰素预处理间充质干细胞以上调人类主要组织相容性II类分子的表达。
这些经处理的间充质干细胞仍不能有效提呈抗原和刺激T细胞的增殖,进一步证实了间充质干细胞的低免疫原性。
目前主要有4种方法用于MSCs的分离:贴壁筛选法、密度梯度离心法、免疫磁珠法、流式细胞仪分离法。培养皿内细胞贴壁培养法仍是MSCs分离的基本方法。
MSCs的鉴定主要依赖其功能和形态特征,并通过培养过程中出现的分化表型以及诱导其成骨、成脂肪等细胞来推断是否为MSCs。
MSCs具有很强的自我更新和多向分化潜能,并且经多次传代以后,这些细胞仍能保持多向分化潜能。但生理稳态情况下,成人体内大多数MSCs增殖并不明显。
而在体外补充适量血清的培养液中,它们能贴附在塑料培养器皿壁上生长,表现出旺盛的有丝分裂活动,具有活跃的增殖能力。
大量体外实验表明,不同的诱导因素作用下,体外培养的MSCs可向不同的谱系分化,如基本的营养物质、细胞浓度、组织特异性、生长因子和细胞因子等都会影响hMSCs的分化方向。
此种选择分化性使其不仅可分化成间充质组织细胞,也能分化成非间充质组织细胞,如神经胶质细胞、少突细胞和神经元,这为治疗损伤或病变的组织提供多种组织来源。
脐带间充质干细胞比骨髓和动员的外周血来源的造血干细胞更原始、更具有自我更新、增殖分化和体外扩增潜能。
脐带间充质干细胞免疫表型的不成熟且在幼稚细胞中比例高,决定了脐带干细胞免疫细胞抗原性弱及增殖分化能力强的特点。
脐带间充质干细胞的保存及脐带血移植等临床应用均取得了显著的进展,这对于临床应用也是极为有利的。
干细胞移植在部分临床疾病实验治疗中已展现出美好的应用前景,但许多重大理论问题尚未完全解决,国内外一系列动物实验都倾向于间充质干细胞具有向肾脏细胞分化的能力,但目前不清楚是哪种干细胞向肾脏细胞分化。
随着干细胞移植的安全性、有效性进一步提高及肾脏病发病原因、机制的深入了解,干细胞移植在肾脏病的应用必将有一个广阔的前景。
慢性肾脏病是常见的临床疾病,据统计,欧美CKD的患病率已占到10.0%我国进行居民普查,CKD的患病率高达9.4-13%,已接近发达国家水平,成为一种患病率高的常见病。
间充质干细胞(MSCs)具有多向分化潜能、强大的增殖能力及向损伤组织器官归巢等特点,可用于修复损伤的器官组织。
在肾脏病治疗研究中,大量动物实验证实间充质干细胞能够显著促进急、慢性肾单位坏死的修复,对其作用机制的研究也不断深入。
慢性肾脏病目前已成为全球威胁健康的公共卫生问题,给家庭、社会带来了巨大的经济负担和精神负担,且目前无强有效的治疗手段,存在病情反复、病情进行性加重等突出问题,因此寻求新的治疗方法成为无法回避的课题。
间充质干细胞形态上呈纺锤形的成纤维细胞样,体外培养时呈成纤维样集落形成单位,并贴壁生长,能够自我更新、分化为3种以上间质细胞系。
间充质干细胞的可获得性、可扩增性及可多向分化性为我们展示了良好的研究和应用前景,它所具有的多分化潜能在细胞替代治疗、基因治疗以及组织器官的再造中具有重要的临床应用价值。
实验已证实脐带造血干细胞比骨髓和外周血来源的造血干细胞更原始、更具有自我更新、增殖分化和体外扩增潜能。
脐带干细胞免疫表型的不成熟且在幼稚细胞中比例高,决定了脐带干细胞免疫细胞抗原性弱及增殖分化能力强的特点。
脐带干细胞的保存及移植等临床应用均取得了显著的进展,这对于临床应用也是极为有利的。间充质干细胞移植的方式可分为清髓性干细胞移植和非清髓性干细胞移植。
传统的清髓性预处理方法可带来严重的治疗相关性并发症,如严重感染,心、肝、肾毒性等,往往是导致患者死亡的直接原因。
近年来,非清髓性预处理方案已开始逐步在临床上应用,特别是在非造血系统疾病方面,已作为首选的预处理方案,其优点是预处理相关并发症明显减少,移植相关的死亡率明显降低。
肾脏干细胞移植相关研究多采用外周静脉注射和经肾动脉直接注射两种途径。外周静脉注射创伤小,患者易于接受。
但有研究显示此种方法细胞定位差,影响治疗效果,经肾动脉直接注射法定位准确,可以使体外培养的细胞准确移植到肾脏,达到最佳治疗效果。
但其缺点同样明显,例如创伤性较大,对技术水平及设备要求高,临床上广泛开展比较困难。
有研究对经外周静脉注射与股动脉介入经肾动脉直接注射法两种移植途径对急性肾小管坏死的治疗效果进行了比较,结果表明两种途径移植后,肾脏组织的荧光强度对比无明显差异。
说明通过外周静脉注射途径移植不影响干细胞在体内定植,修复肾脏组织结构,是一种创伤小、且有效的干细胞移植方法。
干细胞治疗肾脏病的疗效虽然在动物实验上取得一定的成果,但仍远未达到令人满意的程度。
目前已有大量的动物实验对间充质干细胞修复肾单位、减少尿蛋白排出、改善肾脏功能的机制进行研究。
把携带绿色荧光蛋白(GFP)的转基因小鼠的骨髓移植入接受致死剂量照射的同源小鼠,移植后2-24周观察到肾小球内有GFP阳性细胞。
而且分离培养这些肾小球细胞发现60%结合素阳性细胞表达GFP,提示小鼠骨髓细胞有分化为肾小球细胞的潜能。
在实验中将间充质干细胞经小鼠尾静脉注射后发现肾皮质部位的胚胎干细胞/祖先细胞能分化出大量的肾小管。运用Na/K-ATPase和闭合素抗体萤光标记显示:
分化出的肾小管具备上皮细胞典型的基膜管腔膜极性并发育出胞间连丝。观察缺血再灌注模型上MSC修复急性肾小管坏死,发现来源于供体骨髓的细胞主要位于外髓质部的肾小管。
而皮质部这类细胞未见明显增加,提示外源性的MSC可以选择性地修复外髓质部的大部分肾小管坏死。
研究得出肾小球损伤修复是个多因素、多因子共同作用的过程,间充质干细胞在肾小球损伤修复中发挥重要作用;有研究观察到肾乳头的原位干细胞池参与了损伤肾小管的修复;
外源性MSCs分泌的多种细胞因子具有促进增殖、抑制凋亡等作用,这些因子均可由MSCs分泌,并且在缺氧等条件下部分因子分泌增加。
这些结果进一步使人们相信外源性MSCs可能通过内分泌或旁分泌作用激活肾内细胞进行分化、增殖,并参与诱导肾内细胞其向肾上皮细胞分化,从而共同完成肾单位的修复。
还有研究显示人胚胎干细胞移植入肝硬化大鼠肝内后的细胞可以成活,血清ALB含量和肝组织ALB的表达均明显升高和增强,说明干细胞移植可以改善肝细胞合成ALB的功能。
推测其原因可能是新生的肝细胞功能状态良好,其释放的一些因子可改善大鼠肝细胞生存的微环境,进而改善肝功能。
干细胞移植在部分临床疾病实验治疗中已展现出美好的应用前景,但许多重大理论问题尚未完全解决,国内外一系列动物实验都倾向于间充质干细胞具有向肾脏细胞分化的能力。
相信随着干细胞移植的安全性、有效性进一步提高及肾脏病发病原因、机制的深入了解,干细胞移植在肾脏病的应用必将有一个广阔的前景。
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