張海軍(綜述)，張鐵輝(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院泌尿外科，黑龍江 大慶 163316)

腎臟缺血/再灌注損傷是指腎組織缺血時(shí)和其后恢復(fù)血液灌注時(shí)，器官功能不能恢復(fù)正常，甚至發(fā)生更為嚴(yán)重的組織損傷或器官功能衰竭。由于腎臟組織結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，是對(duì)缺血/再灌注損傷敏感的器官之一，因此腎臟缺血再灌注損傷一直是臨床研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。但目前仍缺乏十分有效的治療手段，干細(xì)胞在缺血/再灌注器官中的作用為治療缺血/再灌注損傷提供一條新的思路。

1 腎臟缺血/再灌注損傷的研究現(xiàn)狀

腎臟缺血/再灌注損傷是自體腎及移植腎發(fā)生急性腎損傷最常見的原因，其對(duì)自體腎和移植腎急性損傷的愈后具有重要影響，尤其常見于腎移植過程[1-2]。腎移植常用于治療終末期腎病，但其目前面臨以下幾個(gè)方面問題：缺少合適的腎源；免疫抑制作用；使用邊緣供腎(擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)供腎和循環(huán)停止后的供腎)及患者長(zhǎng)時(shí)間的等待供體所引發(fā)的不理想的移植效果[3]。這些供腎的使用常加重缺血/再灌注損傷，同時(shí)由于腎臟取下及放置于保存液過程中產(chǎn)生的缺血時(shí)間延長(zhǎng)，也可導(dǎo)致移植腎功能延遲恢復(fù)及無功能腎的產(chǎn)生[4]。腎臟缺血/再灌注損傷是一個(gè)多因素參與的病理生理過程，其病理學(xué)生理學(xué)改變涉及以下方面：近端腎小管上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變[5]；細(xì)胞骨架改變；腺嘌呤核苷酸代謝障礙及細(xì)胞內(nèi)鈣的改變；細(xì)胞與細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)間聯(lián)系的丟失；活性氧自由基的形成，激活的內(nèi)皮細(xì)胞引起的炎性反應(yīng)導(dǎo)致炎性因子的浸潤(rùn)及細(xì)胞凋亡的增加[6]。腎臟隨后可以通過細(xì)胞的去分化及增殖得到恢復(fù)，這些過程是由調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移的整合素及細(xì)胞黏附分子參與的。此外，局部釋放的生長(zhǎng)因子，如肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子、趨化因子及細(xì)胞因子等均參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖過程[7]。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，急性腎損傷占總住院患者人數(shù)的7%～10%，與35%～40%的住院患者死亡相關(guān)。此外，還與75%腎衰竭所導(dǎo)致的膿毒血癥患者有關(guān)系[8]。但是，目前對(duì)于腎臟缺血/再灌注損傷仍然缺乏針對(duì)性和有效性的治療方案，因此迫切需要找到新方法來解決這一問題。

2 干細(xì)胞療法改善腎臟缺血/再灌注損傷的作用機(jī)制

干細(xì)胞是指一類具有能夠自我更新和多向分化潛能的細(xì)胞，根據(jù)其細(xì)胞表面標(biāo)志物、轉(zhuǎn)錄因子和細(xì)胞因子的不同表達(dá)可分為細(xì)胞學(xué)和功能學(xué)干細(xì)胞[9]。若按其分化階段不同，干細(xì)胞大致可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞兩類，胚胎干細(xì)胞是指人或動(dòng)物在胚胎發(fā)育階段的胚胎組織中存在具有高度自我更新和多向分化能力但未分化的干細(xì)胞。此外，各種組織自體干細(xì)胞是指已經(jīng)存在于組織中的細(xì)胞，這種細(xì)胞能夠自我更新并分化形成組織的細(xì)胞。移植干細(xì)胞可以通過抑制多種促炎性因子的釋放,并分泌多種營(yíng)養(yǎng)性生長(zhǎng)因子來促進(jìn)血管生成，促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂和增殖，同時(shí)通過降低細(xì)胞凋亡和減輕炎性反應(yīng)并啟動(dòng)修復(fù)過程來促進(jìn)損傷腎臟的修復(fù)，干細(xì)胞移植療法為再灌注導(dǎo)致的急性腎損傷的治療提供了新思路。干細(xì)胞療法的作用機(jī)制仍處于討論階段，目前研究表明其減輕腎臟缺血/再灌注損傷的機(jī)制如下。

2.1干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化/去分化及歸巢行為 干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細(xì)胞的現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)分化。Brodsky等[10]觀察到腎臟缺血/再灌注后腎小管內(nèi)皮細(xì)胞受損嚴(yán)重，當(dāng)將成人腎小管內(nèi)皮細(xì)胞移植到缺血/再灌注損傷后的裸鼠身上后，發(fā)現(xiàn)其對(duì)腎缺血所導(dǎo)致的腎損傷和功能障礙具有較強(qiáng)的保護(hù)作用。該研究小組于2004證實(shí)骨骼肌提供豐富肌源性干細(xì)胞，它們?cè)诖笫笕毖Ｐ湍I臟中沿著內(nèi)皮細(xì)胞系擴(kuò)增和分化，從而表明移植干細(xì)胞植入到腎微脈管系統(tǒng)。Lin等[11]在ROSA位點(diǎn)轉(zhuǎn)基因(ROSA26)小鼠模型實(shí)驗(yàn)中證明腎臟缺血/再灌注損傷后移植造血干細(xì)胞能夠分化為腎小管上皮細(xì)胞和改善腎功能。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)通過聚合酶鏈反應(yīng)分析表明：雌性受者腎臟中存在帶有雄性特有的性別決定基因和Y染色體熒光原位雜交證實(shí)的雄性來源細(xì)胞，從而證實(shí)了干細(xì)胞歸巢/去分化假說。與之相似的是，Jiang等[12]研究表明，在小鼠腎臟缺血損傷后給予骨髓源性的干細(xì)胞可以改善腎功能，其機(jī)制是骨髓源性干細(xì)胞可以去分化成受損組織細(xì)胞類型，并證實(shí)骨髓源性干細(xì)胞歸巢率高達(dá)20%。

2.2移植干細(xì)胞的旁分泌/自分泌作用 T?gel等[13]研究則證實(shí)，給予缺血損傷小鼠移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞后，其腎臟缺血/再灌注損傷顯著地減輕，盡管并未發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)細(xì)胞分化成腎小管上皮細(xì)胞或者血管內(nèi)皮細(xì)胞，但他們通過研究發(fā)現(xiàn)移植后的骨髓間充質(zhì)細(xì)胞的保護(hù)作用來源于其對(duì)旁分泌的復(fù)雜調(diào)節(jié)作用，從而改善缺血損傷模型大鼠在炎癥、血管以及壞死等腎臟組織形態(tài)變化。骨髓間充質(zhì)細(xì)胞可顯著地減少促炎性細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素1β、腫瘤壞死因子α、干擾素γ和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的合成，同時(shí)通過增加抗炎因子(如白細(xì)胞介素10、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子α)上調(diào)Bcl-2基因的表達(dá)等途徑促進(jìn)損傷后腎臟恢復(fù)。Patel等[14]研究則證實(shí)了肉芽組織干細(xì)胞通過旁分泌作用在減輕腎臟再灌注損傷方面發(fā)揮作用，他們證實(shí)使用肉芽組織干細(xì)胞治療可引起多種生長(zhǎng)因子，如成纖維生長(zhǎng)因子2、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子1和胰島素樣生長(zhǎng)因子1等2～8倍的增加。同時(shí)還通過增加抗炎因子白細(xì)胞介素4和白細(xì)胞介素10的表達(dá)發(fā)揮作用。

腎臟缺血/再灌注所導(dǎo)致的組織損傷常和輔助性T1細(xì)胞引起的免疫反應(yīng)有關(guān)。而研究證實(shí)，骨髓源性干細(xì)胞能夠抑制缺血/再灌注損傷后輔助性T1/T2細(xì)胞免疫反應(yīng)，同時(shí)能夠促進(jìn)干細(xì)胞的旁分泌作用[15]。Semedo等[15]證實(shí)，骨髓干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用發(fā)生于缺血早期階段，并通過抑制T2細(xì)胞輔助性免疫反應(yīng)減輕炎性反應(yīng)。同時(shí)他們還證實(shí)移植骨髓源性干細(xì)胞可通過減少白細(xì)胞介素6、白細(xì)胞介素β、腫瘤壞死因子α的表達(dá)，并增加抗炎因子白細(xì)胞介素4、白細(xì)胞介素10的水平來減輕腎臟再灌注損傷。急性腎損傷所導(dǎo)致的腎小管上皮的壞死是由Bcl-2家族的成員調(diào)節(jié)的，Bcl-2/Bad的降低可促進(jìn)細(xì)胞死亡，Bcl/Bcl-2相關(guān)死亡啟動(dòng)子(Bcl-2/Bad)比率在缺血/再灌注24 h后顯著地升高。Hara等[16]證實(shí)，移植骨髓干細(xì)胞在減輕炎癥因子(腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素1β、干擾素γ)方面具有一定劑量依賴性，并在一定程度上抑制細(xì)胞間黏附分子1的表達(dá)，而黏附分子的抑制可減少巨噬細(xì)胞(CD68+、CD3+)的浸潤(rùn)，激活CD25+，并通過減少樹突狀細(xì)胞趨化因子(淋巴趨化因子、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白3β、大鼠二級(jí)淋巴組織趨化因子)減少樹突狀細(xì)胞浸潤(rùn)。以上研究證實(shí)，干細(xì)胞通過一定的自分泌及旁分泌途徑來減輕腎臟缺血/再灌注損傷。

2.3組織自體干細(xì)胞/祖細(xì)胞的擴(kuò)散和增殖 腎祖細(xì)胞是一種類似干細(xì)胞樣的具有無限增殖和多向分化潛能的干細(xì)胞，可在腎臟缺血/再灌注損傷的修復(fù)中發(fā)揮重要作用。無論是缺血性損傷還是腎毒性損傷，腎臟均具有快速恢復(fù)的能力，Kim等[17]研究表明，這種修復(fù)能力與幸存的組織自體干細(xì)胞/祖細(xì)胞能夠進(jìn)行擴(kuò)散、去分化和增殖以覆蓋受損傷部位有關(guān)。他們以溴脫氧核苷為標(biāo)記進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，腎臟組織的皮髓質(zhì)交界處可見的標(biāo)記滯留細(xì)胞大量表達(dá)，認(rèn)為標(biāo)記滯留細(xì)胞起源于腎臟本身的皮髓質(zhì)交界處，當(dāng)腎損傷發(fā)生時(shí)該處的細(xì)胞大量增殖、分化，進(jìn)行腎小管的結(jié)構(gòu)和功能重建。Ye等[18]采用免疫組織化學(xué)技術(shù)在人類腎小體鮑曼囊壁層、近端腎小管、遠(yuǎn)端腎小管、腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的間質(zhì)均發(fā)現(xiàn)了標(biāo)記滯留細(xì)胞，并證實(shí)它在急性腎損傷修復(fù)中具有自我更新和再生潛能。

Angelotti等[19]證實(shí)，CD133+CD24+腎祖細(xì)胞可分化成足細(xì)胞和小管細(xì)胞，這些分化后的小管細(xì)胞具有較強(qiáng)的抗凋亡特征，與其他移植干細(xì)胞分化形成的細(xì)胞相比具有更強(qiáng)的增殖潛力和再生成小管細(xì)胞的能力。他們認(rèn)為該研究為治療急性腎損傷提供了一種新方法，即通過促進(jìn)腎祖細(xì)胞的再生能力來預(yù)防和治療急性腎損傷。為了進(jìn)一步證實(shí)該研究，Nafar等[20]通過分別給予缺血/再灌注損傷大鼠去除粒細(xì)胞集落刺激因子的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和粒細(xì)胞集落刺激因子，結(jié)果表明它們都能夠加速腎功能的恢復(fù)并減少小管細(xì)胞的壞死。由此證明，粒細(xì)胞集落刺激因子像骨髓干細(xì)胞一樣通過動(dòng)員細(xì)胞因子來促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞的再生。此外,他們還通過流式細(xì)胞儀檢測(cè)外周血中CD34+細(xì)胞含量來評(píng)估移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞作用，結(jié)果表明外周血中CD34+細(xì)胞含量明顯增加，由此得出內(nèi)源性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的動(dòng)員功能是對(duì)其旁分泌作用的重要補(bǔ)充。

Kwon等[21]證實(shí)，接收到的骨髓源性CD146+內(nèi)皮細(xì)胞在缺血/再灌注損傷后很快降低。此種細(xì)胞僅在受損缺血腎臟毛細(xì)血管內(nèi)皮基底被觀察到，并未在非缺血區(qū)域發(fā)現(xiàn)。由此認(rèn)為，組織的再生是由于缺血后幸存的腎自體干細(xì)胞增殖所引起的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)同樣被其他研究證實(shí)。Kim等[22]證實(shí)，嚙齒動(dòng)物腎臟內(nèi)存在一類像干細(xì)胞或祖細(xì)胞的細(xì)胞，它們有助于恢復(fù)受損的腎小管上皮細(xì)胞，運(yùn)用溴脫氧鳥苷酸標(biāo)記的慢周期細(xì)胞觀察到標(biāo)記后的細(xì)胞主要集中于皮質(zhì)和外髓的交界處或內(nèi)髓質(zhì)。這些標(biāo)記的慢周期細(xì)胞不僅能夠在缺血損傷后存活，而且隨后其增殖并表達(dá)于成熟腎小管表面分子，如Na+/K+-ATP酶、Na+-K+-Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體家族2以及1型和2型水通道蛋白。該研究表明，組織自體干細(xì)胞和祖細(xì)胞可以通過擴(kuò)散和增殖來減輕缺血損傷。

3 目前干細(xì)胞的臨床應(yīng)用

Westenfelder等[23]采用一種雙盲、對(duì)照、多中心Ⅱ期療效研究，并詳細(xì)記錄了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果證實(shí)移植同種異體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可以預(yù)防和治療體外循環(huán)下冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)和心臟瓣膜置換術(shù)所導(dǎo)致的急性腎損傷，并且該方法是安全可行的，與對(duì)照組相比，骨髓間充質(zhì)細(xì)胞移植可減少20%術(shù)后腎功能惡化，減少40%的患者住院時(shí)間和40%再手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并且總結(jié)認(rèn)為由于骨髓間充質(zhì)細(xì)胞不表達(dá)第二型人類白細(xì)胞抗原基因并且不含血清抗原，使用外源性骨髓間充質(zhì)細(xì)胞是安全可靠的[24]。其他臨床試驗(yàn)，如給予活體非親屬移植腎臟患者注射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來治療急性腎損傷，我國(guó)福州醫(yī)院進(jìn)行骨髓間充質(zhì)細(xì)胞治療慢性腎移植腎病和狼瘡性腎炎并取得了明顯的效果[25]。Tan等[26]進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)證實(shí)，非親屬移植腎臟患者中，給予自體骨髓間充質(zhì)細(xì)胞與給予抗白細(xì)胞介素2受體抗體相比，移植骨髓間充質(zhì)細(xì)胞能夠更好地減輕急性排斥反應(yīng)并降低機(jī)會(huì)性感染風(fēng)險(xiǎn)，并且在術(shù)后一年獲得更好的腎臟功能指標(biāo)。由于腎臟缺血/再灌注損傷具有高發(fā)病率，目前臨床上仍缺乏有效的預(yù)防及治療手段，因此干細(xì)胞移植為治療腎臟缺血/再灌注損傷提供了一種新思路。

4 展 望

腎臟缺血/再灌注損傷和急性腎損傷在臨床上具有較高的發(fā)病率和致死率，并且現(xiàn)有的治療手段未產(chǎn)生令人滿意的治療效果。目前的研究證實(shí)，干細(xì)胞具有幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)并在部分臨床試驗(yàn)中被證實(shí)確實(shí)具有減輕缺血損傷等作用。盡管干細(xì)胞的確切作用仍需要大量的臨床試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，但它為治療缺血/再灌注損傷提供了一種新方法。

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