Umbilical cord blood mesenchymal stem cell transplantation for the treatment of renal anemia: Hot spots and issues

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.32.023

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Umbilical cord blood as a source of hematopoietic stem cells has become a hot topic. Adjuvant therapy of umbilical cord blood transfusion has been used in China to correct renal anemia of uremia patients.
OBJECTIVE: To evaluate the efficacy and safety of umbilical cord blood mesenchymal stem cells in the treatment of renal anemia, and to compare with the effects of different sources of mesenchymal stem cells with different transplantation methods on the treatment of kidney diseases.
METHODS: A retrospective analysis was conducted on six renal anemia patients in the Department of Outpatient, Henan Red Cross Blood Center between January 2010 and December 2012. The experiment was approved by Medical Ethics Committee, six patients were informed consent for treatment programs, and parturients and their families have signed the informed consent. The newborns umbilical cord blood of 80-140 mL were collected with closed sterile plastic blood bags, and then the separated umbilical cord blood mesenchymal stem cells were transfused into the renal anemia patients through the superficial vein in the back of the hand with the number of ≥1×10⁸/copy, two copies per time, and re-transfused after 4 days, a total of three times. The blood hematocrit, hemoglobin, red blood cells in urine, renal blood flow changes were observed before and after treatment.
RESULTS AND CONCLUSION: The hemoglobin, blood hematocrit, red blood cells in urine and renal blood flow were significantly increased before and after treatment (P < 0.05). Transfusion of multiple copies of umbilical cord blood mesenchymal stem cells through the superficial vein in the back of the hand is convenient and safe, which is considered as a new method for the treatment of renal anemia. But there are certain limitation in the data and the conclusion as the clinical research was designed as self-control, so further confirm is needed.

Key words: stem cells, stem cell academic discussion, renal anemia, renal failure, umbilical cord blood, mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, transplantation method, homing, erythropoietin, cytokines

CLC Number:

R318

Wang Kai, Jiao Hong-liang, Li Jian-bin, Wu Xian-ming. Umbilical cord blood mesenchymal stem cell transplantation for the treatment of renal anemia: Hot spots and issues[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(32): 5895-5900.

Figures/Tables 1

2.1 相关研究资料的获取检索CNKI数据库和SCI数据库的方法获取相关研究文献[12-13]。检索时间范围1990至2012年，检索词为“肾脏病（kidney disease）；肾性贫血（renal anemia）；肾功能衰竭(renal failure；动物模型(animal models)；脐血(umbilical cord blood)；间充质干细胞(mesenchymal stem cells)；胚胎干细胞(embryonic stem cells)；骨髓干细胞(bone marrow stem cells)；造血干细胞(hematopoietic stem cells)；移植途径(migration path)；红细胞生成素(erythropoietin)”，检索出相关研究文献36篇，其中CNKI数据库文献20篇，学术期刊15篇，学位论文3篇，会议论文2篇。SCI数据库文献16篇。按设定的主题要求，纳入研究的文献共14篇[14-27]。 2.2 入选标准 ①研究的主题包括治疗肾性贫血间充质干细胞的生物学特性、间充质干细胞种类及不同移植途径的特点进行比较等，排除与研究主题无关的文献。②研究所撰写的文章类型包括原著、实验分析及病例分析等，排除综述类文献。③文献内容筛选如下，检索的文献中对间充质干细胞的生物学特性进行研究的文献共3篇，3篇文献为同一实验项目，且为同一组实验人员进行的研究，定为重复研究文献，选取其中1篇进行深入分析。同样对常见的间充质干细胞在肾性贫血中应用研究的3篇文献也为重复文献，选取其中1篇进行深入分析。在间充质干细胞不同移植途径的特点比较中，同样检索出重复的2篇研究文献，选取其中1篇进行深入分析。 2.3 质量评估符合纳入标准的14篇研究中，分析治疗肾性贫血患者间充质干细胞的生物学特性[14]；不同来源的间充质干细胞对肾性贫血的治疗作用[15-20]；间充质干细胞不同移植途径对肾性贫血的治疗作用[21-27]。 2.4 不同来源的间充质干细胞对肾性贫血的治疗作用间充质干细胞是造血微环境的重要组成部分，关于肾性贫血患者的间充质干细胞的生物学特性的研究目前尚不多见。间充质干细胞来源于发育早期的中胚层和外胚层，最初在骨髓中发现，因其具有多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入、免疫调控和自我复制等特点而日益受到人们的关注[14]。因此，间充质干细胞生物学特性稳定，具有多向分化潜能，在改善肾性贫血方面显示了更大的应用前景。自体骨髓间充质干细胞：Fouillard等[15]学者对1例68岁的贫血患者给予自体骨髓间充质干细胞贫血输注治疗。结果第1次输注后3周未发现造血功能改善，第2次输注后34 d，仍未发现造血功能恢复且患者死于之前的真菌感染，但患者的骨髓活检显示部分骨髓基质有所改善，造血基质祖细胞较之前也明显增加。此次实验虽未能使患者的造血功能改善，但提示自体骨髓间充质干细胞成功植入并在患者体内发挥支持造血的作用。脐血间充质干细胞：脐血干细胞作为间充质干细胞的一种，具有间充质干细胞的多向分化潜能、免疫调控及自我复制等特点。Lee等[16]用含质量分数20%胎牛血清，L-谷氨酰胺的IMDM培养基，并加入碱性成纤维生长因子，也培养出生长良好的干细胞。2011年，Xu等[17]研究了半相合异基因骨髓或外周血造血干细胞移植结合脐血间充质干细胞输注治疗贫血的效果，结果显示，5例实现造血重建，白细胞计数> 2×109 L-1的平均时间为13.8 d，而血小板水平>20×109 L-1的平均时间为17.8 d。总之，结合脐血间充质干细胞输注的半相合异基因造血干细胞移植是一种治疗贫血的有效方法，但还有待进一步大样本研究。人脐带间充质干细胞：脐带血来源的脐血间充质干细胞优势在于脐血还有丰富的间质干细胞，不仅可用于造血系统疾病，也可用于非造血系统疾病的治疗。胡凯猛等[18]以人脐带间充质干细胞为诱导前体细胞，采用贴壁法和酶消化法获得原代细胞，纯化后再分选出较为均一的有多系分化潜能的多能干细胞群，经过化学诱导的方法，改变其表观遗传学表达，对诱导后细胞进行形态、免疫学和造血功能等方面的检测，探讨其向造血细胞方向分化的可行性。进一步研究细胞分化过程中微小RNA的表达变化，分析诱导后细胞内表观遗传学变化的方式和方法。与成体来源，如骨髓间充质干细胞相比，人脐带间充质干细胞的幼稚程度更低，白细胞抗原表达更弱，其扩增和多向分化能力也较强；与造血干细胞相比，两者都属于来源于胚外中胚层的间充质组织，所以从理论上具有转化的可能。2011年，Chao等[19]应用脐带间充质干细胞移植治疗贫血，取得了较好的效果，验证了这一理论。以往在造血干细胞中间充质干细胞一直作为辅助使用细胞，但是如果能够稳定的将间充质干细胞诱导形成造血干细胞，将解决造血干细胞中存在的来源不稳定和异体移植的问题，在临床上发挥不可估量的作用。胚胎干细胞:胚胎干细胞中的胚胎造血干细胞进入人体后，能够按机体的需求恢复和增加机体的造血干细胞的数量和质量，恢复人体血细胞的数量和质量，恢复造血功能，从根本上补充和修复因肾脏病而造成的血细胞的死亡和流失[20]。胚胎干细胞能够在整体上对贫血的患者进行细胞水平上的治疗，使患者的造血功能有所改善，甚至痊愈。但其是否可能对肾性贫血的治疗及所引起的各种并发症也有很好的疗效值得研究。 2.5 间充质干细胞不同移植途径对肾性贫血的治疗作用如何将间充质干细胞安全、准确、有效的移植入宿主体内的目标区域，是间充质干细胞对肾性贫血发挥治疗作用的重要环节。目前间充质干细胞治疗肾性贫血方面的研究很多，而实验所用的移植途径也不尽相同，国内外尚未有统一的标准。动脉移植：Tögel等[21]在动物模型中，通过左侧颈动脉单次移植1.5×106个间充质干细胞，发现肌酐清除率明显增加，并且随后的肾脏纤维化也有减轻，总之肾功能有了明显的提高。这与Lange等[22]在同样的动物模型中的实验结果相似。Kunter等[23]在大鼠模型中，通过左肾动脉单次注射2×106个大鼠骨髓间充质干细胞，实验显示动脉移植比静脉移植更能促进肾功能的恢复。Behr等[24]以同样的方式在绵羊的动物模型中发现，虽然经肾动脉移植的5×107个自体骨髓间充质干细胞可以在归巢至肾脏，但是对此类大型动物模型肾功能的恢复没有表现出促进作用，而且组织学检查也没有改善的现象，这项研究提示干细胞的生物学行为和再生功能在啮齿类动物和大型动物中不同，可能是由于物种的差异导致的。由此可见，经动脉移植注射法定位准确，可以使体外培养的细胞准确移植到目标区域，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，在临床上广泛开展比较困难。静脉移植：经周围静脉移植的途径，虽然具有较低的归巢率，但因其操作简单，并且损伤小，还是受到很多研究者的关注和采用。李芳等[25]对经外周静脉注射与股动脉介入经肾动脉直接注射两种移植途径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显著差异，说明通过外周静脉注射途径移植不影响间充质干细胞在体内定植，修复肾脏组织结果，是一种创伤小，且有效的移植方法。Herrera等[26]将表达绿色荧光蛋白的骨髓基质干细胞通过外周静脉植入动物模型中，结果显示，表达绿色荧光蛋白的骨髓基质干细胞不能在正常肾脏中检测到，但可以归巢至受损肾脏，不仅能刺激肾小管细胞的增殖，而且还促进受损肾脏形态和功能的恢复，同时组织学结果提示一部分表达绿色荧光蛋白的骨髓基质干细胞分化为肾小管上皮细胞。局部移植：尽管局部移植最具有侵害性，但适合一些准备接受外科手术的宿主，因为治疗过程中，整个注射过程可以在直视下进行，允许操作者对病变区域先进行评估，再针对性移植。Cavaglieri等[27]在包膜下注射间充质干细胞进Wistar大鼠动物模型体内。结果显示大量移植的细胞弥散至损伤部位并发挥作用，这些结果表明，局部注射间充质干细胞是一种有效的途径。其它的移植方式包括心脏注射和腹腔注射等，经心脏的移植方式同动脉移植相似，腹腔移植很少应用。"

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