Stem cell therapy for obstructive nephropathy: current situation and problems

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.50.026

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Thought of treatment of obstructive renal fibrosis is mainly concentrated at relieving the kidney stone, renal pelvis and ureter stenosis as well as at epithelial mesenchymal transition, renal fibrosis related factors and improving the renal interstitial microcirculation. At present, the therapeutic effect is not ideal. However, regenerative medicine based on stem cells may bring a new hope for the treatment of obstructive renal fibrosis.
OBJECTIVE: To summarize the mechanism and progress in different sources of stem cells in the treatment of obstructive renal fibrosis.
METHODS: The database of PubMed, Ovid MEDLINE, CNKI full text database, VIP database, Wanfang database were retrieved to collect articles about stem cell therapy for obstructive renal fibrosis. The key words were “stem cells, obstructive nephropathy, renal fibrosis” in Chinese and English. Finally, there were 51 articles included in result analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: Stem cell therapy for obstructive nephropathy is still in the experimental stage. A large number of studies have shown that stem cell transplantation has positive effects on the treatment of obstructive renal interstitial fibrosis. Stem cells can be located in the renal interstitium after transplantation to differentiate into renal tubular epithelial cells, thereby promoting the recovery of renal fibrosis. Stem cells are able to secrete, up- or down-regulate some cytokines to treat fibrosis. If the obstruction is relieved timely and early, stem cell transplantation may become a novel treatment for obstructive renal fibrosis.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

全文链接：

Key words: tem cells, urethral obstruction, ureteral obstruction, fibrosis

CLC Number:

R318

Lv Chun-yan, Li Juan. Stem cell therapy for obstructive nephropathy: current situation and problems[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(50): 8184-8188.

Figures/Tables 1

2.1 梗阻性肾病的动物模型研究尿路梗阻性疾病是指尿路任何部位由于结构、功能等改变而导致尿流排出不畅的一组疾病。如果这种梗阻性疾病影响肾实质，导致肾脏结构(和)或功能的改变，就发展为梗阻性肾病[8]，梗阻性肾病又分为完全性梗阻和部分性梗阻。在临床工作中，一些梗阻性肾病通过碎石、解除狭窄等方法得到治疗，但肾脏的损害并不能立即完全恢复，因此梗阻性肾损伤仍然存在。人们为了便于研究梗阻性肾病的病因、病机以及治疗等，结合临床情况，设计了以下3种动物模型：①单侧输尿管结扎造成完全梗阻性肾病的动物模型(complete unilateral ureteral occlusion，CUUO)，简称单侧输尿管闭塞动物模型。该模型手术操作简单，在游离单侧输尿管后将其结扎便可，其结果稳定，是目前国际公认的动物模型[9-10]，因此也被越来越多的研究者使用。②输尿管部分梗阻动物模型(partial unilateral ureteral obstruction，PUUO) [11]。该模型采用腰大肌掩埋法[12]、输尿管套管法、输尿管不全结扎法、输尿管内支架置入法等方法，使输尿管部分梗阻，该类方法较符合临床实际，但所选动物物种品系及模型建立的方法将对实验结果产生决定性影响，因此，目前尚缺乏国际公认的动物模型。③单侧输尿管梗阻再通模型(reversible unilateral ureteral obstruction ，RUUO)[13]。该模型在制作过程中，不离断输尿管，仅将输尿管夹闭。术后5-10 d再次手术，松解夹闭处，使输尿管再通。该模型更符合外科治疗实际，可更准确反映梗阻解除后的病理生理，为相应治疗方案的完善提供依据。但模型动物需经历二次手术，对动物影响更大。 2.2 干细胞类型干细胞按来源不同可分为3类：胚胎干细胞、成体干细胞和诱导性多能干细胞。各种来源的干细胞各有其优缺点：①研究最早的是胚胎干细胞，但由于胚胎来源困难，体外保持其全能性条件复杂，安全性难以保证等原因，使其应用受限[14]。②成体干细胞是目前研究与应用最多最广的干细胞。成体干细胞是来源于成熟个体组织器官的一大类干细胞，其具有自我更新能力，但分化潜能窄，只能分化为相应或相邻组织器官组成的细胞，如造血干细胞、骨髓间充质干细胞[15]、神经干细胞及肾脏干细胞等[16]。来源于羊水的羊水干细胞也属于成体干细胞的范畴[17]。本文纳入23篇文章采用成体干细胞进行研究，其中对骨髓间充质干细胞的研究最多，其次有羊水干细胞、胚胎后肾间充质干细胞、脐带间充质干细胞及内皮祖细胞等[18-19]。用某种基因修饰干细胞，如携带肝细胞生长因子[20]、尿激酶型纤溶酶原激活基因等可增强干细胞的某种功能，以期更好地修复肾损伤。③诱导性多能干细胞是目前研究的最新方向[21]。诱导性多能干细胞是通过基因转染技术将某些转录因子导入动物或人的体细胞，使体细胞直接重构成为胚胎干细胞样的多潜能细胞。本文纳入4篇文章采用诱导多能干细胞进行研究，其体细胞来源有成纤维细胞[22]、单个核细胞等[23]。 2.3 干细胞移植方式及“归巢”率目前干细胞治疗梗阻性肾病的移植方式主要有经静脉、动脉和局部移植[24]。Huang等[25]经大鼠尾静脉注射脐带间充质干细胞后14，21，28 d，取其心、肝、脾、肺、肾组织进行研究发现，干细胞主要分布于肺、脾、肾，在单侧输尿管闭塞大鼠肾的分布较假手术组肾更多，说明静脉注射干细胞是可行且安全的。干细胞有向创伤部位趋附的趋势，因此，经静脉移植是在大、小鼠等小型动物中最常使用的方式，该方式技术上也易于掌握。但经静脉移植的干细胞需经肺循环才能到达肾脏，在实施时必将损失一部分细胞。经肾动脉移植可减少肺循环损失的细胞量，但动脉穿刺操作难度大，容易造成不易控制的大出血[26]。肾包膜下直接注射可避免上述操作的缺点，但可造成局部炎症，且归巢时间较慢[27]。因此，在移植方式的选择上，可以根据不同的研究或治疗目的进行选择。 2.4 干细胞治疗梗阻性肾病的疗效及可能机制 2.4.1 移植的干细胞可定位于梗阻性肾周盾等[28]将人脐血间充质干细胞静脉注入单侧输尿管闭塞大鼠，通过免疫组化检测肾间质HLA-1表达情况发现，HLA-1高表达于肾小球内、肾间质内微血管及大的血管内皮细胞以及部分损伤的小管部位。Bai等[29]将绿色荧光蛋白标记的间充质干细胞(luciferase reporter gene and green fluorescence protein genes，Luc-GFP-MSC)经左肾动脉注入单侧输尿管闭塞大鼠体内，用活体成像系统(in vivo imaging system，IVIS)进行追踪定位发现间充质干细胞移植3 d后荧光素酶在左肾出现并逐渐增加，7 d开始减弱，14 d消失。但程庆等[27]取肾组织经荧光显微镜观察发现，移植成纤维细胞诱导的多能干细胞8周后，肾小管、肾小球毛细血管及间质小动脉仍有丰富的荧光素蛋白细胞，这可能和检测方法不同有关。Yoo等[30]、李静[31]研究与上述结果一致。静脉注射和包膜下注射时，干细胞在肾间质出现时间延长。有人认为，迁移定位于肾间质的干细胞可以分化为肾脏实质细胞[32]，从而修复改善肾功能[33]。因此，在体外将干细胞定向分化为“肾小管样细胞”，进一步移植到肾组织，以期治疗肾疾病成为目前干细胞治疗的一个研究热点。 2.4.2 干细胞治疗梗阻性肾可改善肾结构和功能 Ruan等[34]将成纤维细胞诱导的多能干细胞经肾动脉注入单侧输尿管闭塞兔子体内，8周后观察，干细胞治疗组动物血肌酐和尿素氮水平明显降低，肾小球滤过率较模型组增高，但仍低于正常组，说明干细胞可使肾功能得到改善，但不能完全恢复肾功能。而干细胞治疗组肾脏体积略增大或与正常肾脏大小相当，肾实质变薄，但质量与正常肾脏相当。马丹[35]也发现兔肾间质纤维化后，移植的自体骨髓间充质干细胞对血肌酐和尿素氮的升高有一定的抑制作用，促进了肾脏功能的恢复。 2.4.3 干细胞可减轻梗阻性肾间质纤维化程度 Sugandhi等[36]用干细胞治疗输尿管部分梗阻大鼠15 d后发现，干细胞治疗组肾皮质厚度明显高于未治疗组。组织学研究发现，干细胞治疗组肾间质纤维化程度、肾盂周纤维化程度、小管凋亡及肾小球硬化程度均较未治疗组轻。王代红等[37]也有类似发现。 2.4.4 干细胞可分泌、上调或下调一些细胞因子，发挥抗纤维化的作用目前较多研究发现，干细胞归巢定位到肾间质后，可通过分泌、上调或下调一些细胞因子发挥抗纤维化的作用[37-46]。目前有研究报道的细胞因子见表1。由于细胞因子的抗纤维化作用，部分研究者将具有治疗肾纤维化的细胞因子基因转入干细胞，再将携带了这些基因的干细胞移植入单侧输尿管闭塞动物，以期增强干细胞抗纤维化的作用[47]。目前报道的有肝细胞生长因子[48]、尿激酶型纤溶酶原激活基因等[49]。"

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