干细胞和细胞外囊泡在原发性和继发性肾小球肾炎中的治疗作用

肾小球肾炎 (GN) 包括一组异质的免疫介导疾病，其特征是肾小球炎症导致基底膜、系膜和毛细血管内皮受损，继发肾小管间质和血管受累。GN可以是原发性肾脏疾病，也可以是自身免疫性疾病或其他全身性疾病（如单克隆丙种球蛋白病或糖尿病）的继发性表现。

虽然糖尿病肾病 (DN) 是美国和其他西方国家最常见的导致终末期肾病 (ESRD) 的肾小球病，但在中国和发展中国家，GN仍占ESRD的50%以上。

原发性形式是许多注册机构中最常见的形式，IgA肾病 (IgAN) 是意大利、英国、日本和中国最常见的原发性形式。在继发性形式中，狼疮性肾炎 (LN) 在不同地理区域最为普遍。

GN是遗传风险因素、环境诱因和免疫失调之间复杂相互作用的结果。

目前引起肾小球肾炎的原因有很多，主要包括以下几点：

1、遗传因素，研究表明，有肾小球肾炎家族史的人群，其后代更容易患上这种疾病。

2、自身免疫功能紊乱，特别是患有系统性红斑狼疮的患者，如果治疗不及时，便会引发肾小球肾炎。

3、代谢性因素，患有高血压、糖尿病等一系列心脑血管疾病的患者，如果不及时治疗，会使肾小球受到严重的损伤，进而引发肾小球肾炎。

4、氧化应激等因素，也会损伤毛细血管，造成肾小球毛细血管滤过屏障损伤。

尽管药物治疗取得了进展，例如生物制剂和新的降糖肾脏保护药物，但肾小球疾病向ESRD的演变仍然发生在相当大比例的患者中。此外，类固醇和其他免疫抑制药物的副作用使老年和体弱患者的GN治疗危险且仅部分成功。

近年来，干细胞 (SCs)尤其是间充质干细胞 (MSCs) 和MSC衍生的细胞外囊泡 (MSC-EVs) 治疗可能代表了对这一未解决挑战的答案肾小球疾病治疗的新前沿。在许多实验模型中，这种疗法通过保护肾细胞、刺激其再生以及发挥抗炎和免疫调节作用，对上述许多发病机制显示出显著的有益效果。

本综述的目的是提供关于不同类型SCs和相关EVs在治疗肾小球疾病中的作用机制。SCs和SC衍生EVs的一般特征将在以下部分中进行探讨，然后分析它们在肾脏疾病中的治疗作用。

在过去的十年中，再生医学在再生受损组织和器官方面取得了长足的进步。SCs是在所有身体组织中发现的未分化细胞。虽然通常保持在静止、不分裂的状态，但SCs可以增殖和分化以替换其组织内自然死亡的细胞并修复伤口以响应损伤。它们包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞 (iPSCs)、MSCs和内皮祖细胞 (EPCs) ：MSCs和内皮祖细胞 (EPCs) 将是本综述的主要焦点。

MSCs是成人SCs，已成为广泛研究的重点。MSCs最初于1970年代初从骨髓 (BM) 的造血成分中分离出来，显示出自我更新和多能分化能力，能够在体内和体外分化成三种中胚层谱系（成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞）。

间充质干细胞来源：MSCs随后也从骨髓的非造血成分 (BM-MSC) 以及各种胎儿和成人组织中获得，包括胚胎组织、胎盘 (pMSC)、脐带 (UC-MSC)、脐带血 (UCB- MSCs）、脂肪组织（AD-MSCs）和牙组织（牙髓和牙周韧带）。

EPC是BM衍生的祖细胞，能够到达血管损伤部位，主要通过释放旁分泌因子来诱导再生程序。EPC共享白细胞用于血管归巢的机制，并基于其表面上 L-选择素的表达。CKD患者的循环EPC显著降低可能是由于尿毒症溶质的直接毒性作用。几项实验研究表明，EPC释放生长因子，如血管内皮生长因子和其他能够加速血管愈合的可溶性介质，包括EV。

许多与SC相关的有益作用是由旁分泌因子的释放介导的，特别是EVs，它们作用于在组织损伤中存活的细胞。

EVs是由脂质双层形成的微粒，含有不同的生物活性分子，由细胞释放到细胞外环境中。根据它们的大小和生物发生，它们分为外泌体、微泡（或脱落的小泡）和凋亡小体。图1）。EV在细胞间通讯中发挥重要作用，将源自亲代细胞的蛋白质、脂质和核酸穿梭到受体细胞，改变它们的表型和功能，特别是通过遗传物质的水平转移。特别是，特定mRNA和miRNA从SCs到靶细胞的水平转移代表了一种新发现的方法来诱导受损组织的表观遗传重编程和加速再生。

图1：不同类型SC衍生EV的生物发生、结构和治疗机制

在几种肾脏疾病的情况下，特别是在AKI中，SCs和相关的EVs具有多种积极特性。这些有益作用可分为三类：细胞保护、再生和免疫调节。

近年来，一些研究已经解决了SCs和SC衍生的旁分泌因子在肾脏疾病中的细胞保护潜力。

MSC保护和修复受损组织的能力归因于分泌具有旁分泌作用的不同生物活性成分，而不是细胞分化和植入。

AKI：急性肾损伤；CKD：慢性肾脏病；DN：糖尿病肾病；HGF：肝细胞生长因子；I/R：缺血/灌注；IGF：胰岛素生长因子；和平号空间站：微小RNA；LPS：脂多糖；PBMC：外周血单个核细胞；PD-L1：程序死亡配体1；TGF：转化生长因子。

这种源自MSC的“分泌瘤”包括细胞因子、生长因子，尤其是MSC-EVs。这些微粒携带范围广泛的miRNA，小的非编码RNA，它们在转录后水平下调参与炎症和免疫反应的多个靶基因。MSC-EVs可以跨越生物屏障并保护miRNAs免受核糖核酸酶介导的降解，使它们能够到达受体细胞。许多miRNA与肾脏病理生理学的特定过程有关，但也与MSC-EV介导的肾脏细胞保护再生的有益作用有关。

这些方面在复制不同肾脏疾病（从缺血再灌注（I/R）引起的急性肾损伤（AKI）到单侧输尿管梗阻和DN。虽然很少在GN中进行测试，但MSC-EV代表了一种有前途的治疗方法，因为它们在所有这些环境中都具有抗凋亡、抗氧化和抗纤维化作用。

除了细胞保护之外，对EV多方面再生特性的新见解已经出现：最近的一项研究表明，从正常尿液 (uEV) 中分离出的肾源性EV，注射到AKI小鼠模型中，可以改善肾功能的恢复通过将肾脏保护性 Klotho分子转移到受伤的肾小管细胞。

虽然大多数可用数据涉及急性肾小管损伤，但SCs也可以有效修复GN病变是合理的。例如，EPC是源自BMCD34+造血细胞的SC，可以通过促进新血管生成来动员和修复肾小球毛细血管。

AKI：急性肾损伤；CKD：慢性肾脏病；DN：糖尿病肾病；HGF：肝细胞生长因子；I/R：缺血/灌注；IGF：胰岛素生长因子；和平号空间站：微小RNA；LPS：脂多糖；PBMC：外周血单个核细胞；PD-L1：程序死亡配体 1；TGF：转化生长因子。

EPC可以在移植后整合到新形成的血管中，并参与动物模型中实验性GN中受损肾小球毛细血管的再生。

经证明，EPC衍生EV对Thy1.1 GN和DN有效，并将在特定段落中更详细地讨论。

SCs还可以分化为系膜细胞和足细胞，从而保护和修复肾小球滤过屏障。

SCs可以发挥显著的免疫调节作用，尤其是在系统性红斑狼疮 (SLE) 中。间充质干细胞可以抑制免疫反应，与先天和适应性免疫的所有关键参与者相互作用：它们抑制树突状细胞 (DC) 和巨噬细胞的成熟、T细胞 (Th1、Th17) 和B细胞的增殖以及细胞毒性T淋巴细胞和自然杀伤细胞的活性细胞; 另一方面，它们诱导Treg细胞和Th2的扩增，增加调节因子（TGFβ和IL10）并减少促炎细胞因子（包括INFγ、TNFα、IL17和IL22）。

AKI：急性肾损伤；CKD：慢性肾脏病；DN：糖尿病肾病；HGF：肝细胞生长因子；I/R：缺血/灌注；IGF：胰岛素生长因子；和平号空间站：微小RNA；LPS：脂多糖；PBMC：外周血单个核细胞；PD-L1：程序死亡配体 1；TGF：转化生长因子。

这些作用是由接触依赖和非依赖机制介导的，包括MSC分泌组和MSC-EV。后者似乎模仿了MSCs的所有免疫调节特性，强度相当。

例如，体外MSC-EVs增加了CD4+CD25+FoxP3+Treg群体，下调Th1反应并减少Th17和自然杀伤细胞的数量。与MSCs-EV共培养单核细胞可增加IL10的水平并减少其促炎白细胞介素的分泌，从而诱导巨噬细胞从M1表型转变为M2表型。

在免疫介导疾病的体内模型中观察到类似的抗炎作用，其中MSC-EV上调了TGFβ1和IL10的表达。MSC-EV在免疫介导疾病的不同小鼠模型中启动Treg介导的抗炎细胞因子释放，范围从自身免疫性脑脊髓炎到同种异体皮肤移植排斥。

源自BM-MSC的EV治疗甚至是侵袭性免疫反应的能力在其他疗法难以治愈的移植物抗宿主病中得到广泛证明。在这种疾病中，沃顿商学院的果冻来源的MSC通过分泌富含免疫检查点程序性死亡配体1的EV，可有效抑制T细胞受体激活。

其他免疫抑制作用已在GN中得到证实，主要在LN中，其中MSC上调补体抑制剂H因子，减弱补体C5的激活 并促进致耐受性DCs的扩张。LN的SC治疗将在特定段落中进行深入分析。

总体现有证据表明，MSCs和MSC-EVs都具有重要的免疫调节特性，可用于治疗不同的炎症性疾病，包括GN。

讨论：干细胞自我更新和多向分化能力解释了它们保护和再生受损细胞的潜力，包括肾小管细胞、足细胞和内皮细胞。此外，广谱的抗炎和免疫调节作用似乎会干扰肾小球肾炎的致病机制。

值得注意的是，间充质干细胞已被特别研究作为狼疮肾炎和糖尿病肾病的治疗方法，而初步证据表明它们对IgA肾炎等原发性肾小球病有益。干细胞衍生的细胞外囊泡概括了亲代细胞的有益细胞保护、修复和免疫调节特性，并且越来越多地被认为是间充质干细胞疗法的不同疾病（包括肾小球肾炎）的无细胞替代品。

本期内容主要阐述干细胞及细胞外囊泡在治疗原发性和继发性肾小球肾炎的作用机制。

下期我们将阐述干细胞及细胞外囊泡在治疗原发性和继发性肾小球肾炎的临床研究进展。

参考资料：Quaglia M, Merlotti G, Fornara L, Colombatto A, Cantaluppi V. Extracellular Vesicles Released from Stem Cells as a New Therapeutic Strategy for Primary and Secondary Glomerulonephritis. Int J Mol Sci. 2022 May 20;23(10):5760. doi: 10.3390/ijms23105760. PMID: 35628570; PMCID: PMC9142886.

说明：本文来源于国际分子科学杂志，推文仅用于传播知识，分享行业观点，不构成任何临床建议，如有等疑问，请随时联系我。