間充質干細胞對足細胞損傷的治療作用機制研究進展

時琛，王家平

昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院放射科，昆明 650000

足細胞是保證腎臟功能實現的重要結構，它是裂隙隔膜濾過屏障的重要組成部分，可阻止蛋白質進入尿液［1］；同時，足細胞可合成腎小球基底膜組分，并分泌血管內皮生長因子以維持腎小球內皮細胞完整性，從而保證濾過功能的實現［2］。多種疾病可造成足細胞損傷，如糖尿病腎病、狼瘡性腎病、藥物或毒物所導致的腎損傷、膿毒癥、腎病綜合征、IgA腎病及腎缺血再灌注損傷等。足細胞損傷的機制包括氧化應激、自噬、炎癥和纖維化等，多種機制相互作用，最終導致足細胞凋亡。間充質干細胞（MSCs）可從多種組織（如骨髓、臍帶和脂肪等）分離獲取，免疫原性低，可通過定植于受損部位、分化為受損細胞、旁分泌等途徑發(fā)揮作用?，F就MSCs對足細胞損傷的治療作用機制相關研究進行綜述，以期為相關臨床研究提供理論依據。

1 促進足細胞分化

MSCs歸巢并分化為足細胞樣細胞是非常經典的觀點。足細胞屬于終末細胞，其損傷后足細胞前體細胞的增殖和遷移效率低下，因此MSCs的分化潛能可為治療足細胞損傷發(fā)揮重要作用。XIA等［3］用綠色熒光蛋白標記骨髓間充質干細胞（BMSCs），采用BMSCs動脈移植治療阿霉素腎病大鼠，于移植后1 d在腎小球和腎小管中觀察到綠色熒光，證實MSCs歸巢。ZHANG等［4］在體外成功誘導脂肪來源間充質干細胞（AD-MSCs）分化為足細胞樣細胞，誘導分化的細胞表達足細胞標志蛋白nephrin和podocin。他們進一步將誘導分化的足細胞移植到阿霉素誘導的腎病小鼠模型中，驗證了該類細胞的腎臟修復作用。

腎小球壁層上皮細胞（PECs）和足細胞來源于同一細胞譜系。隨著年齡增長，小鼠足細胞損失增多，PECs遷移分化為足細胞，表達足細胞標志蛋白nephrin和podocin等［5］。MSCs除可分化為足細胞，對PECs也具有調節(jié)作用，能使促纖維化PECs減少并促進再生PECs轉化為足細胞。PECs轉化為足細胞經歷兩個過程［6］：在損傷早期，PECs聚集于腎小球，其表型為活化的CD44＋細胞，促纖維化PECs表達CD44，MSCs移植能夠降低該類PECs的豐度至正常水平，減輕PECs的促纖維化活性、保留足細胞表型［7］；第二個階段是損傷28 d左右，PECs表達足細胞標志蛋白但不表達CD44，該階段PECs轉化補充足細胞，足細胞數量明顯增加［6］。MSCs可通過抑制Wnt/β-catenin信號通路實現PECs的足細胞轉化。有實驗結果顯示，接受MSCs移植的阿霉素腎病大鼠腎小球足細胞的數量較對照組顯著增加［8］。研究表明，Wnt/β-catenin信號通路與足細胞功能障礙密切相關，并且在β-catenin缺陷小鼠體內觀察到由PECs形成的足細胞［9-10］。

2 抗氧化應激

氧化應激在慢性腎臟病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，其產生的活性氧（ROS）與足細胞損傷密切相關［11］。腎臟ROS的主要來源物質是NADPH氧化酶，如非吞噬細胞氧化酶（NOX）家族，降低其含量將有效保護足細胞。有學者將人臍帶MSCs經腎動脈注入糖尿病腎病大鼠體內，有效降低NOX1和NOX2表達，減輕足細胞損傷，保護殘余腎功能［12］。同時，研究者發(fā)現，NOX4在腎臟中選擇性表達，因此更加關注NOX4在腎臟疾病治療中的作用。NOX4基因缺失使腎超氧化物生成增多，沉默NOX4可明顯抑制ROS生成，發(fā)揮抗氧化應激作用［13］。

足細胞損傷修復與絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路和Wnt/β-catenin通路關系密切。Wnt/β-catenin常由晚期氧化蛋白產物（AOPPs）激活。AOPPs是氧化的血漿蛋白的副產物，在血漿中逐漸積累后誘導腎組織中促氧化酶的活性，損傷足細胞［11］。AOPPs通過與作用于足細胞膜上的糖基化終產物受體結合，使NOX2表達上調，激活Wnt/βcatenin通路從而介導損傷，Wnt阻斷劑和β-catenin基因敲除可阻斷該過程［14］。NI等［15］研究發(fā)現，MSCs對Wnt/β-catenin通路有抑制作用，可延緩糖尿病腎病進展。p38被磷酸化激活時，足細胞凋亡增多，而沉默NOX4時，p38磷酸化受到抑制，因而NOX4通過激活MAPK通路介導足細胞凋亡［13］。MSCs的旁分泌作用可抑制該過程。研究表明，MSCs可將miR-100-5p或miR-181a-2-3p轉移至受損細胞內，直接或間接靶向NOX4，減少ROS生成，發(fā)揮抗氧化應激作用［13，16］。

3 抗足細胞自噬

自噬在維持足細胞穩(wěn)態(tài)中起重要作用，一定程度的自噬活性可以保護足細胞。研究顯示，醛固酮通過鹽皮質激素受體誘導氧化應激，激活足細胞自噬［17］；醛固酮可上調自噬標志物表達，使微管相關蛋白輕鏈（LC）3Ⅰ向LC3Ⅱ轉化，自噬抑制劑可抑制該過程，但可加重足細胞損傷。因此，在醛固酮誘導的足細胞損傷中，自噬發(fā)揮了保護作用。有學者［18］利用脂多糖誘導足細胞損傷模型，發(fā)現足細胞自噬亦發(fā)揮了保護足細胞的作用。還有研究發(fā)現，在狼瘡性腎炎中，自噬激活與足細胞損傷程度呈負相關，自噬標志物LC3BⅡ在T細胞中表達［19］。自噬對足細胞的保護作用可能通過兩種方式實現。一是抑制血管內皮生長因子（VEGF）［20］：足細胞是VEGF的主要產生者，而VEGF高表達可提高濾過屏障對于大分子的通透性，促使蛋白尿形成［21］。二是抑制補體對足細胞的攻擊從而減少凋亡：有學者對MPC5細胞應用自噬增強劑雷帕霉素，發(fā)現可有效減輕補體攻擊引起的足細胞形態(tài)、應力纖維改變及損傷、凋亡［22］，這是膜性腎病足細胞的自噬保護機制。

自噬作為凋亡前的適應性行為，其保護作用和細胞凋亡之間發(fā)生失衡，最終導致足細胞損傷［23］。MSCs被證實可通過多種途徑調節(jié)細胞自噬［24］。AD-MSCs來源外泌體可以抑制高糖誘導的MPC5細胞和糖尿病小鼠的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號激活，并抑制自噬［25］。BMSCs可抑制過氧化氫誘導的足細胞內PI3K/AKT/mTOR信號通路激活，減輕足細胞異常自噬和凋亡，轉染miRNA-124后的BMSCs可以增強上述效應［26］。因此，MSCs很有可能作用于mTOR信號通路，減輕足細胞自噬，發(fā)揮保護足細胞的作用。

4 調節(jié)炎癥反應

炎癥反應是足細胞損傷最常見的機制之一。近年足細胞損傷炎癥機制相關研究中，對炎癥小體的研究越來越深入，如NOD樣受體蛋白3（NLRP3）炎癥小體。NLRP3在糖尿病腎?。?7］、狼瘡性腎炎［28］、IgA腎?。?9］、醛固酮和血管緊張素Ⅱ誘導的足細胞損傷［30-31］等多種足細胞相關疾病中發(fā)揮作用。將MSCs經動脈注射入阿霉素腎病大鼠體內，可有效降低NLRP3及炎癥因子單核細胞趨化蛋白1、腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達。JIANG等［32］提出，NLRP3炎癥小體接受沉默信息調節(jié)因子1（SIRT1）的靶向調控，敲除SIRT1的小鼠蛋白尿明顯增加，并異常激活NLRP3炎癥小體，而用MSCs來源的外泌體干預膿毒癥小鼠后，可激活SIRT1，并延緩腎功能惡化［33］。MSCs通過旁分泌作用靶向Toll樣受體（TLR）信號及轉化巨噬細胞進而調節(jié)炎癥因子表達。WANG等［34］報道，糖尿病高糖環(huán)境可激活TLR信號通路，促進核因子κB（NF-κB）磷酸化，上調各種炎癥因子如白細胞介素1β（IL-1β）、TNF-α等表達；MSCs可通過上調肝細胞生長因子水平，使TLR2、TLR4 mRNA和蛋白表達降低，抑制NF-κB-p65從胞質向胞核轉移，降低炎癥因子水平。MSCs還能通過誘導巨噬細胞轉化為M2型進而減輕足細胞損傷。ZHANG等［35］研究顯示，狼瘡性腎病模型中，巨噬細胞可直接損傷足細胞，而給予臍帶MSCs干預可增加CD206表達，減輕腎巨噬細胞浸潤，巨噬細胞轉化為M2型，降低TNF-α、IL-1β表達，上調抗炎因子IL-10表達，從而減輕狼瘡性腎病的足細胞損傷。

5 抗纖維化

上皮—間充質轉化（EMT）是指分化的上皮細胞發(fā)生表型轉化，轉化成基質成纖維細胞和肌成纖維細胞的過程。當腎小管上皮細胞處于刺激條件下，會產生各種趨化因子和細胞因子，吸引炎癥細胞聚集、浸潤，浸潤的細胞又產生多種可溶性因子，在多種細胞因子構成的微環(huán)境中，足細胞、腎小管上皮細胞等為適應環(huán)境而改變細胞表型，表型改變導致足細胞功能障礙，發(fā)生蛋白尿和腎小球硬化［36］。多種細胞內信號轉導通路如轉化生長因子β（TGF-β）/Smad、Wnt/β-catenin通路在EMT中起著至關重要的作用。TGF-β可誘導足細胞發(fā)生EMT［37］。LV等［38］發(fā)現，MSCs通過分泌骨形態(tài)發(fā)生蛋白7，抑制高糖誘導的TGF-β/Smad3信號轉導，使糖尿病大鼠Ⅰ、Ⅱ型膠原蛋白減少、α-平滑肌肌動蛋白表達減少。同時，MSCs通過抑制陷窩蛋白1磷酸化從而抑制β-catenin活化，使Ⅰ型膠原蛋白和纖維連接蛋白表達降低［39］。除此之外，有學者將MSCs分泌的外泌體與足細胞共培養(yǎng)，發(fā)現外泌體可介導miR-215-5p到足細胞的穿梭，負向調節(jié)E盒結合鋅指蛋白2基因，抑制足細胞EMT［40］。

6 抗足細胞凋亡

足細胞凋亡是多種病因導致足細胞損傷的最終結果。前述各項機制均可與足細胞凋亡相聯系，MSCs則通過對上述機制的調節(jié)，減少足細胞凋亡。此外，MSCs也可直接靶向凋亡機制。許多證據表明，MSCs的抗凋亡作用依賴于外分泌途徑。MSCs可通過分泌細胞因子、介導miRNA的穿梭、影響足細胞標志蛋白表達或靶向足細胞內細胞因子表達，從而保護足細胞。在糖尿病腎病中，AD-MSCs可分泌表皮生長因子，減輕高糖誘導的足細胞損傷和凋亡；進一步研究發(fā)現，AD-MSCs可通過外分泌途徑阻止足細胞骨架蛋白突觸素的下調和重排及下調Caspase-3蛋白表達，從而實現以上功能［41］。人尿源性干細胞中的miR-16-5p可通過外泌體途徑轉移至足細胞，靶向足細胞內的VEGFA，抑制VEGFA表達和足細胞凋亡［42］。有學者發(fā)現，骨髓基質干細胞能通過調節(jié)Caspase-3、LC3Ⅱ/Ⅰ、p62、Bcl-2和Bax從而保護受損的足細胞，使其免于異常凋亡和自噬［26］。Caspase-3是細胞凋亡主要標志物之一。有學者將MSCs作用于高糖誘導損傷的小鼠腎足細胞，發(fā)現Caspase-3表達下調，足細胞凋亡減少，基質細胞衍生因子1轉染的MSCs可增強上述效應［43］。

總之，MSCs可通過多種途徑促進足細胞損傷修復，減輕足細胞凋亡，起到保護足細胞的作用。雖然MSCs在治療足細胞損傷方面有很好的應用前景，但仍存在許多不足：MSCs治療的安全性需要進一步研究，且MSCs的注射途徑及數量尚無統一標準；外泌體提取步驟繁瑣，提取數量微小，因此，MSCs的推廣應用還面臨很多挑戰(zhàn)。隨著對MSCs的研究不斷深入，學者們嘗試對分泌囊泡內容物進行研究，以期從分子層面實現MSCs的治療作用。