間充質干細胞在急性腎損傷中免疫調節作用的研究進展

鄭志民，楊紅霞，申眾輝，陳健文

1 永州職業技術學院醫學院 藥理學教研室，湖南永州 425000；2 解放軍總醫院第一醫學中心 腎臟病科，解放軍腎臟病研究所，腎臟疾病國家重點實驗室，國家慢性腎病臨床醫學研究中心，腎臟疾病研究北京市重點實驗室，北京 100853

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是由缺血、藥物等因素導致的以短時間內腎小管上皮細胞壞死和腎功能減退為主的臨床綜合征。AKI 發病率高、病死率高，治療措施有限[1]。間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs) 為干細胞家族重要成員之一，具有強大的自我更新、再生及向其他細胞譜系分化的能力，還具有能夠逃避宿主免疫監視、易于獲取及體外擴增的特點[2]。近年來，MSCs 的研究日趨增多，其在AKI 治療中的應用也成為熱點。目前研究表明，MSCs 減輕腎組織損傷及促進損傷修復作用的主要機制有增強免疫調節、促進腎小管上皮細胞增殖修復、促進血管再生、改善線粒體功能障礙、抑制氧化應激及抑制細胞凋亡等[3-6]，其中MSCs 強大的免疫調節作用在減輕組織損傷中發揮了重要的作用[7]。免疫系統和腎損傷之間有著非常緊密的聯系，在AKI 早期，循環中的中性粒細胞和單核細胞迅速浸潤損傷腎并釋放溶酶體酶，導致小管上皮細胞損傷[8]。隨后，損傷的腎小管上皮細胞、激活的內皮細胞、組織巨噬細胞及自然殺傷(natural killer，NK)細胞之間的對話誘導氧化應激和補體激活，導致線粒體功能障礙和脂質過氧化，加重細胞損傷過程[9]。這些免疫反應形成了一個持續的惡性循環，而MSCs 可在上述各個過程中發揮免疫調節作用。因此，本文就MSCs 在治療AKI 中發揮的免疫調節作用機制作一綜述。

1 MSCs 可抑制AKI 后中性粒細胞浸潤

多項研究表明，住院患者發生AKI 的風險與循環中性粒細胞的百分比呈正相關，提示中性粒細胞參與了AKI 的發病[10]。中性粒細胞最早在急性損傷后1 h 即可檢測到，并在24 h 時達到高峰[11]。中性粒細胞通過與內皮趨化因子和黏附分子(整合素等)相互作用而被募集到損傷的腎，產生并分泌細胞毒性化合物(如活性氧)，同時黏附在內皮上并滲透到炎癥組織中，加劇組織損傷。在缺血再灌注期間，中性粒細胞可聚集到腎髓質血管內皮，造成血管充血，阻礙腎髓質血流，腎微循環的損害也增加了活化中性粒細胞的腎轉運時間，增加其在腎小管周圍毛細血管中釋放的炎癥介質濃度，進一步加重腎損傷[12]。Simovic Markovic 等[13]報道，腹腔內給予MSCs 可顯著減輕順鉑誘導的腎損傷，顯著抑制受損腎中性粒細胞的浸潤，降低炎癥因子腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白細胞介素(interleukin，IL)-17 水平，提高血清IL-10、一氧化氮(nitric oxide，NO)等抗炎細胞因子的水平。Luo 等[14]研究也發現MSCs治療可減少腎中性粒細胞浸潤，降低血清和腎組織中IL-17 等相關炎性因子的表達，降低膿毒癥AKI 的血液細菌負荷，促進腎小管功能恢復。Burgos-Silva 等[15]通過應用脂肪組織來源MSCs治療葉酸誘導腎損傷小鼠，治療24 h 后，趨化因子表達減少，中性粒細胞浸潤減少，腎功能改善。

2 MSCs 可促進AKI 后巨噬細胞向M2型轉換

單核-吞噬細胞在正常腎中較少。腎缺血再灌注損傷早期，中性粒細胞與NK 細胞聚集至損傷腎并活化，釋放活性氧(reactive oxygen species，ROS)及干擾素，損傷的小管釋放損傷相關分子、單核細胞趨化蛋白(monocyte chemoattractant protein 1，MCP1)等趨化因子，通過CCR2 等趨化因子受體促進巨噬細胞浸潤并促進M1型巨噬細胞激活[16]。M1型巨噬細胞激活后，表達高水平的炎癥因子(TNF-α、INF-γ、IL-1、IL-6、IL-12 等)和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等，一氧化氮與活性氧相互作用后會產生細胞毒性過氧亞硝酸鹽，誘導小管細胞凋亡。損傷后的修復期，駐留和浸潤的巨噬細胞轉換到M2巨噬細胞調節表型，通過釋放抗炎介質(IL-10、TGF-β1、VEGF、IL-4 等) 限制炎癥反應，通過Wnt 通路，促進腎小管上皮細胞增殖，發揮損傷修復和免疫調節作用[17]。MSCs 分泌的前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2) 和吲哚胺2,3 雙加氧酶(indoleamine 2,3 dioxygenase，IDO) 能促進巨噬細胞分化為抗炎的M2型巨噬細胞，改善MSCs 的抗炎作用，減少順鉑引起的腎損害。Geng 等[18]發現，MSCs 可促進巨噬細胞向M2 表型轉化，保護橫紋肌溶解誘導的AKI 小鼠免受腎功能損傷和嚴重腎小管損傷，且氯磷酸鈉消耗巨噬細胞延遲了AKI 修復。巨噬細胞(M1)與MSCs 在體外共培養時，CD206 水平高，標志著巨噬細胞從促炎的M1型向抗炎的M2型轉化，M2 巨噬細胞表達高水平的IL-10 和低水平的TNF-α，輸注共培養的巨噬細胞后AKI 損傷緩解[18-19]。對MSC 與巨噬細胞共培養的培養基進行細胞因子芯片分析，發現表皮生長因子、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子、CXCL1、CCL5、IL-6、IL-8、MCP1 等因子在共培養上清中表達升高，提示這些因素可能在MSCs介導的巨噬細胞M1 向M2 極化轉變中發揮重要作用[19]。

3 MSCs 可調節樹突狀細胞功能

腎小管上皮和腎小管周毛細血管之間存在大量樹突狀細胞(dendritic cell，DC)，可與腎小管上皮和內皮及循環免疫效應細胞直接相互作用。DC 有兩種類型——促炎表型(成熟DC，mDCs) 和抗炎表型(未成熟DC，iDCs)，分別具有免疫誘導和免疫耐受能力。因此，DC 的調節失衡將導致AKI 的發生和進展[7]。腎駐留的DC 是AKI 過程中TNF-α 分泌的主要來源，其通過分泌TNF-α、細胞膜表面的Toll 樣受體和NOD 樣受體以及作為T 細胞的抗原提呈細胞促進TH1 細胞激活，釋放TH17 細胞誘導因子IL-1 和IL-23，上調黏附分子表達，促進中性粒細胞外滲，介導腎損傷發生[20-22]。在順鉑誘導的AKI 中，IL-4 和TNF-α 在初始階段將iDCs 激活為成熟表型，導致腎損傷[22]。Wang 等[23]研究表明，IL-10 主要來自DC 而非調節性T 細胞，其對順鉑誘導的腎毒性具有顯著的內源性保護作用。Tadagavadi 和Reeves[22]研究表明，IL-10 主要由腎iDCs 分泌，可誘導一氧化氮合酶合成，降低順鉑的腎毒性。MSCs 可通過促進腎iDCs 分泌IL-10，促進一氧化氮合酶的活性，減輕腎損傷[13]。此外，MSCs 可以抑制DC 成熟，并促進其向耐受免疫抑制表型轉變；可以通過分泌PGE2、單核細胞集落刺激因子、IL-10 和TGF-β 等，抑制單核細胞向iDCs 轉化；還可通過分泌TGF-β、PGE2 等抑制iDCs 向mDCs 的成熟；MSCs 還能抑制DC 的抗原提呈作用并減少促炎細胞因子的產生[24]。這些免疫調節作用有助于減少AKI 后的腎損傷。

4 MSCs 可誘導T 細胞向調節性T 細胞分化

調節性T 細胞(regulatory T cell，Treg)是一種免疫抑制性T 細胞，其表型特征是IL-2 受體(CD25)的高表達并通過轉錄因子FOXP3 維持功能，它在AKI 發生和進展中起到重要的作用[25]。AKI 后，CD4+CD25+FOXP3+的Treg 通 過 釋放TGF-β 和IL-10，抑制IL-1β、TNF-α 和IFN-γ 的產生，并減少CD4+T 細胞的增殖等多種途徑抑制炎癥，減輕腎小管損傷[26]。抗CD25 抗體部分敲除Treg，導致AKI 后腎中性粒細胞和巨噬細胞增多，加重腎小管損傷，Treg 可能是通過IL-10 介導的先天免疫系統的抑制來調節腎缺血再灌注后的損傷[27]。在順鉑誘導的AKI 中，CD4+CD25+的Treg 在順鉑給藥后不久就可遷移到腎，發揮腎保護作用，Treg 敲除后，順鉑AKI 模型腎損傷加重。將Treg 移植入T 細胞缺陷小鼠中，可減輕腎功能不全，緩解腎巨噬細胞浸潤，降低TNF-α 和IL-1β 等因子水平，發揮腎保護作用[12]。MSCs 可抑制Th 和CD8+T 細胞的產生和活化，也可通過分泌肝細胞生長因子、TGF-β、PGE2 和IDO 等誘導幼稚CD4+T 細胞分化為Treg，進而發揮腎保護作用[24]。MSCs 在體內和體外水平均增加脾細胞中Treg 的百分比，而且MSCs 可抑制脾細胞的增殖，抑制T 細胞產生IFN-γ，減輕缺血再灌注誘導的AKI；脾切除術可降低MSCs 對AKI 的治療作用，Treg 的清除也可減弱MSCs 的治療作用[28]。

5 MSCs 可改善AKI 后補體系統激活

補體系統是一種重要的先天性體液防御屏障，由20 多種血漿蛋白組成，可通過3 種途徑激活——經典途徑、替代途徑或凝集素途徑，導致C5 分裂為C5a 和C5b，形成膜攻擊復合物，最終引起細胞膜穿孔受損[29]。補體系統在AKI 后快速激活[30]，補體因子B 的靶向缺失可加重腎損傷[31]，C3 與C6 敲除小鼠腎損傷減輕，單克隆抗C5 補體因子可改善腎內補體激活，減少局部和全身炎癥，改善腎小球濾過率，表明補體系統在AKI 中發揮重要作用[32-33]。補體激活通過膜攻擊復合物的產生、免疫細胞的募集以及小管細胞和內皮細胞中C3b 和C5b 受體的激活造成腎損傷[34]。MSCs可顯著降低AKI 后小鼠血清中C5a 水平和腎組織中C5aR 的表達，降低NF-κB 易位和炎癥因子的表達，因而MSCs 可通過抑制C5a/C5aR-NF-κB 通路的激活緩解AKI[35]。

6 結語與展望

在AKI 過程中，先天性和適應性免疫系統的免疫細胞，如中性粒細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、T 淋巴細胞、補體系統以及免疫系統分泌的各種細胞因子、趨化因子和活性氧參與了腎損傷的免疫病理機制，促進了疾病進展。MSCs 具有強大的免疫調節作用，在AKI 中，MSCs 可通過調節先天和適應性免疫、抑制全身及局部炎癥反應，減輕腎損傷、促進組織再生并延緩AKI 進展。

目前，許多研究者通過各種預處理的方法提高MSCs 的免疫調節能力，調節相關免疫應答，增強MSCs 的腎修復作用[36]。然而，對于預處理的短期和長期影響，MSCs 發揮免疫調節作用的具體分子機制以及MSCs 與免疫細胞間的相互作用關系的研究，仍有待進一步拓廣與深化。MSCs在AKI 不同階段的免疫調節特點也需要得到更多的關注。將MSCs 推廣到AKI 的臨床治療，現階段也還需要克服很多共性的困難[6,37]。首先，腎結構高度復雜，細胞類型有30 余種，AKI 的病因各不相同，發病機制也不盡相似，每種類型的AKI 的免疫微環境還可能影響MSCs 的存活、定植、增殖、遷移和損傷組織的融入，從而影響MSCs 發揮作用。其次，最佳給藥方式目前仍然沒有統一的定論。目前研究表明，靜脈注射、動脈注射、腹腔注射、大網膜包裹、腎實質注射以及腎包膜下注射給藥均有良好的治療效果。靜脈給藥最大的問題是肺部截留，能夠到達腎的MSCs 非常少；動脈給藥最大的問題在于臨床應用受限；大網膜包裹與腎局部給藥在臨床應用中不太實際，特別是由于腎病是彌漫性的，局部給藥效果有限。再次，MSCs 的注射時間、注射劑量，仍然沒有得到最佳的定論[38]。MSCs 由于受到AKI 損傷微環境影響，其注射時機對組織修復的成功至關重要。大劑量MSCs 會導致細胞滯留在肺內阻塞肺毛細血管，引起通氣和呼吸困難。而低劑量多次給藥容易引起免疫反應，增加肺部滯留風險。MSCs 在體內環境下，免疫豁免狀態可能會逐漸消失，且MSCs 長期存活較為困難，難以持續發揮作用。上述共性困難也需要更多的深入和系統的研究共同克服。