急性腎損傷 (AKI) 是一種常見的臨床綜合征，發(fā)病率和死亡率都很高。多能干細(xì)胞的使用對(duì)治療AKI具有很大的前景。尿源干細(xì)胞 (USC) 是細(xì)胞療法和再生醫(yī)學(xué)中一種新型且用途廣泛的細(xì)胞來(lái)源，具有非侵入性、簡(jiǎn)單和低成本的優(yōu)勢(shì)，并且具有很高的多分化潛力。這些細(xì)胞是否可以作為治療AKI的潛在干細(xì)胞來(lái)源尚未確定。

尿液中也有干細(xì)胞？同時(shí)還能為急性腎損傷的治療提供新思路

近日，重慶市人民醫(yī)院普通外科在期刊雜志《世界干細(xì)胞雜志》上發(fā)表了一篇“Therapeutic potential of urine-derived stem cells in renal regeneration following acute kidney injury: A comparative analysis with mesenchymal stem cells”的文章。

文章綜述表明尿液干細(xì)胞 (USC) 可顯著增強(qiáng)患有甘油誘發(fā)急性腎損傷 (AKI) 小鼠的腎功能和組織學(xué)恢復(fù)。通過將USC與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行比較，該研究突出了尿液干細(xì)胞作為AKI治療的新型非侵入性細(xì)胞來(lái)源的潛力。研究結(jié)果表明，尿液干細(xì)胞通過其多分化潛能和分泌各種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，為AKI提供了一種有前途的治療策略，有可能改變腎臟修復(fù)的臨床方法。

什么是急性腎損傷

急性腎損傷 (AKI) 是一種復(fù)雜的綜合征，其特征是腎功能迅速下降。盡管重癥監(jiān)護(hù)和透析方法有所改進(jìn)，但心臟病和膿毒癥的發(fā)病率仍在上升，導(dǎo)致與AKI相關(guān)的死亡率和發(fā)病率持續(xù)居高不下。這種令人擔(dān)憂的趨勢(shì)可以歸因于人口老齡化，這帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)。

腎小管損傷通常被視為與AKI相關(guān)的首要病理改變。AKI患者的預(yù)后很大程度上取決于壞死腎小管上皮細(xì)胞的有效再生。

近年來(lái)，人們探索了新方法來(lái)幫助恢復(fù)腎小管上皮細(xì)胞。一種潛在的方法是利用干細(xì)胞或祖細(xì)胞，例如胚胎干細(xì)胞 (ESC)、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (BMSC)、源自人羊水的干細(xì)胞 (hAFSC) 和誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (iPSC)，以恢復(fù)腎臟功能。ESC為細(xì)胞替代療法提供了無(wú)限的儲(chǔ)存庫(kù)；然而，由于圍繞胚胎使用的倫理問題，它們的使用陷入了爭(zhēng)議。

因此，研究人員繼續(xù)探索新的、侵入性較小的細(xì)胞來(lái)源以供應(yīng)用。從尿液中分離出來(lái)的尿源干細(xì)胞 (USC) 具有很強(qiáng)的增殖能力。由于尿源干細(xì)胞具有非侵入性采集和強(qiáng)大分化潛力的優(yōu)勢(shì)，因此引起了廣泛研究關(guān)注。USC已證實(shí)可用于治療膀胱功能障礙和基于細(xì)胞的泌尿組織再生。USC具有分化潛力，可能成為治療腎臟疾病的一種有前途的選擇。

在這項(xiàng)研究中，我們研究了尿源干細(xì)胞是否可以作為潛在的干細(xì)胞來(lái)源，以改善無(wú)免疫能力的嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷 (SCID)小鼠中甘油注射引起的AKI的腎功能和組織結(jié)構(gòu)。此外，我們的目標(biāo)是評(píng)估尿源干細(xì)胞與人類BMSC相比的再生能力。

方法：從人羊水中分離具有多分化潛能的干細(xì)胞標(biāo)志物。通過甘油肌肉注射誘導(dǎo)AKI重度聯(lián)合免疫缺陷（SCID）小鼠模型。從人尿中分離的USC通過尾靜脈注射。通過血尿素氮和血清肌酐水平評(píng)估腎臟的功能變化。同時(shí)，我們比較了USC與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）的再生潛力。

尿源干細(xì)胞治療急性腎損傷的結(jié)果

尿源干細(xì)胞具有多向分化潛能

通過使用特定的分化培養(yǎng)基，成功將USC分化為骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和軟骨細(xì)胞。分化后的細(xì)胞表現(xiàn)出不同的表型特征，如圖1所示。ALP染色證實(shí)了成骨分化（圖1A），而油紅O染色可觀察到細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)囊泡，從而證實(shí)了脂肪分化（圖1B）。通過阿爾新藍(lán)染色觀察到顆粒狀USC中的軟骨分化，證實(shí)了透明質(zhì)酸和唾液酸粘蛋白的表達(dá)（圖1C）。

A ：第7天用堿性磷酸酶染色檢測(cè)到代表性的成骨作用；

B：第21天用油紅O染色細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)囊泡觀察到代表性的成脂分化；

C：第28天用阿爾新藍(lán)染色檢測(cè)到代表性的軟骨分化。

尿源干細(xì)胞對(duì)急性腎損傷小鼠的改善影響以及與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞療效的比較

如前所述，通過甘油注射誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)性AKI，研究了USCs對(duì)改善AKI后腎功能和組織學(xué)結(jié)構(gòu)的潛在有益作用。注射甘油后，血清肌酸酐（SCr）和血尿素氮（BUN）水平升高，在72小時(shí)達(dá)到峰值，并在第18天恢復(fù)正常之前的10天內(nèi)維持升高狀態(tài)。AKI誘導(dǎo)三天后，通過尾靜脈給小鼠靜脈注射5×105USCs或BMSCs加入200μLPBS，而對(duì)照組動(dòng)物只接受PBS。實(shí)驗(yàn)時(shí)間表如圖2所示。動(dòng)物在AKI誘導(dǎo)后第3、5、9和18天安樂死。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間表說明了使用甘油誘導(dǎo)急性腎損傷的方案，以及涉及尿源干細(xì)胞或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的治療方案。在時(shí)間0時(shí)，肌肉內(nèi)注射甘油。第三天的箭頭表示僅注射500000個(gè)細(xì)胞或載體。以下箭頭表示處死受試者的指定時(shí)間點(diǎn)。

AKI手術(shù)后72小時(shí)內(nèi)，三組小鼠的血清肌酐和BUN濃度（均提示腎功能不全）逐漸升高。與對(duì)照組小鼠相比，接受USC注射的小鼠從第5天（治療后48小時(shí)）開始肌酐顯著降低，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間持續(xù)降低（圖3A）。此外，USC治療早在第5天就使BUN水平恢復(fù)正常（圖3B）。使用USC觀察到的功能恢復(fù)與通過輸注BMSC實(shí)現(xiàn)的功能恢復(fù)相當(dāng)。這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，尿源干細(xì)胞還具有保護(hù)腎臟免受急性腎損傷有害影響的額外益處。

A和B：通過測(cè)量肌酐水平（A）和血尿素氮（BUN）水平（B）來(lái)評(píng)估腎功能的變化。注射甘油后，肌酐水平從第三天開始上升。然而，在注射尿源干細(xì)胞或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的小鼠中，肌酐水平在注射后48小時(shí)內(nèi)降至接近基線水平，并在實(shí)驗(yàn)期間保持穩(wěn)定。

受傷后第3天，對(duì)注射甘油的SCID小鼠的腎臟進(jìn)行組織學(xué)檢查，發(fā)現(xiàn)上皮損傷以腎小管壞死和腎小管上皮細(xì)胞空泡化為特征。此外，近端腎小管細(xì)胞出現(xiàn)刷狀緣和腎小管內(nèi)蛋白管型的丟失（圖4A）。與未治療的對(duì)照組相比，施用USC或BMSC的小鼠組織損傷顯著減少。在注射甘油后第5天（干細(xì)胞注射后48小時(shí)），與未治療的對(duì)照組小鼠相比，用USC（圖4B）或BMSC（圖4C）治療的小鼠組織損傷減少（圖4D）。到第9天，與未治療的動(dòng)物（圖4G）相比，接受USC或BMSC的小鼠腎臟結(jié)構(gòu)幾乎正常（圖4E和F） 。到第18天，所有實(shí)驗(yàn)組均恢復(fù)正常組織學(xué)（圖4H-J）。

為了評(píng)估注射USC的動(dòng)物腎臟組織的再生反應(yīng)，我們通過腎臟損傷評(píng)分量化了上述發(fā)現(xiàn)。該評(píng)分表明，與未接受治療的對(duì)照小鼠相比，注射USC和BMSC的小鼠腎臟結(jié)構(gòu)的損傷和恢復(fù)顯著減少（圖4K）。然而，USC和BMSC組之間沒有顯著差異。表1顯示了AKI誘發(fā)后第5天的形態(tài)測(cè)量評(píng)估，比較了注射或未注射USC或BMSC的AKI小鼠的損傷情況。與未經(jīng)治療的AKI小鼠相比，注射干細(xì)胞的小鼠含有管型的小管數(shù)量明顯較少，壞死的小管數(shù)量也較少。注射USC的小鼠和注射BMSC的小鼠之間沒有顯著差異。

a尿液來(lái)源的干細(xì)胞注射與未治療的急性腎損傷相比，P<0.05。 

b骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞注射與未治療的急性腎損傷相比，P<0.05。

體外USC和BMSC分泌的血管生成相關(guān)蛋白

在USCs和BMSCs培養(yǎng)上清中檢測(cè)到了20多種血管生成相關(guān)蛋白，例如雙調(diào)蛋白、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白-1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β等（圖5A和8B）。結(jié)果顯示，一些血管生成相關(guān)蛋白，包括血管生成素、膠原蛋白XVIII、EG-VEGF、血小板反應(yīng)蛋白-1和uPA，在USC中的表達(dá)明顯高于在BMSCs中。

A ：尿液來(lái)源干細(xì)胞（USCs）分泌血管生成生長(zhǎng)因子的結(jié)果；

B：骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）分泌血管生成生長(zhǎng)因子的結(jié)果；

C：使用Student’s t檢驗(yàn)對(duì)USCs和BMSCs的分泌水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：aP<0. 05，尿液來(lái)源干細(xì)胞vs骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。

討論

本研究證實(shí)，尿液來(lái)源干細(xì)胞治療能夠改善嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷小鼠急性腎損傷恢復(fù)期的腎臟功能和組織結(jié)構(gòu)。與對(duì)照組相比，尿液來(lái)源干細(xì)胞治療組的血清肌酐 (SCr) 和血尿素氮 (BUN)水平明顯降低，Paller腎小管損傷評(píng)分降低，活躍分裂細(xì)胞數(shù)量增加，凋亡細(xì)胞數(shù)量減少。在我們進(jìn)一步的研究中，一些抗炎因子的表達(dá)水平顯著上調(diào)，纖維化因子的表達(dá)水平與對(duì)照組相比顯著降低。

很多研究者試圖探究間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療急性腎損傷的機(jī)制，可能的機(jī)制主要集中在兩個(gè)方面：

• 第一，外源性的MSCs歸巢到腎臟損傷部位，增殖并轉(zhuǎn)分化為腎小管等細(xì)胞。在一些研究中，研究者發(fā)現(xiàn)很多移植細(xì)胞被植入到受損組織中。
• 第二，外源性BMSCs分泌的細(xì)胞因子在減輕炎癥、促進(jìn)腎臟損傷修復(fù)中起著至關(guān)重要的作用。在眾多的細(xì)胞因子中，炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生被認(rèn)為是AKI發(fā)生和發(fā)展的關(guān)鍵因素。MSCs的作用主要通過復(fù)雜的旁分泌作用介導(dǎo)，包括有益因子的分泌和信號(hào)蛋白的激活。

干細(xì)胞的旁分泌/內(nèi)分泌作用得到以下證據(jù)的支持：先前的一項(xiàng)研究闡明了脂肪來(lái)源的干細(xì)胞治療在損傷后早期和晚期改善功能參數(shù)和減弱腎臟纖維化進(jìn)展的潛力。

結(jié)論

總之，本研究顯示，尿液來(lái)源干細(xì)胞改善了急性腎損傷恢復(fù)過程中的腎功能和組織結(jié)構(gòu)。尿液來(lái)源干細(xì)胞的治療效果主要?dú)w因于其抗凋亡和促有絲分裂特性，以及其對(duì)細(xì)胞因子產(chǎn)生的影響。使用尿液來(lái)源干細(xì)胞治療I/R損傷所取得的積極成果強(qiáng)烈表明，它們有可能成為治療腎臟疾病的一種非常合適的干細(xì)胞選擇。 

參考資料：Li F, Zhao B, Zhang L, Chen GQ, Zhu L, Feng XL, Gong MJ, Hu CC, Zhang YY, Li M, Liu YQ. Therapeutic potential of urine-derived stem cells in renal regeneration following acute kidney injury: A comparative analysis with mesenchymal stem cells. World J Stem Cells 2024; 16(5): 525-537

URL: https://www.wjgnet.com/1948-0210/full/v16/i5/525.htm

DOI: https://dx.doi.org/10.4252/wjsc.v16.i5.525

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