腎臟疾病，包括急性腎損傷 (AKI) 和慢性腎病 (CKD)，是全球面臨的重大健康挑戰，糖尿病和高血壓等危險因素的患病率不斷上升，導致發病率和死亡率居高不下。目前的治療策略往往有限，這促使人們探索先進的細胞療法作為潛在的解決方案。
最近的研究強調，基于細胞療法的干預措施通過旁分泌信號傳導、免疫調節和直接組織整合等機制提供腎臟保護特性，在AKI和CKD環境中都顯示出潛力。
干細胞治療腎臟疾病：成為腎臟再生的先進治療方法
近日，期刊雜志《Frontiers in Cell and Developmental Biology》發表了一篇“Cell therapy in kidney diseases: advancing treatments for renal regeneration”的期刊綜述。該綜述全面概述了腎臟疾病細胞療法的現狀，追溯了從臨床前研究到臨床應用的進展[1]。
它旨在強調細胞移植的最新發展以及不斷努力改進這些療法并將其轉化為有效的臨床解決方案。通過綜合最近的發現和臨床更新，本綜述深入了解細胞療法在治療腎臟疾病的未來方向及其對腎臟疾病管理的潛在影響。
簡介
腎臟疾病，包括急性腎損傷 (AKI) 和慢性腎病 (CKD)，是全球重大的健康負擔。根據最近的統計數據，CKD影響全球約9%–16%的人口，而AKI每年影響約1330萬人。這些疾病的發病率和死亡率很高，而且由于當前治療策略的局限性以及糖尿病和高血壓等潛在危險因素的日益普遍，其管理仍然是一項重大挑戰。
近年來，先進的細胞療法已成為治療腎臟疾病的有希望的干預措施。這些創新方法旨在通過利用各種基于細胞的產品（包括干細胞和祖細胞）來恢復腎臟功能并減緩疾病進展。從臨床前研究到臨床應用的轉變取得了重大進展，凸顯了這些療法徹底改變腎臟疾病管理的潛力。
干細胞治療腎臟疾病：從臨床前研究中獲得的經驗教訓
細胞療法已被證實可治療多種急性和慢性疾病，包括腎臟疾病。近年來，涉及動物模型細胞療法的臨床前研究顯著增加，一些細胞產品已進入臨床階段。
本節討論了從臨床前研究中獲得的見解及其潛在的臨床應用。以下是對腎臟疾病細胞治療領域從臨床前研究中獲得的經驗教訓的總結：
在誘導多能干細胞治療腎臟疾病的基礎研究發現誘導性多能干細胞（iPSC）的腎臟保護特性：
- iPSC由于其旁分泌作用顯示出腎臟保護特性。來自iPSC的細胞外囊泡（EV）有助于減輕細胞死亡、組織損傷和炎癥，保護線粒體的完整性，并調節氧化應激防御的關鍵基因。
- iPSC-EVs攜帶CD326 (EpCAM) 和CD133 (prominin-1)等分子，這些分子對于腎臟再生和免疫調節至關重要。
- 與脂肪間充質干細胞（MSC）-EVs相比，iPSC-EVs在這些保護作用中表現出了更高的功效。
- 雖然iPSC比MSC具有存活時間長、細胞群均質和擴增率高等優勢，但它們的成本也更高，臨床級細胞系的成本約為800,000美元，而醫療保險并不總是涵蓋這些成本。
臨床前試驗表明間充質干細胞（MSC）在腎臟疾病治療中的應用：
- MSCs能夠自我更新并分化為骨骼組織的不同專門細胞譜系，它們在治療腎臟疾病方面的潛力得到了廣泛記錄。
- MSCs具有促進血管生成的能力，能夠分泌各種促血管生成因子，從而增強血管形成并改善組織灌注。
- MSCs在腎臟疾病中的治療機制包括抗炎、抗氧化應激、免疫調節、抗纖維化、血管生成、細胞凋亡調節和自噬機制。
基礎研究表明生殖系祖細胞干細胞（GPSC）在腎臟修復方面的潛力：
- GPSC可以在體外分化為腎小管樣細胞，并在AKI后有效恢復體內腎功能。
- 分化的GPSC在減輕腎臟損傷和預防纖維化、腎小管擴張和其他CKD特征方面至關重要。
基礎研究發現內皮集落形成細胞（ECFC）及其外泌體在AKI治療中的潛力：
- ECFC及其外泌體能有效保護腎內皮細胞免于凋亡，與血漿肌酐水平降低、腎小管壞死和炎癥有關。
- ECFC衍生的外泌體作為AKI的靶向治療方法，具有免疫原性更低、腫瘤形成風險更低等優勢。
再生相關細胞（RAC）及其細胞外囊泡（RACevs）作為AKI治療的新型再生來源：
- RAC或RACevs可以恢復腎功能，移植RAC的再生旁分泌活性可能與減輕組織損傷和改善腎功能的機制有關。
臨床前研究轉化為臨床應用的挑戰：
- 動物研究結果無法在更大規模的動物或人體試驗中復制、動物模型中可能存在偏見以及嚙齒動物模型無法完全代表人類疾病狀態。
- 細胞分離、細胞培養和收獲的程序以及移植的方法和劑量缺乏標準化，這對于有效地將臨床前研究轉化為臨床實踐至關重要。
這些經驗教訓為腎臟疾病的細胞治療提供了寶貴的見解，并指出了未來研究和臨床應用的方向。
急性腎損傷
AKI是全球范圍內嚴重的健康問題，每年影響約1330萬人，且發病率呈上升趨勢。
AKI定義為血清肌酐水平在48小時內迅速升高≥0.3mg/dL (≥26.5μmol/L)，或在過去7天內升高至基線的1.5倍以上。AKI也可能表現為尿量減少至6小時內≤0.5mL/kg/h，或上述因素同時出現。這種常見的臨床綜合征可能由多種原因引起，包括腎缺血、膿毒癥、藥物毒性作用以及與肌紅蛋白或血紅蛋白相關的損傷。
AKI的發病機制通常與膿毒癥、缺血-再灌注損傷和腎移植后的免疫介導損傷有關。
目前，針對急性腎損傷的細胞療法研究包括使用MSC、iPSC、精原干細胞 (SSC)、促血管生成細胞 (PAC) 和ECFC（表1）。
間充質干細胞在已完成和正在進行的臨床試驗中都得到了積極應用，而其他細胞類型主要在臨床前環境中進行研究。SSC和ECFC已顯示出直接修復機制，而iPSC、MSC和PAC主要通過間接機制發揮作用，例如旁分泌信號傳導和微泡依賴性過程。以下部分將深入探討涉及MSC的臨床研究以及涉及其他提及的細胞類型的相關臨床前研究。
01CD34+細胞治療急性腎損傷
關于CD34+細胞治療急性腎損傷（AKI）的最新研究進展，以下是一些關鍵點：
1. CD34+細胞治療AKI的首例人類病例：Suzuki等人在2021年記錄了I/II期臨床試驗中的第一例人類病例，該試驗涉及移植自體粒細胞集落刺激因子動員的外周血CD34陽性細胞來治療嚴重AKI。在這項研究中，CD34+細胞被直接注入每條腎動脈，總計注入9000萬個細胞。治療后23周，患者的血清肌酐水平降至2.96mg/dL，表明腎功能得到明顯改善。
2. 治療效果：該研究觀察到，在停止血液透析后第15天至第44天，估計腎小球濾過率平均為0.11mL/min/1.73m2/day，而移植后第45天至第73天，估計腎小球濾過率改善至0.25mL/min/1.73m2/day，提示細胞移植在腎損傷恢復中的潛在作用。
綜上所述，CD34+細胞治療急性腎損傷的研究顯示出初步的積極結果，但需要進一步的大規模臨床試驗來確定其療效和安全性。
02間充質干細胞治療急性腎損傷
MSCs具有多向分化、遷移、歸巢和旁分泌信號傳導能力，已成為腎臟疾病的有希望的治療劑。臨床前研究表明，MSCs在治療器官損傷方面既有效又安全。MSC治療可通過抗炎作用、抗凋亡作用、促進血管生成、減少氧化應激、預防纖維化、調節自噬和細胞衰老等機制促進腎臟疾病患者的腎功能恢復。
然而，2018年進行的早期試驗 (NCT01602328，表1) 表明傳統間充質干細胞療法在治療急性腎損傷方面存在潛在局限性 。這項II期試驗基于有前景的臨床前大鼠AKI模型研究以及I期臨床試驗，臨床表明MSC療法對于預防 AKI可能比在AKI發生后進行治療更有效。
后續研究表明，MSC療法中觀察到的問題可能不是MSC本身固有的，而是與所使用的方法有關。Swaminathan等人使用SBI-101系統證明了MSC通過旁分泌作用具有抗炎作用，以IL-10和TGF-β1等指標為標志。他們開發了SBI-101系統，用于在血液透析中空纖維內培養 MSC，并釋放旁分泌因子返回患者體內（圖1）。
慢性腎臟病
CKD影響著全球約10%的成年人口，每年導致120萬人死亡和2800萬年壽命損失。到2040年，CKD預計將成為全球第五大死亡原因。CKD是一種慢性疾病，其特征是由于多種病因導致的腎臟結構和功能進行性改變。該疾病的進展涉及關鍵機制，包括炎癥反應、纖維化、氧化應激和活性氧 (ROS) 的產生。
診斷是根據腎功能下降來確定的，反映在估計腎小球濾過率 (eGFR) 低于60mL/min/1.73m2或存在腎臟損傷指標，例如白蛋白尿、血尿或影像學異常持續至少3個月。CKD與顯著的發病率和死亡率相關，并可發展為ESRD。
糖尿病是全球范圍內導致CKD的主要原因，其次是腎小球腎炎、高血壓、慢性腎盂腎炎、成人多囊腎病、腎血管病和其他未指明的原因。如以下臨床試驗部分所述，大多數針對CKD干細胞治療的研究都是在第3和第4階段進行的。這些療法的主要目的是阻止GFR進一步下降，從而導致ESRD。
03自體CD34+細胞治療慢性腎臟病
CD34+細胞作為慢性腎病治療方法的治療效果正在研究中。先前的臨床前研究表明，EPC療法有助于保留CKD模型中的殘留腎功能。這一好處歸因于血管生成增強、血流改善以及氧化應激、炎癥和纖維化的減少。
基于這些發現，進行了一項I期臨床試驗，以評估自體CD34+細胞對3期和4期CKD患者的療效。這項初步試驗的結果令人鼓舞，為后續 II期臨床試驗的設計提供了參考。值得注意的是，這項試驗表明，在CKD患者中使用自體循環衍生的CD34+細胞是安全的，未報告任何嚴重不良事件 (SAE)。此外，該研究測試了CD34+細胞療法可以保留CKD患者的腎功能并改善臨床結果的假設。
主要結果顯示，接受CD34+細胞治療的患者與未接受治療的患者相比，1年時透析或死亡的發生率顯著降低，表明除了腎臟改善之外，還有其他益處。
04間充質干細胞治療慢性腎病
在Makhlough等人的研究中，關于使用骨髓來源的MSC (BMMSC) 治療CKD的觀察結果與AKI的觀察結果一致。他們I期試驗的主要目的是評估這種療法的安全性，并得到了證實。然而，次要結果并未顯示治療后eGFR有顯著差異。這表明，傳統的MSCs靜脈注射在CKD治療中可能會帶來與AKI中觀察到的類似的挑戰。
CKD患者的一種潛在解決方案是使用基質血管成分 (SVF)。SVF是通過抽脂術從脂肪組織中獲得的細胞混合物，具有產量高、易于獲取、處理時間短等優勢。
ELIXCYTE是一種通過這種方法獲得的藥物，以三種不同的細胞劑量（低、中、高）施用于12名CKD患者。
一期臨床試驗（NCT02933827，表2）表明，該治療通常耐受性良好，不同劑量組的eGFR變化沒有顯著差異，高劑量組僅觀察到一例劑量限制性毒性。雖然不同劑量之間的eGFR變化沒有顯著差異，但一些患者確實表現出改善。該研究表明多次給藥具有潛在益處，并表明基線eGFR ≥30mL/min的患者的預后更好。
另一項臨床研究（NCT05154591，表2）探討了使用經腎動脈導管插入術給藥的SVF細胞增強原因不明的慢性腎病 (CKDu)（以前稱為中美洲腎病）患者的腎功能。該病主要影響年輕、非糖尿病、血壓正常的患者，這些患者通常沒有癥狀。大多數患者在確診時已處于CKD3-4期，這表明腎功能迅速下降。該研究評估了通過腎動脈導管使用SVF細胞的安全性和可行性，表明SVF可能改善腎功能，尤其是在疾病的早期階段。
05自體細胞治療腎臟疾病
腎臟自體細胞療法 (REACT) 是一種正在研究中的有前途的新方法。傳統的CKD細胞療法通常涉及間充質細胞的血管內給藥，這些細胞的劑量、效力、穩定性和功效各不相同。REACT試圖通過個性化方法解決這些問題，使用自體同源細胞恢復腎元結構、增強腎功能并減少CKD 相關合并癥。
REACT療法涉及從CKD患者的腎活檢組織中分離和擴增符合GMP的選定腎細胞（SRC）。這種療法被認為通過激活類似于胚胎腎臟形成過程中觀察到的發育途徑來支持腎臟修復（圖2）。
以下是關于自體干細胞治療腎臟疾病的關鍵點：
1、REACT療法（自體細胞療法治療腎臟疾病）：在一項已完成的研究（NCT02836574）中，REACT療法顯示出了令人欣喜的結果，特別是在中度至重度2型糖尿病CKD（D-CKD）患者中。該治療使eGFR下降幅度顯著減少，表明腎功能穩定。值得注意的是，這種改善是通過兩次注射實現的，與之前I期試驗中使用的單次注射不同。
該研究根據eGFR變化確定了三種反應類型：高反應者、中等反應者和低反應者，每種反應類型的腎功能均表現出不同程度的改善或穩定。較高的初始eGFR似乎與更好的結果相關。
此外，該研究表明，SRC可能有助于新腎樣組織的形成，從而可能導致觀察到的腎功能改善。
2、Rilparencel（自體細胞療法，表3）：Rilparencel是一種研究性自體細胞療法，來源于參與者的腎皮質組織，主要由近端小管上皮細胞組成，旨在修復腎臟。這項正在進行的研究涉及CKD3a-4期且患有1型或2型糖尿病的患者。
該研究比較了兩組之間的腎功能結果：一組接受兩次劑量（每腎一次），間隔3個月，另一組僅在eGFR下降或尿白蛋白與肌酐比（UACR）增加時才接受第二劑。
3、自體細胞療法在泌尿道先天性異常相關慢性腎病患者中的應用：另一項正在進行的REACT療法研究（NCT04115345）涉及5名患有腎臟和泌尿道先天性異常（CAKUT）相關CKD的患者。
初步結果表明，該研究可行且安全地進行進一步的臨床試驗。該研究采用經皮、影像引導技術并伴有清醒鎮靜，證明了對eGFR<30mL/min的患者安全施用REACT的能力。
4、自體腎細胞療法的優勢：自體腎細胞療法的優勢包括有效的細胞擴增、最小的免疫并發癥以及精確輸送到腎皮質。通過劑量減少策略、仔細的抗凝評估和無創針頭，可將放射線暴露和出血等潛在并發癥降至最低。無需輸血，鎮靜耐受性良好。
REACT細胞很容易被患者接受，沒有免疫或細胞轉化問題。這些細胞可以擴增和保存以備將來使用，有助于修復腎單位的結構和功能。
5、初步結果和未來研究方向：初步結果表明，泌尿道先天性異常患者的腎功能得到改善，CKD得到穩定。需要進一步的研究，包括更大規模的III期試驗，以證實這些發現并確定最有可能從這種療法中受益的患者群體。
這些研究進展表明，腎臟自體細胞療法（REACT）和Rilparencel等自體細胞療法在治療慢性腎臟病方面顯示出了潛力，但仍需要更多的臨床研究來驗證其療效和安全性。
細胞治療在腎移植免疫調節中的應用
量身定制的免疫抑制藥物的應用顯著提高了移植后早期階段移植物和患者的存活率。然而，由于慢性移植物排斥，長期結果仍然不理想，最終可能導致移植失敗。此外，長期免疫抑制會導致嚴重的副作用，對患者的存活率和生活質量產生不利影響，增加感染的易感性。
許多報告和策略已經探索了移植期間造血和非造血免疫調節細胞的給藥，證明了它們能夠在實體器官移植的臨床前模型中安全有效地誘導耐受性。許多臨床前發現已經成功轉化為臨床試驗，并產生了有希望的結果表4。
細胞治療在腎移植免疫調節中的應用主要涉及調節性T細胞（Treg）和間充質干細胞（MSCs）。以下是這些細胞類型在腎移植和免疫耐受中的有效性概述：
調節性T細胞（Treg）：
- Treg細胞在維持免疫平衡和抑制過度免疫反應中起著關鍵作用。它們能夠減少自身免疫疾病和移植物抗宿主病的發生。
- 在腎移植中，Treg細胞療法已被證明是可行和安全的。例如，一項多中心單臂臨床試驗（ONE研究）顯示，與使用標準免疫抑制方案治療的對照組相比，細胞治療組并沒有顯示出安全性問題，并且感染率也較低，表明多克隆Treg能夠成功用于治療腎移植受者。
- Treg細胞療法可以規避與非抗原特異性免疫抑制療法相關的臨床問題，如增加感染的可能性和藥物毒性。
間充質干細胞（MSCs）：
- MSCs具有獨特的免疫調節特性，可以改善炎癥和免疫反應，是促進腎臟修復的有前途的工具。
- 一項I/II期開放標簽臨床試驗(NCT01429038)發現，對腎移植接受者進行BM-MSC早期靜脈輸注超過1年可增加Treg細胞并改善同種異體移植腎功能。
- 另一項單組I/II期研究(NCT02563340)表明，靜脈注射來自健康個體的異源BM-MSC是安全的，并且與免疫抑制藥物相結合可延緩移植器官功能的惡化。
- MSCs能夠誘導腎小球和腎小管細胞的增殖，從而增加細胞存活率，并且通過分泌促血管生成因子和營養因子，減少腎小管細胞的凋亡。
綜上所述，調節性T細胞和間充質干細胞在腎移植免疫調節中的應用顯示出了潛力，它們能夠減少免疫抑制的需求，降低感染風險，并有可能改善移植腎功能。然而，這些療法的長期效果和最佳應用方案仍需進一步的臨床研究來確定。
移植細胞功能的增強與優化
臨床試驗中，常規靜脈 (IV) 注射MSC的一個潛在問題是其療效降低，這是由于細胞無法適應并正確植入靶組織。MSC通常會因組織損傷引起的惡劣條件而發生凋亡，包括活性氧 (ROS)、缺血和細胞凋亡。靜脈注射的MSC通常會經歷較低的植入率，因為它們往往會被隔離在非靶器官中，例如肝臟、肺和脾臟。
此外，MSC的再生潛力在很大程度上依賴于它們的旁分泌作用，而CKD患者的旁分泌作用可能會受到嚴重損害。在AKI的情況下，AKI的診斷通常涉及測量升高的肌酐水平，這可能會延遲MSC給藥并可能導致不可逆的腎臟損傷。
為了增強和優化移植細胞的功能，研究者們正在探索包括新型體外方法、褪黑激素預處理以及聯合治療策略等多種方法。這些研究為提高MSCs在腎移植中的療效和安全性提供了新的視角和潛在的解決方案。
最佳細胞劑量和輸送途徑
細胞療法給藥方案的標準化對于提高這些治療的可重復性和療效至關重要。目前針對AKI和CKD的臨床試驗表明，對于最佳細胞劑量缺乏共識，各種研究采用不同的給藥策略，從數十萬到數十億個細胞不等。
在確定細胞治療中的最佳細胞劑量和輸送途徑時，需要考慮多個因素，包括計算方法、給藥技術和給藥頻率。以下是根據搜索結果得出的一些關鍵點：
- 最佳細胞劑量的確定：
- 輸送途徑的選擇：
- 劑量計算方法：
- 劑量與臨床結果的關系：
- 個體對治療的敏感性：
綜上所述，由于細胞治療研究缺乏標準化方案，因此關于最佳劑量的明確結論仍然難以得出。一般來說，在治療期間多次注射似乎是可取的，以獲得累積效果。此外，根據腎臟大小、疾病嚴重程度、遺傳標記和治療敏感性等患者個體因素調整劑量可以增強不同患者群體和疾病階段的治療效果。
結論和未來展望
如上所述，多種細胞療法對治療急性腎損傷和慢性腎病具有重要前景。
細胞療法在治療急性腎損傷（AKI）和慢性腎病（CKD）中的未來及展望是充滿希望的，以下是一些關鍵點：
干細胞治療AKI的潛力：干細胞療法在修復受損腎組織、促進細胞再生和減輕炎癥反應方面展現出巨大潛力。臨床研究表明，干細胞治療能夠顯著改善AKI患者的腎功能指標，如血清肌酐和尿素氮水平，縮短住院時間，并減少并發癥。
- 2021年至2024年間的臨床研究進展顯示，干細胞治療AKI的研究取得了積極成果。例如，中國人民解放軍總醫院第一醫學中心的研究顯示，間充質干細胞（MSC）治療AKI安全有效，沒有觀察到嚴重不良反應。
干細胞治療CKD的前景：干細胞療法在CKD治療中也顯示出潛力，通過促進損傷修復、抑制炎癥及纖維化，已實現腎功能穩定乃至提升。臨床研究證實，這一創新治療策略不僅延緩了腎功能衰退，還顯著提升了患者生活質量。
細胞療法的未來研究方向：中國專家共識（2024年版）提出了腎臟病領域十大創新治療方向，其中包括核酸編輯技術治療單基因腎臟病和腎臟病的細胞療法。這表明，優化和研發安全有效的腎臟病細胞治療制劑，建設完善腎臟病細胞治療的質控體系是未來的研究方向之一。
細胞治療的挑戰與機遇：盡管干細胞治療在AKI和CKD中展現出巨大潛力，但仍需開展更多的研究來克服挑戰，包括干細胞的長期效果、劑量優化和臨床試驗的設計。隨著進一步的研究和臨床試驗，我們有望看到干細胞治療在急性腎損傷和慢性腎病領域帶來更多成果與希望。
綜上所述，細胞療法在急性腎損傷和慢性腎病治療中展現出廣闊的應用前景，未來可能會成為這些疾病治療的重要手段。隨著技術的進步和研究的深入，細胞療法有望為腎病患者帶來更有效的治療方法。
主要參考資料：[1]:Salybekov AA, Kinzhebay A and Kobayashi S (2024) Cell therapy in kidney diseases: advancing treatments for renal regeneration. Front. Cell Dev. Biol. 12:1505601. doi: 10.3389/fcell.2024.1505601
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