干细胞在治疗糖尿病肾病的应用


糖尿病肾病的治疗思路主要集中在控制血糖、血压、血脂等危险因素以及抑制。肾素一血管紧张素系统,但治疗效果并不理想。病情严重者可接受血液透析和肾移植,但肾源有限,费用昂贵,限制了其发展。以干细胞为基础的再生医学为糖尿病肾病的治疗带来新的希望。

2型糖尿病的发病率迅速增加,最新流行病学调查显示目前中国糖尿病的患病率为9.7%,而糖尿病肾病是糖尿病常见的慢性微血管并发症,是一种以肾脏损伤和心血管疾病的风险增加为主的临床综合征。其危险因素主要有性别、遗传因素、肾血流动力学和糖尿病的发病年龄等。虽然糖尿病肾病的发展与1型糖尿病和2型糖尿病患者不同,但其临床和组织病理学的进展非常相似。

糖尿病肾病的治疗一直是临床较为棘手的医学难题,治疗思路主要集中在控制血糖、血压、血脂等危险因素以及抑制肾素一血管紧张素系统,但治疗效果并不理想。病情严重者可接受血液透析和肾移植。但肾源有限,费用昂贵,限制肾移植。以干细胞为基础的再生医学研究为糖尿病肾病的治疗带来新的希望。

糖尿病的发病机制

氧化应激与糖尿病肾病

氧化应激在糖尿病肾病中的可能机制表现为高葡萄糖浓度增加线粒体电子传递链中产生的超氧阴离子。糖尿病患者持续的高糖状态导致了过量的活性氧化物产生,最终形成O2,OH和H2O2,从而调整机体DNA,蛋白质和脂类。随着抗氧化酶的失控,氧化应激反应增加导致内皮损伤。此外,活性氧化物上调转化生长因子B1和纤溶酶原激活物抑制物1的表达,导致系膜扩张,晚期表现为糖基化终末产物的积累和肾小球的纤维化。晚期糖基化终产物可能通过对细胞外基质、血管内皮细胞、血管壁的作用,及其受体途径产生微血管损害,从而在糖尿疴陧性并发症的发生发展中发挥重要作用。因此,异常的细胞外基质相互作用导致细胞黏附的变化,刺激上皮细胞间质转型。

慢性炎症与糖尿病

慢性炎症在糖尿病肾病中起很重要的作用,最近的研究显示,炎症是糖尿病肾病微血管并发症发展的重要因素。同时淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞也参与了糖尿病肾病的进展。白细胞介素1β,白细胞介素6和肿瘤坏死因子α与糖尿病肾病发生发展密切相关。白细胞介素1β增加血管内皮细胞通透性,白细胞介素6发生改变,促进间质浸润,肾小球基底膜增厚,系膜扩张,肾小管萎缩。在糖尿病肾病早期阶段观察到肿瘤坏死因子α的细胞毒性,导致钠潴留和肾脏肥大等。因此,上调单核细胞趋化蛋白1和细胞间黏附分子1调控与巨噬细胞和淋巴细胞浸润有关。此外,肿瘤坏死因子α直接促进活性氧簇的局部产生,导致肾小球毛细血管屏障功能障碍,使白蛋白的渗透增加。

肾素-血管紧张素系统与糖尿病肾病

有研究显示血管紧张素II在糖尿病肾病中分泌增加,导致肾小球系膜和肾小管上皮细胞肥大。同时,其具有导致小动脉平滑肌压力升高的作用,增加血管压力。血管紧张素II诱导炎症发生、促进细胞凋亡及产生转化生长因子β和单核细胞趋化蛋白1,这些因子促进肾小球硬化脂肪变性和动脉粥样硬化。这些物质在肾脏脂质沉积产生直接的肾小球损伤,也可导致肾小球系膜细胞的活化和增殖。这些细胞的活化导致趋化因子的产生,从而促进在肾小球系膜区单核细胞和巨噬细胞成熟。此外,低密度脂蛋白不仅可刺激肾小球系膜细胞的增殖,并且增加转化生长因子β和血浆纤溶酶原激活物抑制剂1的表达,其大量集聚在细胞外基质。

糖尿病肾病的治疗一直是临床较为棘手的医学难题,治疗思路主要集中在控制血糖、血压、血脂等危险因素以及抑制肾素-血管紧张素系统,但治疗效果并不理想。姑息性治疗策略包括药物来控制血糖,血压和尿蛋白。病情严重者可接受血液透析和肾移植。但肾源有限,费用昂贵,限制肾移植。随着肾功能进一步衰竭,药理干预效果欠佳,例如肾素-血管紧张素系统抑制剂抑制尿白蛋白排泄率在一个相对狭窄的范围内,无法阻止终末期慢性肾脏病进展以及肾功能下降。

肾干细胞的来源与分布

肾干细胞的来源包括胚胎干细胞、肾外来源的成体干细胞及肾内来源的成体干细胞。胚胎干细胞由于涉及到医学伦理学问题其相关研究受到限制,肾外来源的成体干细胞可来自骨髓、脐血或外周血等,来自骨髓的干细胞是目前研究最多的。骨髓内有许多不同类型的干细胞,以造血干细胞和间充质干细胞为主。

间充质干细胞

间充质干细胞是指来源于发育早期中胚层的多能干细胞,不仅存在骨髓中,还存在于脐带、脂肪、骨髓等。还有一类是内皮祖细胞,来源于造血干细胞,也可从外周血中分离,同时也存在于其他组织(骨骼肌、脂肪、脾等)。内皮祖细胞的特性为循环于脉管系统,主要参与血管的形成与修复。此外,近些年来诱导多能干细胞技术的发展揭开了干细胞研究的新篇章,是一类具有广泛应用前景的干细胞。

胚胎干细胞

胚胎干细胞是一类具有发育全能性且可在未分化状态下无限增殖的细胞。研究表明,其从胚泡的内细胞团获得多能干细胞,适当的培养条件下即其能分化为内,中,外三胚层细胞。胚胎干细胞虽具有发育的全能性及无限增殖能力,但移植排斥、定向分化的技术障碍、形成畸胎瘤的危险以及伦理等约束是其临床应用前必须要解决的问题。

多能干细胞

多能干细胞是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能干细胞,多能干细胞技术是干细胞领域革命性的突破,具有广泛的应用前景,多能干细胞具有发育全能性,它可被诱导分化为多种组织细胞,并用于临床治疗。研究者提出多能干细胞应在体外培养和分化。多能干细胞在胚胎组织中发现,因此他们可能从胎儿、新生儿和成年个体分离的。他们都有助于维持细胞稳态和受损的器官再生。由于多能干细胞更少生命伦理学和技术问题,这些细胞已经证明有助于受损肾脏的再生。因此,多能干细胞已被证明分化或转分化为肾系膜细胞,肾小管上皮细胞、内皮细、足细胞。

间充质干细胞修复糖尿病肾病

间充质干细胞能促进组织再生,不仅因为其分化潜能,而且具有清除氧化应激作用。此外,间充质干细胞具有活性解毒酶的主要机制,防止氧化损伤蛋白质组和基因。肾小球内皮细胞损伤是各种肾脏疾病的早期损害表现之一,是肾脏疾病进展的关键因素。肾小球内皮细胞修复可能有助于保护肾功能。间充质干细胞通过调节细胞外基质蛋白合成和降解,抑制白细胞浸润和/或纤维化细胞因子的分泌,抑制免疫调节作用。间充质千细胞能明显抑制re4由同种异体抗原诱导的T淋巴细胞增殖,可使CD4和CD8T淋巴细胞分泌y-干扰素水平下降,白细胞介素4水平无影响。间充质干细胞通过抑制T淋巴细胞的增殖和不同功能亚群分泌细胞因子从而抑制免疫反应。

间充质干细胞可分泌多种营养因子,包括血管内皮生长因子,碱性成纤维细胞生长因子,血小板衍生生长因子,肝细胞生长因子和表皮生长因子。间充质干细胞在组织再生起重要作用,其趋化至受损组织,通过分泌改善微环境:防止实质细胞死亡;在心肌梗死和急性肾功能衰竭模型,间充质干细胞诱导内源性祖细胞增殖分化,促进血管新生。在急性心肌梗死和急性缺血性肾衰模型虽然外周间充质干细胞是稀缺的,但其能够归巢到受损器官,保护组织内源性组织再生的机制和,或分化为组织特异性细胞。此外,间充质干细胞移植已成功应用在人类患者治疗不同的病症如移植物抗宿主病、脑卒中、心肌梗死、异染性脑白质、特发性再生障碍性贫血、成骨不全症等。

间充质干细胞对肾血管肾结构重塑发挥关键作用,可形成间质成纤维细胞,肾小球系膜细胞,足细胞和肾小管上皮细胞,有助于恢复肾小球和肾小管的功能和结构。间充质干细胞移植减轻肾纤维化产生和减少肾小球硬化指数,对肾血管肾结构重塑发挥关键作用,可形成间质成纤维细胞,肾小球系膜细胞,足细胞和肾小管上皮细胞,有助于恢复肾小球和肾小管的功能和结构。间充质干细胞移植减轻肾纤维化产生和减少肾小球硬化指数,同时可能改变MMP-9和TlMP-1比值,降解细胞外基质成分,促进细胞内外的平衡。间充质干细胞降低细胞凋亡和增加近端肾小管上皮细胞增殖,肝细胞生长因子诱导间充质干细胞分泌增强,促进重构肾纤维化。

在治疗肾病中,目前认为,间充质干细胞参与各种肾细胞的修复,包括肾系膜细胞、内皮细胞、足细胞和小管细胞。间充质干细胞只少量表达MHC-I型分子,极少表达或不表达MHC-II型或T细胞共刺激分子。

间充质干细胞的低免疫原性,能够逃避宿主的免疫监视系统在宿主体内长期存活,能够抑制树突状细胞成熟,抑制T细胞增殖,是一类免疫特许细胞。间充质干细胞的特性具有多向分化潜能,并且来源广泛,取材方便,展现了在细胞替代治疗中的良好应用前景,也期待成为构建肾脏修复的种子细胞。应用原位杂交法测间充质干细胞端粒酶活性,细胞呈阳性反应,但强度弱于作为对照的大肠癌细胞株的端粒酶活性,说明间充质干细胞较幼稚,生命周期长,不具有恶性肿瘤的无限增殖能力,作为移植细胞有安全保障。糖尿病肾病的病理生理特点和间充质干细胞的治疗机制之间的完美配合,是管理糖尿病肾病的发病和进展的一个很有前途的治疗策略。

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