文摘
尿液代表无限源是非侵入性的患者肾细胞,可以收获。尿中足细胞和近端小管细胞用于研究疾病机制和筛选新的药物疗法在各种人类的肾脏疾病。尿肾干细胞/祖细胞和细胞外囊泡,相反,可能是有前途的治疗肾损伤的治疗方法。尿液的最大优势是可行的来源细胞容易收集和更少的复杂的伦理问题。然而,广泛的描述和在活的有机体内研究仍然需要被执行之前urine-derived肾脏祖细胞的临床应用。
1。介绍
目前,透析和肾移植是唯一成功治疗病人患有慢性肾功能衰竭。日益短缺的捐献器官原位肾移植全球冲动替代疗法的需要。使用肾脏祖细胞可能是另一种治疗方法在不同肾脏疾病(1]。细胞与肾组织标本来自定义起源的优势。然而,他们只在有限的数量和文化成熟细胞的寿命是短暂的,而重复分解动作的细胞来自同一个捐赠者不允许。另一方面,肾上皮细胞暴露在连续通过滤液,和成千上万的活细胞健康的人类每天排泄(2]。这些从尿脱落细胞沉积物可以分离和培养,包括从肾单位的不同部分上皮细胞脱落,输尿管,膀胱和尿道3)代表的非侵入性的无限来源的收获可行的细胞。
脱落的主要类型在尿液显示到目前为止足细胞肾细胞,近端肾小管细胞,称为肾干细胞/祖细胞的未分化细胞。细胞外囊泡也存在于尿液和可以是一个有趣的来源研究疾病机制和预后,以及潜在的再生通过旁分泌刺激效应(4)(表1和图1)。
使用尿细胞需要更少的道德问题,最重要的是,减少免疫反应和拒绝当应用于一种自体的方式。对于所有类型的细胞,临床使用之前,需要进行进一步的研究来提高隔离,文化,和细胞分化的步骤提供一致的数量,质量和稳定性。
2。分化的肾细胞分离尿液
2.1。足细胞
足细胞是成熟的上皮细胞组成的一个复杂的细胞组织细胞,主要流程和过程。脚然后邻近足细胞的过程形成狭缝隔膜,和他们一起覆盖的外层部分肾小球基底膜在建立起主要作用的选择性渗透肾小球滤过屏障,这也解释了为什么足细胞损伤通常是伴随着显著蛋白尿(5]。
自70年代以来不同的技术已被用于直接从肾小球足细胞的分离6,7]。然而,人类尿足细胞也可以隔绝,从健康受试者或glomerulopathies患者,代表一种无创性的可行的细胞(8]。足细胞的量化尿液可以使用特定的抗体进行免疫荧光等anti-podocalyxin [9- - - - - -11)或足突细胞特定的信使rna的隔离产品(例如,podocin或nephrin) (12]。
通常,高数量的足细胞存在于尿液肾小球疾病患者相比,健康受试者,这些细胞显示速度更快体外增殖率(11,13]。例如,在焦和节段性肾小球硬化症患者(FSGS),足突细胞损失增加根据损伤的程度和疾病进展的可能是一个标志11,14]。除了FSGS,发现尿足细胞在急性期的其他疾病,如Henoch-Schonlein肾炎(10),IgA肾病(10),狼疮肾炎(9,15,16),以及糖尿病肾病(17和子痫前期18]。此外,有人建议,尿排泄的足细胞可能有助于区分急性和慢性肾小球损伤的阶段(19]。
在尿足细胞的损失还演示了在健康个体14]。最有趣的是,在健康受试者的足细胞衰老,而在实验或人类疾病条件很多可行的足细胞分泌(20.]。
由于有限的增殖率和短寿命足细胞在文化、不朽一步是仪器的维护。2002年,萨利姆et al。21)专门开发了一个人类有条件地足细胞的永生化细胞系表达nephrin podocin和之后,2010年,Sakairi et al。22)创建长期尿细胞培养FSGS患者和健康志愿者,表明两足细胞的细胞系存在类似的功能(22]。这些不灭的足细胞转化的插入热敏原癌基因的突变,SV40大T抗原,所以他们去分化,33°C复制许可的条件下,允许无限制的营业额的细胞,恢复足突细胞表型在37°C(非许可的条件下20.]。
2.2。近端小管上皮细胞(PTECs)
近端小管的主要目标是很多继承和收购条件,比如在缺血性或有毒的肾损伤或遗传Fanconi综合症(23]。
1991年,Racusen et al。24)是第一个表明可行PTECs可以隔绝人类患者的尿液nephropathic胱氨酸病,溶酶体储存疾病引起肾Fanconi综合征。Dorrenhaus et al。3),2000年,描述了近端小管尿液细胞殖民地指定为2型殖民地cobblestone-like形态。造成这些细胞能够形成圆顶transepithelial流体运输的介质之间的区域文化板表面,细胞单层(3]。后来,建立了三维胶原凝胶文化利用人类尿液来驱动他们的PTECs高度两极分化的状态。因为细胞仍有一些增殖潜力,成为极化,他们能够形成组织结构类似在活的有机体内小管(25]。
有趣的是,尿PTECs并不总是对应于肾损伤的程度,例如,在初级hyperoxaluria;更多的清新PTECs尿液中没有检测到(26]。总之,很多可行的近端小管细胞是人类尿液和他们可以利用废弃的生理研究等分析药物的运输和不同的物质在近端小管。再一次,使用PTECs文化的局限性是有限的细胞数量和短寿命,可以克服条件不灭的细胞。第一个永生近端小管细胞线是由Racusen等人(1995年27]。下一个细胞系只是成立于2010年,当威尔默et al。28)开发的有条件地无限增殖PTECs健康受试者的尿液。这些细胞表达多种内源性有机离子转运蛋白,模仿肾脏重吸收和排泄。不久之后,另一个有条件的无限增殖PTECs行成立从cystinotic患者的尿液23]。
有条件地无限增殖PTECs是有用的模型来探索特定的近端管状肾病理机制。Gorvin et al。29日)使用尿PTECs行削弱患者的疾病研究受体介导的内吞作用和endosomal酸化取决于类型的突变CLCN5基因导致了这种情况。尿PTECs也已经申请了在体外细胞生理学和毒理学的研究,包括流入和流出的药物(28,可能代表一个有前途的一步生物人工肾设备(30.]。2004年,fda批准的I / II期临床试验中执行10个病人使用PTECs收获从人类肾脏在生物人工肾证明的人类PTECs替代疗法改善代谢活动与急性肾功能衰竭患者的全身效应和multiorgan失败(31日]。之后,在2008年二期随机试验使用相同的设备与nonautologous PTECs显示更快速复苏的肾功能在重症急性肾功能衰竭患者32]。呈现相似的基因和功能特征作为肾脏收获PTECs [30.),尿细胞可能有很大的优势可能自体的细胞疗法,需要进一步评估。
3所示。未分化的肾细胞分离尿液
nephrogenesis期间,位于帽间质干细胞/祖细胞和干细胞的像真正的承诺,能够自我更新和分化成不同类型的肾元上皮细胞(33,34]。这些细胞表达特定的肾祖细胞标记SIX2 [34],Cited1 [33),NCAM、ep-CAM FZD7 [35),被广泛的特点。羊水(AF)主要由胎儿尿液和肺渗出液(36),相信一些房颤中的某几类细胞肾起源和致力于肾命运。事实上,羊水干细胞被认为是一个重要的来源之间的一个中间阶段胚胎干细胞和成体干细胞。Da在于et al。37后肾mesenchyme-like细胞)已经成功地分离出了一群从房颤,后来表明,这些细胞致力于肾元血统,能够分化成功能性足细胞(38]。这些细胞足突细胞细胞生物学代表一个新的模型来研究和发展。此外,房颤的孤立肾干细胞可以的一个有吸引力的来源细胞来修复肾脏损伤。
众所周知,在人类,nephrogenesis完成约34-36周的胎龄。因此,存在成年人肾脏干细胞/祖细胞是高度讨论,以及他们可能的起源。最初,CD133 +细胞呈现祖细胞特征分离从成人肾皮质39]。随后,这些细胞被发现在不同的肾单位的尿极肾小球囊(40),在近端小管和髓内乳头地区,包括亨利的循环和S3肢段(41]。同意的想法存在的干细胞的人口在成熟的肾脏,它已被证明,新鲜空心尿(42)和尿液从上尿路43)包含干细胞重建泌尿组织能力。这些结果,对比其他组织表明,修复受伤的急性肾小管不涉及专业肾脏祖细胞(44),但从分化管状细胞损伤和幸存的居民进行了去分化(45)为了应对破坏性因素,可能会给他们一个更高的增殖能力,redifferentiate受伤的网站并使其重新融入社会的能力。有关足细胞再生,它已被证明使用排列命运跟踪细胞的肾素家族juxta-glomerular装置可能代表祖细胞在肾小球疾病(46,47]。
肾脏干细胞/祖细胞移植的有效性在肾损伤动物模型被描述使用从胚胎组织祖细胞48和成人肾脏47,49]。人类胚胎肾元祖NCAM +细胞的道和集成在患病小鼠肾脏和有益影响肾功能阻止疾病进展的5/6-nephrectomy肾损伤模型(48]。注入成年肾脏CD133 + CD24 + PDX−adriamycin-induced肾病小鼠模型显示细胞减少蛋白尿和改善慢性肾小球损伤(47],而CD133 + CD24 + CD106 +细胞注射在SCID小鼠急性肾小管损伤能够产生新颖的管状细胞,改善肾脏功能(49]。此外,urine-derived干细胞的治疗效果进行了测试在无胸腺的小鼠模型和VEGF-expressing urine-derived干细胞结合人类脐静脉内皮细胞被用于治疗膀胱输尿管的回流和压力性尿失禁50]。这些细胞也被有效的开发多层粘膜结构类似于本机尿道组织当播种在小肠黏膜下层三维多孔支架,可以看作是一种替代细胞来源的细胞组织工程(51]。然而,尿KSPCs在肾损伤的治疗潜力还需要研究。
总的说来,这些研究证实尿液的重要性作为一种无创性的可行的细胞与潜在来源再生医学和组织工程,除了细胞毒性和药理研究。
4所示。尿细胞外囊泡(EVs)
细胞外囊泡(EVs)小颗粒(100 - 1000 nm)分泌的所有类型的细胞在生理和病理条件下。他们是由脂质双分子层,包含几个胞质蛋白,脂质和核酸,包括它们的生物“货物”52- - - - - -54]。由于他们显然重要的信息交流作用,电动汽车在过去几十年而获得了日益增加的兴趣大量研究证明他们隔绝各种体液,包括尿(53]。作为电动汽车的内容可能反映了细胞起源及其病理生理状态,尿电动汽车代表了一种独特的信息可用于诊断和可能显示随着干细胞/祖细胞治疗功能。
最近的研究提供的证据表明,uEVs出现在肾元内的preurine可能转移信息段,因此代表intranephron沟通机制(55,56]。尿EVs源自每一个肾脏上皮细胞,包括肾祖细胞。Dimuccio等人显示,在这方面缺乏CD133 +尿EVs肾病病人患有结束阶段,潜在的可能疲惫CD133 +祖细胞在这些病人57]。此外,低水平的CD133 + uEVs在场延迟移植移植物早期复苏相比,水平之间的相关性可能暗示CD133 +泡尿和肾内稳态或恢复受伤后(57]。
最后,EVs已知概括干细胞的治疗效果,由于他们的旁分泌作用,导致在mRNA水平转移,和微rna,蛋白质(52,58- - - - - -60]。特别是,间充质干细胞EVs刺激肾小管上皮细胞的增殖和凋亡抵抗在体外(59)和加速的形态和功能恢复在活的有机体内在不同的实验动物模型的肾损伤58,60]。尿内电动汽车,因此可能progenitor-derived EVs可能参与当地对邻近细胞旁分泌作用,指导分化或再生程序。
因此,考虑到每个肾脏上皮细胞可能秘密囊泡尿空间,可以使用尿EVs作为预后的标志物,几个肾脏疾病的诊断和治疗。
5。优势、局限性和未来的挑战
使用尿肾细胞的来源有很大优势组织收获相比,由于收集的非侵入性方法;它提出了更少的道德问题,一旦尿液排泄身体的产品;许多样品可以收集来自同一个人,允许调查疾病及其治疗进展;细胞可以用于自体移植后治疗避免免疫排斥由于抗原差异;而且非常重要的是,细胞收集尿液中是可行的,能够增殖在文化、和现在类似的特性从肾脏组织细胞的收获。
然而,肾脏细胞的文化提出了一些局限性,因为成熟的细胞。如果尿肾干细胞/祖细胞能够分化成完全成熟和功能肾细胞,他们可以解决这个问题。
在未来,人类肾细胞分离尿液可能扮演一个角色在组织工程个性化医疗的病人患有肾病或慢性肾脏疾病。生物人工肾结合自体肾细胞可以帮助改善肾功能和它的结果。然而在此之前,一个完整的描述和一个严格的选择应该做的细胞在临床应用安全的实现。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
范妮奥利维拉Arcolino和艾格尼丝侵权Piella贡献了同样的工作。
确认
作者承认FP7 NephroTools ITN之下的资金支持(289754)。支持埃琳娜Levtchenko研究Foundation-Flanders (F.W.O. Vlaanderen),授予1801110 n。