EB1089修复初治系统性红斑狼疮缺陷间充质干细胞的作用研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongshan
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目的:系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus,SLE)是以自身免疫介导,免疫性炎症为表现,全身多器官受累为特征的弥漫性结缔组织病。近年来“SLE间充质干细胞(Mesenchymal stem cell,MSC)缺陷学说”在其机制研究中是一个热门观点。免疫紊乱是SLE发病的核心,免疫细胞及相关因子在输出骨髓前出现异常,或者说造血干细胞分化,发育成免疫细胞过程中出现缺陷,引起后续SLE疾病发生的连锁反应是MSC缺陷学说的立据。MSC是骨髓造血微环境最重要的部分,其数量增殖,多向分化功能,基础细胞因子分泌均是为稳定造血干细胞健康生长提供保障的基础。MSC一旦出现缺陷就会破坏骨髓基质微环境平衡,之后对造血干细胞产生继发损伤,尤其是对免疫细胞有重要的影响,对机体免疫抑制,免疫耐受等作用减弱,参与SLE的疾病进程。但目前有关SLE骨髓MSC基本属性缺陷的研究结论不完全一致。一方面研究显示SLE患者体内MSC存在数量缺陷,骨架形态改变,多向分化潜能异常,基础细胞因子分泌缺陷。但另一方面研究则指出与健康人相比SLE病人骨髓MSC在上述属性中无显著差异,出现缺陷的原因是长期病程,激素联合免疫抑制药物应用等共同作用的继发结果。但上述研究中缺乏对初诊,年轻病人的实验观察,无法判断SLE MSC缺陷是否是“自带属性”,此外目前针对MSC缺陷的辅助治疗以异基因移植为主,但外源植入捐赠者骨髓,其可变性、排斥反应及细胞培养诱导中MSC功能性质和遗传不稳定性对于长期预后仍是个让人担忧的问题,那么能否通过药物治疗使SLE缺陷MSC在基本属性上得到修复也是我们感兴趣的问题。维生素D是一种能够广泛发挥多种生物学功能,药理活性的甾体激素,在体内以1,25(OH)2D3的活性形式与维生素D受体(Vitamin D receptor,VDR)结合,再与维甲酸X受体结合成二聚体,作用于细胞内不同靶反应元件,调控多种生理学功能,也能够直接作用于靶细胞,对正常MSC的增殖和分化可能发挥一定作用,但具体机制尚不明确。临床上主要应用稳定性好,高钙血症等不良反应小的活性维生素D类似物来实现治疗,EB1089就是其中一种。研究发现除了经典钙磷调节作用外,EB1089主要通过结构改变,分离和加强对细胞增殖,分化,组织修复等药效方面的功能,并在不同作用浓度,不同干预时间,对不同种属来源的细胞发挥诸如抗衰老,抗氧化,抑制炎症,免疫调节,细胞修复,抗肿瘤等多种药理学作用。近年来还发现维生素D类药物对造血微环境细胞因子分泌有调节作用,还可能直接作用造血干细胞促进其数量增殖。那么结合EB1089在促进细胞增殖,诱导分化,调节细胞因子等方面的多重药理活性和对SLE MSC缺陷的已有认识,EB1089能否成为MSC的细胞修复剂,从而改善SLE疾病进程。  方法:收集初诊、青年、女性SLE病人骨髓标本20例,健康对照骨髓标本10例,排除感染,肿瘤,长期慢性疾病及其他自身免疫系统疾病,体外行MSC分离培养鉴定。观察两组骨髓MSC在形态,表型,生长的不同并分别绘制生长曲线。MTT法比较两组MSC数量的差异及EB1089对SLE组MSC增殖的影响。进一步诱导MSC成骨分化,行碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)活性测定和茜素红半定量试验,实时荧光定量聚合酶链反应(Real Time Polymerase chainreaction,Real time PCR)和免疫印迹法(Western blot,WB)检测Runx2 mRNA及蛋白表达比较两组MSC成骨分化的差异及EB1089对SLE组MSC成骨的影响。留取培养上清液并收集细胞,酶联免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测白介素6(Interleukin6,IL-6),IL-11,肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factorα,TNF-α),干扰素γ(Interferonγ,IFN-γ)的水平,real time PCR测定转录水平mRNA表达比较两组MSC细胞因子分泌的差异及EB1089对基础细胞因子分泌的调节作用。流式细胞仪检测MSC内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)水平的变化,Western blot检测Smad1,Smad5,Smad8,磷酸化Smad1/5/8,核因子kB抑制剂(Nuclear factor-kappaB inhibitor,IkB),磷酸化IkB蛋白表达探索EB1089修复MSC的机制。  结果:成功分离、培养正常组和初治,青年SLE组的骨髓MSC,镜下观察两组MSC在形态上无显著差异,表型一致均表达CD105,CD73,CD90,不表达CD45,CD34。SLE组原代和P1代细胞培养时间明显长于正常组(24.9±0.73&14.2±0.66天,14.2±1.48&7.0±0.70天,p<0.001)。生长曲线显示两组整体生长趋势无差异,但SLE组同期细胞数量却较正常组明显减少。MTT显示初治、青年SLE组的骨髓MSC相对数量明显少于正常组(0.258±0.004&0.448±0.007,p<0.001)。EB1089浓度(1,10,100,1000) pM干预后,SLE组细胞数量均有增加(0.322±0.009&0.372±0.004&0.438±0.007&0.441±0.042),有一定浓度依赖性,以EB1089浓度100pM,1000pM时作用最为显著,但两个浓度作用之间无显著差异(p>0.05)。然后我们诱导两组MSC成骨分化,从ALP和茜素红染色结果分析SLE组成骨能力明显下降,在基质成熟期和矿化期,初治,青年SLE组ALP活性和茜素红半定量结果较正常组明显下降(9.21±0.53&27.42±3.15ng/l,p<0.001),(0.23±0.00&0.65±0.01,p<0.001)。成骨特异基因Runx2 mRNA转录及蛋白表达较正常组也明显减少(0.55±0.14&2.25±0.66,p<0.001),(1.52±0.13&3.11±0.25 p<0.001)。SLE组在EB1089浓度(1,10,100,1000) pM干预后,ALP活性,茜素红半定量结果,Runx2 mRNA及蛋白表达均有明显增加,(17.70±4.91&25.16±0.95&27.17±1.38&27.37±1.90ng/l),(0.35±0.02&0.42±0.04&0.63±0.02&0.66±0.03),(0.98±0.27&1.63±0.15&1.93±0.38&2.07±0.98),(2.31±0.16&2.81±0.15&3.60±0.14&3.47±0.38)差异有统计学意义。我们采用ELISA法检测两组MSC基础细胞因子分泌水平,结果提示初治,青年SLE组IL-6, IL-11,TNF-α, IFN-γ的水平明显高于正常组[(194.97±44.11&104.11±22.57),(430.00±145.45&254.71±62.89),p<0.01][(58.10±14.99&27.07±9.26),(69.59±17.75&34.11±5.99),p<0.001],EB1089干预能够降低TNF-α,IFN-γ的水平p<0.05,对IL-6,IL-11的水平无影响(p=0.87,p=0.42)。Real time PCR在转录水平同样证实了上述结论。流式细胞仪检测发现初治、青年SLE组骨髓MSC内ROS水平较正常组明显升高(192.15±10.78&75.76±8.34,p<0.0001)。EB1089浓度(1,10,100,1000)pM干预后ROS水平均有下降(149.69±9.18&139.46±10.05&103.98±11.77&99.78±10.30),有一定浓度依赖性,与SLE组比较有统计学差异。WB结果显示正常组,SLE组,EB1089干预组Smad1,5,8蛋白表达无显著差异p>0.05,但磷酸化Smad1/5/8蛋白在SLE组表达明显减弱,与正常组及EB1089对照组比较P<0.05,EB1089干预后其表达有所增加,提示EB1089能够活化BMP通路。而初治,青年SLE组IkB-a蛋白表达减弱,而磷酸化IkB-a表达相对增强,与正常组及EB1089对照组比较P<0.05,EB1089干预后增加IkB-a蛋白表达并抑制磷酸化IkB-a表达,提示EB1089能够抑制核转录因子kB(Nuclear factor kappaB,NF-kB)通路。  结论:⑴初治,青年SLE骨髓MSC存在数量缺陷,表现为增殖减低,倍增周期延长;成骨分化不足,表现为成骨数量减慢,成熟及矿化减低,成骨相关蛋白表达减低;基础细胞因子分泌异常,表现为IL-6,IL-11等造血支持因子代偿性增加,TNF-α,IFN-γ等造血负向调节因子/促炎因子自发显著增加。这些基本属性缺陷是SLE的“自带属性”,与药物干预,长期病程,年龄诱发的细胞衰老等因素无关,但是与MSC的功能发挥息息相关。⑵EB1089能够促进SLE缺陷MSC的数量增殖,增加MSC成骨分化中ALP活性,基质矿化能力,Runx2成骨因子的表达,促进MSC成骨分化,并且能够抑制TNF-α,IFN-γ等造血负向调节因子/促炎因子的分泌,对IL-6,IL-11等造血支持因子代偿增加无显著影响。⑶EB1089对SLE骨髓MSC基本属性缺陷具有修复作用,机制可能与降低细胞内ROS水平,减少氧化应激导致的DNA持续损伤,抑制NF-kB信号通路,活化BMP/Smad1/5/8信号通路有关⑼⑷目前在SLE临床治疗过程中,维生素D类药物仍仅仅作为骨质疏松预防的一种治疗。本研究证实了维生素D类似物EB1089对SLE缺陷MSC的修复作用并探索了可能机制,在原有治疗基础上联合针对缺陷MSC的修复治疗可能更加有利于SLE疾病的缓解和预后,为维生素D类药物未来在SLE治疗应用找到新的论据,我们也看好维生素D或新开发的活性类似物可能作为免疫调节剂日后成为治疗SLE的新武器。
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