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类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种以侵蚀性、对称性多关节炎为主要临床表现的自身免疫性疾病。研究表明RANKL/OPG比例失衡是RA骨侵蚀和破坏的一个重要机制。目前的治疗方法尚不能对RA的骨破坏进行有效修复,因此急需寻找一种可以抑制RA骨破坏进展的新型治疗药物。MSC-MVs(mesenchymal stem cell-derived microvesicle)是MSCs在静息或应激状态下产生的异质性膜分泌体系,目前已证实,MSC-MVs能模拟其母体细胞的组织修复作用,可能成为抑制RA骨破坏进展的治疗新手段。 目的: 观察尾静脉注射人脐带间充质干细胞微泡(hUCMSC-MVs)对CIA大鼠模型的干预效果,评估其对 CIA大鼠骨密度的影响,并在血清及组织水平探讨hUCMSC-MVs对CIA大鼠骨代谢因子RANKL、OPG水平的影响。 方法: 1.采用组织块培养方法体外分离、培养hUC-MSCs,流式细胞术检测表面抗原 CD29、CD44、CD105、CD73、CD90、CD166、CD34、CD45,在特定条件下对hUC-MSCs的成骨、成脂分化潜能进行鉴定;对hUC-MSCs“饥饿”培养24小时,使用差速离心提取上清液中的微泡,使用透射电镜观察其形态,并使用Nano Drop2000超微量分光光度计测定其蛋白质含量。 2.将54只体重及鼠龄相当的 Wistar大鼠随机分为2组,正常对照组(6只)和造模组(48只),造模组用牛II型胶原和弗氏完全佐剂乳化液2次免疫动物,建立CIA大鼠模型,造模成功(36只)后随机分为CIA组6只、MTX组6只、hUCMSCs组6只、hUCMSC-MVs低浓度组6只、hUCMSC-MVs中浓度组6只、hUCMSC-MVs高浓度组6只。MTX组腹腔注射0.9mg/kg,每周1次,共3周。MSC组尾静脉注射2×106个MSCs/100μl盐水,1次。hUCMSC-MVs低、中、高浓度组分别经尾静脉注射30、60、90ug hUCMSC-MVs/100μl盐水,1次。 3.分别通过测量双足肿胀度、关节炎指数、影像学及病理学评分对CIA大鼠的干预效果进行评估;为初步探究hUCMSC-MVs对CIA大鼠骨密度的影响,本研究分别从每组大鼠中各选取1只大鼠进行Micro-CT扫描,对扫面所得断层图像进行三位重建及骨参数分析。 4.使用高通量流式多因子检测技术测定各组大鼠血清中RANKL、OPG的表达水平。应用免疫组化技术检测各组大鼠滑膜组织RANKL、OPG的表达水平。 结果: 1. hUCMSC的分离及鉴定:hUCMSCs呈比较均一的,沿一定方向排列的,梭形的成纤维细胞样生长,CD29、CD44、CD105、CD73、CD90和CD166阳性, CD34、CD45阴性,符合间充质干细胞的国际标准。透射电镜观察,显示离心所得产物为一类直径介于30nm-200nm之间大小不一的囊泡状结构,符合目前国际公认的鉴定MSC-MVs的标准。 2. CIA大鼠造模成功率达83.3%(40/48)。症状、双足肿胀度、关节炎指数、影像学、病理评估证实造模成功,为慢性关节炎。 3. hUCMSC-MVs干预CIA大鼠后的效果评估: (1)关节炎指数(AI):初次免疫后,各造模组大鼠关节炎指数进行性升高,初次免疫后14d对CIA大鼠进行干预后关节炎指数逐渐下降。初次免疫后42天, CIA组大鼠关节炎指数仍显著高于正常对照组(p<0.05),各干预组大鼠关节炎指数有所降低,其中MTX组关节炎指数最低,且仅MTX组与CIA组比较有统计学差异(P<0.05)。提示在改善关节炎指数方面, MTX组疗效最显著, hUCMSC-MVs及hUCMSCs组疗效均不显著。 (2)关节X线改变:与正常对照组相比,CIA模型组大鼠关节X线表现为关节间隙模糊,甚至狭窄,有骨质疏松的出现,加强免疫后可见踝关节有虫蚀样破坏。hUCMSC-MVs、hUCMSCs及MTX治疗后关节破坏有所修复,关节间隙较前略有所减轻,且各实验组对其改善程度相近。 (3)HE关节病理改变:CIA组大鼠的滑膜层次增多,可达10-20层,排列紊乱,大量炎性细胞浸润,软骨、骨组织严重侵蚀;hUCMSC-MVs低浓度组滑膜增生、炎性细胞浸润、软骨及骨组织侵蚀有所减轻;hUCMSCs组、MTX组及hUCMSC-MVs中、高浓度组滑膜增生、炎性细胞浸润、软骨及骨组织侵蚀明显改善。 4. hUCMSC-MVs对CIA大鼠骨密度的影响: (1)Micro-CT检测大鼠踝关节骨密度改变:CIA组大鼠可见明显骨质疏松,各干预组大鼠骨质疏松程度均较CIA组大鼠明显改善,hUCMSC-MVs高浓度组大鼠骨密度与hUCMSCs组及MTX组大鼠相近; (2)骨参数改变:CIA组大鼠BV/TV、Tb.N及Tb.Th值低于正常对照组大鼠,Tb.Sp值高于正常对照组大鼠;各干预组大鼠BV/TV、Tb.N及Tb.Th值高于CIA组大鼠,Tb.Sp值低于CIA组大鼠。 5. hUCMSC-MVs对CIA大鼠RANKL/OPG系统失衡的影响: (1)CIA组血清 RANKL水平显著增高,OPG水平显著降低(P<0.05)。与CIA组相比,hUCMSC-MVs中、高浓度组、hUCMSCs组及MTX组血清中RANKL表达水平降低,OPG表达水平升高(P<0.005);hUCMSC-MVs高浓度组血清RANKL值略高于MTX组及hUCMSCs组,OPG值略低于MTX组及hUCMSCs组,但差异无统计学意义(P>0.05)。 (2)CIA组踝关节滑膜组织 RANKL水平显著增高,OPG水平显著降低(P<0.05)。与CIA组相比,hUCMSC-MVs中、高浓度组、hUCMSCs组及MTX组踝关节滑膜组织中 RANKL表达水平降低, OPG表达水平升高(P<0.05)。hUCMSC-MVs低浓度组与CIA组踝关节滑膜组织RANKL及OPG表达水平相近(P>0.05)。hUCMSC-MVs高浓度组与hUCMSCs组及MTX组踝关节滑膜组织RANKL及OPG表达水平相近(P>0.05)。 结论: 1. hUCMSC-MVs可改善CIA大鼠的病理学改变,但尚不足以显著改善其关节炎症状。 2. CIA大鼠骨破坏系统发生紊乱,RANKL/OPG系统失衡参与了其骨破坏的发生发展。 3. hUCMSC-MVs可改善CIA大鼠的骨质疏松程度,并可通过降低血清及关节滑膜组织中的RANKL水平,升高OPG水平而达到调节骨破坏系统紊乱的作用。 4.高浓度 hUCMSC-MVs在调节 RANKL/OPG系统失衡方面与 hUCMSCs组相似,提示高浓度hUCMSC-MVs可模拟其母体细胞本身发挥骨保护作用。 5. MTX及高浓度 hUCMSC-MVs均可通过降低血清及关节滑膜组织中的RANKL水平,升高OPG水平而达到调节骨破坏系统紊乱的作用,但MTX组效果更加明显。