人脐带间充质干细胞微泡对胶原诱导关节炎大鼠的骨保护作用及对其RANKL/OPG系统失衡作用机制的研究

来源 :山西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tbtbtb5518232
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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。
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