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类风湿关节炎(Rheumatoid Arthritis,RA)是一种病因不明的慢性全身性自身免疫系统疾病,常常以软骨破坏、骨质流失和关节滑膜炎性增生为主要特征。疾病呈持续进展性,在疾病的晚期可引起关节功能丧失,具有极高的致残率和致畸率。目前研究认为,RA的疾病进展程度与基质金属蛋白酶(Matrix Metalloproteinases,MMPs)、趋化因子和促炎细胞因子等的产生呈极大的正相关性。研究表明,20余种MMPs中受关注度最高的两个,即MMP-2和MMP-9,在RA患者受累关节中过度产生,它们通过刺激血管生成和直接降解软骨细胞基质的方式,在RA软骨损伤机制中发挥重要作用。此外,过量分泌的炎性细胞因子如肿瘤坏死因子α(Tumor Necrosis Factorα,TNF-α)、白细胞介素6(Interleukin-6,IL-6)和白细胞介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)等,也在RA的免疫发病机制中起着重要作用。在众多炎性细胞因子中,TNF-α不仅是引起RA炎症的关键因素之一,而且研究显示它同时可以诱导产生其他的促炎症细胞因子。实验验证用生物抑制剂阻断TNF-α,可降低IL-1β、IL-6、IL-8和粒细胞集落刺激因子(G-CSF)等的产生,反映其在RA滑膜炎中的主导作用。近些年,研究人员使用骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSC)通过局部移植的方式修复软骨缺损取得优异的成果。BMSC是一种具有多种分化潜能的细胞系,它可以在体外或体内条件下,经过特定的刺激后分化为多种组织类型,包括骨、软骨、心肌组织和神经组织等。BMSC在组织工程领域取得了巨大的成就,使得许多研究者对BMSC在RA治疗中的应用充满期待。同时许多报道显示,BMSC在调节免疫应答方面也表现出强大的优越性,包括抑制T淋巴细胞的增殖和抑制炎症介质生成,因而引起了广泛的关注。此外,也有研究者报道BMSC能够在特定组织中积累,特别是在肿瘤、受损组织和炎症部位,这就是BMSC的归巢效应。这种细胞迁移的确切机制尚不清楚,但有研究表明归巢效应与特定配体和/或受体在肿瘤、炎症或受损组织中的表达有关,这些组织就如同炎症区域招募白细胞一样,使得BMSC在其区域聚集。BMSC的归巢效应已经被研究用来作为药物载体实现肿瘤治疗的靶向治疗。本研究目的在于探讨一种基于BMSC的靶向运输的新型载药系统负载TNF-α抑制剂对RA的炎症抑制作用及对受累关节的软骨的保护作用,从而评价BMSC作为药物载体在RA治疗中的潜能及优势。我们将依那西普(Etanercept,ETA),一种临床常见的TNF-α抑制剂,通过一个对MMP-2酶切敏感的短肽PLGLAG连接在BMSC表面。通过这种方式,ETA可以借助BMSC的归巢能力到达炎症部位。随后,受累关节区域过表达的MMP-2将PLGLAG特异性切断,从而实现ETA在炎症关节区域特异性释放。我们首先通过细胞毒性试验,表征了治疗药物浓度的ETA对BMSC的毒性作用极小,满足了BMSC作为药物载体最基本的条件。随后又通过药物释放实验验证了PLGLAG的MMP-2酶切敏感性,表明在MMP-2存在的情况下,PLGLAG能够被特异性的切断,释放出连接在细胞表面的ETA。小动物活体实验成像结果显示,静脉注射BMSC/PLGLAG/ETA后,药物在第3天开始从肺部往受累关节区域转移,并且在随后的一周时间内能够持续的在受累关节聚集,验证了BMSC归巢炎性关节区域的重要特点。并且在静脉注射荧光标记的BMSC/PLGLAG/ETA后第5天,分离小鼠后肢关节滑膜组织,在共聚焦激光扫描显微镜(Confocal laser scanning microscopy,CLSM)下观察到药物从血管内出来后实现了BMSC和ETA的分离现象,间接验证了PLGLAG的MMP-2酶切敏感性。我们进一步在CIA小鼠模型中验证BMSC/PLGLAG/ETA体内实验的治疗效果。我们选用了非MMP-2敏感的短肽PIGIAG作为PLGLAG的阴性对照,设立了6个实验治疗组,即BMSC/PLGLAG/ETA组、BMSC/PIGIAG/ETA组、BMSC+ETA组、ETA组、BMSC组和Control组。实验结果显示相比于其余各组,BMSC/PLGLAG/ETA能够很好的减轻CIA小鼠关节肿胀程度,减缓RA进展。同时BMSC/PLGLAG/ETA还可以明显的抑制关节滑膜组织的增生,保护关节面的平整性及关节软骨的完整性。显著减少关节局部促炎细胞因子的生成,保护关节软骨免受侵蚀,并且降低血清中促炎细胞因子的浓度,控制全身炎症状态。与此同时,我们分别设定60天治疗组和90天治疗组,展示出BMSC/PLGLAG/ETA持久的抑制炎症和保护软骨作用。在本课题中,我们设计的利用BMSC归巢效应实现靶向治疗RA的策略,具有严谨的实验科学性,同时通过实验证明了BMSC/PLGLAG/ETA可以减缓RA疾病进展,对软骨起到极好的保护作用,为RA靶向治疗提供了新的思路。更为重要的是,我们的设计思路甚至为其他慢性炎症的治疗提供了一种理想的治疗策略。