骨骼的疾病及干细胞曙光

2021-03-30 03:21:56 238

我国已步入人口老龄化,骨质疏松、骨性关节病等与骨骼相 关疾病的发病率处于上升的趋势,发展新的手段及方法 对该类疾病的防治具有重大意义。

骨骼的疾病及干细胞曙光

以往的传统手段中,当骨 或者一些相关的组织、器官发生伤残或者功能障碍的时候,必须 通过一系列的药物或者一些移植手段来恢复其结构和功能。 但是单纯的药物很难实现大块组织或者器官的再生,因此治 疗效果有限;而组织和器官的移植,虽然能达到比较好的效 果,但是组织来源的问题一直没有得到很好的解决。例如,骨质 疏松症,经常是一个全身的、系统性的质量下降,因此从患者身 上去收集足够量的健康骨质来进行移植是不可能实现的,而同种 异体的移植方法又面临着供者的数量不足以及移植以后强烈的免 疫排异反应。

基于此,通过自体细胞实现再生医学在骨骼疾病上面受 到越来越多的专家的重视。其中通过干细胞移植来骨质疏松 症一直是骨再生医学中的研究热点。骨质疏松是以骨量减少、骨 组织里的显微结构发生退行性改变,致使骨强度下降、脆性增强、

骨折危险性增高的一种全身代谢性骨病。在临床上主要表现为腰 背疼痛和病理性骨折,主要发生在中老年人,尤其是绝经后的妇 女人群中,其发生率高达60%以上。2002年,市冈(Ichioka ) 等研究发现,将同种异体间的间充质干细胞于骨髓腔注射移植 后,实验组的SAMP6小鼠属快速老化模型小鼠(senescence accelerated mouse, SAM )的血液淋巴系统将会被供体细胞替换, 全身的骨骼骨小梁密度增加,骨矿物质密度和健康小鼠相当,骨 吸收水平降低,体内的骨重塑调节激素和细胞因子含量回归到正 常水平,纠正了实验鼠的骨质疏松的情况。目前,可以应用于骨 再生中的干细胞有胚胎干细胞,诱导多功能干细胞,以及成 体干细胞,因此如何选取合适的种子细胞进行相关研究有重大 的意义。

脆骨病,医学名称为成骨不全症(osteogenesis imperfbcta ), 是一种少见的先天遗传性骨骼发育障碍性疾病,主要表型为I型 胶原合成障碍,发病率约为万分之一,全世界大约有500万患者, 目前对这神疾病主要采取预防骨折等对症方法,并无有效的 方案。来自美国宾州州立大学医学院的研究人员发现直接将 骨髓间充质干细胞和作为细胞外基质的I型胶原混合后注射到患 有成骨不全症的小鼠(OIM)股骨的骨髓腔中,骨髓充质质干细 胞分化成为成骨细胞和骨细胞并在体内合成高密度新骨,显著改善了小鼠长骨的强度。研究人员从正常小鼠分离了骨髓干细胞并 标记了 GFP绿色荧光蛋白。这样就能够追踪骨髓间质干细胞在体 内的分布和变化,并且评价对新骨形成的影响和机理。这项研究 发现并提示着:(1)间充质干细胞移植到OIM小鼠的股骨中,在 两周后就可以直接参与新骨的形成,在6周后明显改善新骨生成, 提高长骨的强度和密度;(2) I型胶原联合骨髓间充质干细胞可以 进一步显著增加新骨的形成;(3)移植后间充质干细胞不仅仅直 接参与新骨形成,而且可能通过旁分泌效应分泌骨相关的因子刺 激内源性的干细胞迁移和分化,达到成骨不全症的目的。

类风湿性关节炎是一种非特异性炎症的多发性和对称性的关 节炎。类风湿关节炎在我国的发病率为0.32%〜0.34%,是造成 我国人群丧失劳动力与致残的主要病因之一。目前类风湿性 关节炎的方法均有其局限性。研究表明,其发病与免疫机制 有关,以血管炎和滑膜炎为基本病理特征,随着病情的发展,继 而以滑膜增殖和赘生、关节软骨及软骨下骨侵蚀为主要病理特 征,终导致关节强直畸形和功能丧失。间充质干细胞在体外可 被诱导分化为骨、软骨、肌肉等组织细胞,可被用于骨及软骨的 修复。传统的类风湿性关节炎的方法中,权威的是“金字 塔”方案,即对类风湿性关节炎的患者依次选用非螢体类药、缓解病情的抗风湿药以及类固醇激素。其他一些方法 还包括生物制剂与手术等。然而,目前这些均有其局限 性,如非帯体类药是非特异性对症药物且需长期服用, 而应用这些药物可造成消化道出血、肝肾损害等不良反应。免疫 抑制剂具有较大的不良反应,包括肝损害、胃肠道反应、骨髓抑 制等。有研究推测,间充质干细胞(MSC)可通过细胞及体液 免疫调节的方式阻断类风湿性关节炎的发病,其在相关疾病 时,安全性高,不良反应小。首先,间充质干细胞对非特异性和 特异性T细胞的增生均具有明显的调节作用,而且不依赖于主要 组织相容性复合物。拉玛沙米(Ramasamy )等研究发现,间充 质干细胞抑制T细胞增殖呈剂量依赖性。在混合淋巴细胞反应 中,MSC能抑制T淋巴细胞的增殖,这种抑制效应随着MSC数 量的增加而逐渐加大,而且该抑制作用可由同种异体MSC所调 节。另一方面,MSC也通过影响树突状细胞的功能来发挥免疫 调节作用,MSC通过下调树突状细胞的共刺激分子的表面表达 来抑制单核细胞来源的髓样树突状细胞的成熟。MSC亦能影响B 细胞的功能与增殖。科尔乔内(Corcione )等将人体的MSC与B 细胞共培养,发现MSC能抑制B细胞的增殖,且呈剂量依赖性, 当B细胞与MSC的比例达1 : 1时,该抑制作用强。另外,B 细胞的分化、抗体产生以及趋化游走也受到影响。由于MSC具 有免疫调节功能并可抑制多种免疫细胞的功能,MSC可用于 包括RA在内的多种自体免疫性疾病。此外,对膝关节损伤的动 物模型研究证明,关节内注射MSC可以被募集至损伤部位并参 与损伤的软骨、韧带以及其他组织的修复。小林(Kobayashi )等 的研究表明,将磁性标志的MSC注入实验性髏骨软骨缺损的动 物模型膝关节内,磁性标志的MSC聚集在骨软骨缺损部位,提 示关节内注射MSC可用于骨关节炎或创伤造成的软骨缺损。 而美津浓(Mizuno)等的研究表明,将滑膜来源的MSC注入实 验性半月板损伤的大鼠膝关节内,MSC能够黏附在损伤部位并分 化为软骨细胞。

一种低廉方便的方法 制造纯种的成骨细胞,促 使iPS分化成为任何一种 类型的细胞并不简单,干 细胞的直接分化就好比遵 循一种复杂过程,其中包 含了多种组分和步骤;而 科学家们面对的另外一种 挑战则是如何制造岀不能 产生肿瘤的器官或组织。非常神奇,通过给iPS “喂食”天然分 子腺甘酸,就可以使其再生成为骨质组织。一项刊登在Science Advances上的研究报告中,来自加利福尼亚大学的研究人员通过 研究发现了这种简便且有效的方法,单一分子竟然可以指导干细 胞的命运,而且并不需要制造由小分子、生长因子或其他混合物 组成的混合制剂。研究者通过研究发现,他们可以通过向培养基 中添加腺吾酸来控制人类诱导多能干细胞分化成为功能性的成骨 细胞,这就好比机体中的活体骨质细胞一样,产生的成骨细胞就 可以构建含有血管的骨质组织,当将这些新生的骨质组织移植到 骨质缺陷的小鼠机体中时,成骨细胞就可以在不产生任何肿瘤的 情况下形成新生的骨组织。