骨关节炎(osteoarthritis,OA)是老年人致残的主要原因,影响全球16%的人口。该疾病的特点是关节逐渐退化,并伴有低度炎症,导致慢性疼痛和活动不便。
OA临床治疗主要包括药物疗法、物理疗法和手术疗法,以及其他基于缓解疼痛的综合疗法,但上述治疗仅能够一定程度缓解疼痛,改善关节功能,无法从根本上逆转膝关节进一步退变的进程。
间充质干细胞(MSCs)是一种有前景的OA疾病全新疗法。MSC具有免疫调节和再生能力,可能恢复OA关节中合成代谢和分解代谢过程之间的失衡。并且在临床试验中,关节内注射人间充质干细胞几乎没有不良事件。
越来越多的证据表明,旁分泌信号传导是间充质干细胞发挥作用的关键机制,而MSC的旁分泌作用是由MSC衍生的细胞外囊泡(MSC-EVs)介导的。因此,最近学界出现了将MSCs对于OA的治疗潜力被归因于MSC-EVs的分泌的观点。
细胞外囊泡(EVs)是细胞分泌的膜结构的小囊泡,它们携带蛋白质和RNA等货物从一个细胞转移到另一个细胞,在细胞间穿梭并发挥许多功能,可分为三种亚型:外泌体(exosomes)、微泡和凋亡小体,其中研究最火热是外泌体这个亚群。因为在所有细胞外囊泡中,外泌体的平均粒径最小、均一度最高(粒径分布范围最窄)、组成最为复杂、功能最为多样。
MSC-EVs继承了亲本细胞的生物学特性,具有与MSCs非常相似的免疫调节能力与再生特性。
有研究者比较MSCs和MSC-EVs在轻度OA模型中的治疗效果,并将题为“Mesenchymal stem/stromal cells-derived extracellular vesicles as a potentially more beneficial therapeutic strategy than MSC-based treatment in a mild metabolic osteoarthritis model”的论文发表于国际期刊《Stem Cell Research & Therapy》上。
研究者将雄性Wistar-Han大鼠饲喂高脂肪饮食24周,12周后通过沟槽手术单侧诱导OA。手术后8天,将大鼠随机分为三个治疗组,接受MSCs(仅注射一次),MSC-EVs(注射五次,以补偿它们在关节中的快速退化)或载体注射。测量了疼痛相关行为、关节退化以及局部和全身炎症。
结果发现,与MSC治疗相比,MSC-EV治疗可降低软骨退化,减少疼痛行为,骨赘病和关节炎症。这表明在这种轻度代谢 OA 模型中,MSC-EVs 可能是一种比 MSCs 更有前途的治疗策略。然而,这里必须考虑一些限制,因为研究者没有关于MSCs在体内分泌的EVs量的数据,不能假设MSC-EVs组注射的EVs数量等于MSCs组干细胞释放的EVs量。
而从既往的研究中,针对MSC-EVs治疗OA治疗的可能机制主要包括:
MSC-EVs可以通过免疫调节作用改善关节内的炎症微环境,EVs能够抑制炎症反应,减轻炎症因子的释放,同时促进巨噬细胞向M2表型极化,达到组织修复的作用。
MSC-EVs可以作用于软骨细胞,促进软骨细胞的增殖和迁移,还能够保护正常的软骨细胞免受其他因素的影响。
EVs能够促进细胞外基质的合成,使其缓解OA的进展。
此外,由于骨关节炎是一种多因素疾病且难以治疗,因此联合疗法也可能是一种解决方案。基于MSC-EV的治疗可以作为其他有前途的药理学方法的补充,如sprifermin、tanezumab和IL-1β受体拮抗剂,或其他再生方法,如干细胞、自体软骨细胞植入等。
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