骨髓間充質干細胞通過抑制破骨相關因子和分化為軟骨細胞改善膠原誘導關節炎大鼠的骨侵蝕
類風濕性關節炎(RA)以對稱性多關節炎為特征，滑膜炎癥浸潤以及免疫細胞和滑膜成纖維細胞之間的相互作用最終導致軟骨和骨侵蝕。傳統的類風濕性關節炎藥物主要包括非甾體類抗炎藥和傳統改善病情抗風濕藥物，這些藥物通常會引起胃腸道副作用、腎損害、骨髓抑制和心理障礙。近年來對RA的研究進展已經闡明了炎癥、自身免疫、細胞因子網絡和各種細胞功能在RA發生和發病中的作用。多種靶向抑制免疫細胞、細胞因子及其信號通路藥物的上市使許多難治性RA患者受益。然而，這類藥物僅針對RA發病的某一步驟，而且價格昂貴。可引起注射部位、腫瘤及肺結核等傳染病的反應，停藥后易復發。此外，大約30%的患者對這種治療沒有反應，臨床緩解的RA患者在影像學檢查時顯示進行性關節糜爛。因此，在RA的關節損傷后，關節糜爛不能通過藥物治療干預有效修復，是進行性關節損傷、繼發性骨關節炎和關節功能障礙的危險因素。細胞、組織和基因工程的進步使得干細胞治療適合于類風濕關節炎。間充質干細胞(MSCs)具有多能性，易于分離和擴增，特別是分化為軟骨細胞，具有免疫調節和抗炎功能。因此，它們是修復RA患者關節損傷的理想治療方法。大量研究報道MSCs在RA中具有免疫調節作用;然而，沒有研究報道MSCs植入RA患者或RA動物模型的命運。外用MSCs后，MSCs遷移、歸巢到關節組織以及抑制大鼠骨破壞的機制尚不清楚。
因此，為明確骨髓MSCs(BMSCs)對RA動物經典模型-CIA大鼠的干預作用，并分析其發揮作用的具體機制，c7c7.app第三臨床醫學院風濕免疫科張莉蕓教授團隊在大鼠體內實驗中研究了BMSCs對CIA大鼠的干預效果，評估其關節炎指數、影像學及滑膜病理改變；通過尾靜脈給藥綠色熒光蛋白（GFP）標記的MSCs，追蹤MSCs的遷移和歸巢，并探討其抑制骨破壞的機制，為BMSCs在RA的臨床轉化應用提供重要的理論和實驗基礎。該研究成果于2020年以“Bone marrow mesenchymal stem cells improve bone erosion in collagen-induced arthritis by inhibiting osteoclasia-related factors and differentiating into chondrocytes”為題發表于Stem Cell Research & Therapy上。
該研究結果顯示：
1、大鼠BMSCs的分離、培養及鑒定
在標準培養條件下，大鼠骨髓間充質干細胞粘附在塑料基質上生長，呈現長紡錘狀形態(圖1A)。流式細胞術分析BMSCs表面抗原表型顯示CD44、CD105和CD29表達，而CD45、CD34和CD31不表達。此外，在誘導培養基中培養后，BMSCs在體外具有成脂、成骨和成軟骨分化的潛力(圖1C-F)。此外，熒光顯微鏡下，市售GFP標記的MSCs的形態與我們實驗室提取和培養的大鼠BMSCs相似，細胞顯示綠色熒光信號(圖1B)。
圖1：BMSCs與GFP-BMSCs的特性
2.BMSCs移植對CIA大鼠的干預作用評估
經靜脈輸注BMSCs可改善CIA大鼠關節炎癥，延緩CIA大鼠關節炎放射學進展，作用與RA經典藥物MTX相似。
圖2：BMSCs減輕了CIA大鼠的炎癥反應，并抑制其骨破壞
3.BMSCs對CIA大鼠血清及滑膜中趨化因子軸及骨代謝相關因子表達的影響：
BMSCs抑制血清CXCL10的表達(圖3A)，并抑制滑膜處CXCL10和CXCR3的表達（圖3B）。mRNA表達分析顯示（圖3C），BMSCs可能調節血清和滑膜組織中RANKL/OPG的表達水平。
圖3：BMSCs對CIA模型大鼠RANKL/OPG/TRAF6信號通路及CXCL10/CXCR3趨化因子軸的影響
4.CIA大鼠關節中GFP-MSCs遷移定植及軟骨細胞分化的研究
干預后第3、11、30和42天，在CIA模型大鼠后踝關節中追蹤GFP-BMSCs。移植3天后，GFP陽性細胞主要分布在骨髓和滑膜組織中(圖4A、B、C)，軟骨組織中未觀察到GFP陽性細胞(圖4D)。從第11天開始在軟骨中觀察到GFP陽性細胞，并逐漸從梭形細胞轉變為橢圓形/球形細胞(圖4E)，移植后42 d仍觀察到GFP陽性細胞(圖4F)。抗Ⅱ型膠原免疫熒光染色觀察到關節軟骨(尤其是受損軟骨)中有抗Ⅱ型膠原/GFP雙陽性細胞（圖5）。
圖4:GFP-BMSCs移植后3 d在滑膜軟骨和骨髓中的分布
圖5：免疫熒光染色顯示BMSCs在軟骨損傷部位轉變為GFP/ II型膠原雙陽性細胞(1000×)
綜上，BMSCs可通過抑制CXCL10/CXCR3趨化軸和調節RANKL/OPG比值，并直接分化為軟骨細胞，改善CIA大鼠的骨破壞，為BMSCs在RA治療的臨床轉化應用提供重要依據。
張莉蕓教授為本研究的通信作者，高晉芳為本研究論文的第一作者，該研究得到國家自然科學基金、山西省科技廳自然科學基金面上項目的支持。
