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類風溼關節炎(rheumatoid arthritis, RA)是一類以慢性多關節滑膜炎、 骨及軟骨破壞爲主要特徵的全身性自身免疫性疾病。病變呈持續性、 反覆發作過程, 導致明顯的致殘率, 是一種常見的多發病, 它可見於所有種族、 發生於任何年齡。RA發病機制尚未完全明確, 目前認爲自身抗原介導的超敏反應以及非抗原特異性炎症反應是導致破壞性病變的主要原因。研究表明, B細胞作爲抗原提呈細胞與自身抗原如II型膠原蛋白(CII)等相結合, 激活T細胞產生免疫應答, 隨之巨噬細胞、 單核細胞被激活, 並分泌TNFα、 IL1和IL17等炎症因子, 這些細胞因子進一步誘導IL6、 IL8等細胞因子的生成, 同時激活關節軟骨周圍的金屬蛋白酶(MMP)、 釋放滑膜成纖維細胞和破骨細胞, 後者分泌降解糖蛋白和膠原的多種酶, 從而導致關節組織破壞。
傳統治療RA藥物主要包括非甾體抗炎藥物(NSAIDs)和慢作用抗風溼藥(SAARDs)等, 副作用明顯, 常引起胃腸道副作用, 少數有腎臟損害、 骨髓抑制、 精神障礙。近年來興起的生物治療方法廣泛應用於臨牀, 其中針對細胞因子靶向治療的TNFα抑制劑, 如TNFα競爭抑制劑Etanercept和TNFα單克隆抗體Infliximab等是近年使用最爲廣泛的生物製劑, 具有抑制滑膜細胞增生, 減少炎症細胞因子釋放, 從而達到抗炎和改善RA病情的作用。然而Giles等[4]研究發現, 使用TNFα抑制劑易發生各種手術後感染, 且對損傷關節無顯著修復能力, 因此限制了其臨牀使用。目前隨着組織細胞工程學和基因工程學的發展, 對於幹細胞的研究已成爲RA治療的熱點, 其中間充質幹細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)以其多向分化能力、 免疫抑制性能以及組織損傷修復能力和低風險性, 爲RA的治癒提供了新的前景[5]。
1 MSCs的來源及特性
MSCs是幹細胞家族的重要成員, 來源於早期的中胚層和外胚層, 最初在骨髓中發現, 具有多向分化潛能、 造血支持和促進幹細胞植入、 免疫調控和自我複製等特點。
1.1 MSCs的定義 130年前, 德國病理學家Cohnheim在研究傷口修復時, 就提出骨髓中可能存在非造血組織的幹細胞。直到1976年, Friedenstein等[6]才首次報道, 骨髓標本中小部分貼附細胞在培養過程中能夠分化形成類似骨或軟骨的集落。後來的研究表明Friedenstein粗糙分離所得到的細胞是多能的, 可分化爲成骨細胞、 軟骨細胞、 脂肪細胞和成肌細胞。因此, 骨髓基質中的這種多能細胞, 由於能夠分化成爲多種中胚層來源的間質細胞, 而被稱爲間充質幹細胞。後來人們陸續發現, 除骨髓外, 在臍帶、 臍血、 脂肪及胎盤等多種組織均發現有MSCs的存在。
MSCs在形態上呈紡錘形的成纖維細胞狀, 能附着在塑料或玻璃培養皿上生長形成均勻的集落或貼壁的融合層。由於來源不同, 細胞分離擴增的方法存在差異, 爲此, 國際細胞治療學會(ISCT)制定了界定MSCs的三條基本標準[7]: (1)帖壁生長; (2)具有以下表型特徵: ≥95%的細胞表達CD105, CD73和CD90等, 而絕大多數不表達CD45、 CD34、 CD14、 CD11b、 CD79a 及CD19等, 也不表達MHC II類分子, 如HLADR抗原等。(3)具有分化爲成骨細胞、 脂肪細胞、 成軟骨細胞等3類細胞的能力。
1.2 MSCs的分化及組織損傷修復 間充質幹細胞具有多向組織分化潛能, MSCs植入宿主體內後可在特定部位的微環境影響下向正確表型的細胞分化。研究表明[8-10], MSCs在體內外可以分化成爲成骨、 軟骨、 脂肪、 腱、 肌肉和骨髓基質等間充質組織, 因此可以作爲組織工程和細胞治療的理想種子細胞。動物實驗和臨牀研究結果證實MSCs可以修復受損心肌、 腎組織、 軟骨及膝關節半月板等。當組織損傷發生後, 損傷組織可釋放引多種趨化因子, 同時表達特異性受體或配體, 引導對應的幹細胞遷移並黏附於損傷處, 產生自然的代償性修復; 而通過各種途徑引入體內的外源性MSCs也會定向歸巢至損傷處, 發揮治療作用[10]。Gao等[9]報道了利用MSCs構建骨、 軟骨聯合移植物的可行性。利用大鼠骨髓MSCs體外誘導分化爲軟骨和成骨, 將生成的軟骨和成骨分別吸附於透明質酸衍生物(Hyaffll)構成的海綿狀支架和多孔磷酸鈣陶瓷, 植入同基因軟骨缺損的大鼠皮下, 結果證實在固體支持物中加入MSCs可以促進缺損軟骨成功修復。
1.3 MSCs的免疫抑制功能 MSCs具有顯著的免疫調節功能。大量的研究證實, 在體內MSCs可調節B細胞、 T細胞免疫應答能力, 抑制NK細胞增殖、 細胞因子分泌以及細胞毒性作用, 起到抗炎、 抑制自身免疫疾病、 減弱移植治療過程中的排斥反應等作用[11-13]。
MSCs免疫調節的研究結果顯示出不同的作用機制, 目前的多數觀點認爲: MSCs需要與淋巴細胞動態的免疫應答才能產生抑制作用, 而MSCs與T細胞之間的接觸雖然可以增強其抑制作用但並非必需, 可能需要轉化生長因子β (TGFβ)、 吲哚胺2, 3雙加氧酶(IDO)和肝細胞生長因子(HGF)等可溶性因子的參與。而MSCs在IFNγ和TNFα(或IL1α/β)等炎症因子刺激下可釋放趨化因子誘導T細胞聚集於MSC周圍, 並通過升高NO水平、 產生PGE2、 HLAG IL10等因子而起免疫抑制作用[14]。
近年來的研究發現MSCs有希望成爲臨牀治療自身免疫病的一種有效手段。Kassis等[11]用MSC治療自身免疫性腦脊髓炎(EAE)模型小鼠, 結果顯示MSC可抑制髓磷脂特異T淋巴細胞增殖。Okada等[12]將MSCs移植入自身免疫性心肌炎(AM)小鼠模型體內, 結果發現MSCs可通過誘導心血管生產和抑制炎性細胞因子同時表達HGF而減輕病症。Blanc K等[13]的研究則表明, MSCs能抑制T細胞增殖且不受MHC的限制, 無論是來自供體、 受體或第3者的MSCs均具有相似的免疫調節作用。同時MSCs進行治療是安全的, 臨牀無毒副作用。
2 MSCs在RA治療的研究進展
MSCs的多向分化潛能、 組織損傷修復以及免疫調控能力, 爲RA等自身免疫性疾病的治療提供了堅實的理論支持。然而關於MSCs治療RA的研究, 目前大多處於臨牀前研究階段。
2.1 MSCs用於RA治療的模型動物研究 目前最常用到的關節炎動物模型是關節炎小鼠 (CIA), 建立方法是通過II型膠原蛋白(CII)結合弗氏完全佐劑(CFA)皮內注射DBA/1小鼠, 從而誘發小鼠關節炎。此模型與人類風溼關節炎臨牀症狀相似, 爲RA的研究奠定了基礎。
Mutafchieva等[15]發現關節炎小鼠關節滑液增生, 大的圓形細胞表達骨成型蛋白受體(BMPRs), 此蛋白可作爲骨髓MSCs向滑液轉移的信號。提示關節病變可促進MSCs向關節滑膜的聚集從而修復損傷的組織。Djouad等[16]利用不同劑量鼠源MSCs細胞系治療關節炎小鼠, 結果發現MSCs沒有表現出顯著臨牀功能; 而Augello等[17]使用原代鼠源MSCs代替MSCs細胞系, 在誘導小鼠關節炎的同時腹腔注射原代鼠源MSCs。結果顯示, 單次注射MSCs可預防骨和軟骨的嚴重不可逆性損傷, 殺傷性T細胞增殖被抑制、 炎性細胞因子如TNFα、 IFNγ等表達量顯著降低, 同時調節性T細胞及IL10和IL4等調節性細胞因子分泌增多。提示MSC細胞系與原代細胞相比, 其分化潛能及免疫調節能力有所降低; 另外MSCs免疫時間對炎症的抑制效果也起重要作用, MSCs似乎對RA的預防比對RA的治療效果更明顯。
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