间充质干细胞改善脆骨病分泌细胞因子间接促进骨骼生长
作者:互联网
日期:2019-03-21
成骨发育不全(OsteogenesisImperfecta,OI)又称脆性骨病或脆骨病,在1980s年代被确认,是一种遗传性疾病,其特点是骨骼容易断裂。其他症状可能包括眼睛白色带蓝色,身高短,关节疏松,听力丧失,呼吸问题和牙齿的问题,严重程度可能从轻到重甚至能致命。大多数脆骨病患者(85%到90%)是由显性遗传缺陷引起的。大约10%到15%的脆骨病病例是隐性突变的结果,即父母不发病,但是携带有缺陷的遗传基因。因为脆骨病发病率很低,属于罕见病,但一旦发病,将给患儿和家庭带来极大的痛苦和麻烦。
胶原是骨骼、关节、皮肤、巩膜及牙床等组织的主要胶原成分,因而脆骨病患者常常出现这些部位的病变。I型胶原是一种细胞外基质蛋白,具有两条α-1和一条α-2胶原链,形成三螺旋结构,如果前胶原链α1或α2的基因(即COL1A1和COL1A2)发生突变,导致I型胶不能合成,即发病为I-IV型脆骨病。
在啮齿动物脆骨病模型中,动物出生后,给予间充质干细胞腹腔注射、静脉注射,均可以导致骨质中胶原含量增加,骨强度提高,围产期死亡率降低,促进成骨细胞分化增强。只有少部分间充质干细胞表达趋化受体CXCR4,因此增强CXCR4的表达,就能促进间充质干细胞归巢到骨髓,提高间充质干细胞治疗小鼠脆骨病的效果。
虽然在动物实验中能观察到极少数间充质干细胞归巢到骨髓,但是间充质干细胞治疗脆骨病的主要机制在于促进成骨细胞的分化成熟和抑制破骨细胞的活性,同时促进骨髓细胞分泌胶原蛋白。
在III型脆骨病转基因小鼠子宫内注射人和小鼠间充质干细胞,在骨骼中发现的人间充质干细胞产生胞外骨结构蛋白——骨桥蛋白,显著降低中等严重程度III型OI小鼠模型的骨折发生率(减少三分之二)和骨骼异常。
脆骨病患者骨髓分离培养的间充质干细胞,也同样出现COL1A1基因突变和低表达,伴随着成骨分化减弱和成脂分化增强。针对患者骨髓间充质干细胞的COL1A1和COL1A2基因治疗,被寄予厚望。后来发现脆骨病患者亦出现非胶原蛋白基因的突变,从而增加了基因治疗的难度。
通过小鼠实验证明去除T细胞的不贴壁骨髓细胞(NABMCs)治疗脆骨病的效果更优于骨髓间充质干细胞,并提出间充质干细胞改善脆骨病的机理在于分泌细胞因子间接促进骨骼生长。
2005年发表Le Blanc团队和Horwitz合作开展经过培养的间充质干细胞治疗脆骨病的临床研究的成果。给确诊为脆骨病的32周胎儿经子宫内脐静脉注射间充质干细胞治疗。骨骼矿化3个月时为年龄匹配对照组的48%,12个月时为56%,22个月时为76%。患儿出生后9周龄时,骨检XY染色体检测发现异体细胞只占0.3%。
2014年Le Blanc团队的临床研究没有和Horwitz合作。在新加坡、瑞典、加拿大三国招募了三个脆骨病患者,其中加拿大患者C是作为对照;患者A(8岁2个月)和B(1岁7个月)均是在综合治疗的基础上,接受2次异体健康间充质干细胞治疗,使得患者的增长速度加快,没有出现新的骨折。
患者A和B的第一次间充质干细胞治疗均是在怀孕的31周子宫内注射。第一次间充质干细胞治疗9个月后,在患者A的骨质和骨髓总细胞中的7.4%和成骨细胞的0.3%来源于输入的异体间充质干细胞;6年后就找不到异体间充质干细胞的存在;在第二次间充质干细胞治疗9个月后,在骨髓中发现极少数的间充质干细胞(约为骨髓细胞总数的0.003%)。
Le Blanc团队可能意识到患者A的两次间充质干细胞治疗时间相隔较远(8年多),因此在患者B的治疗中,两次间充质干细胞相隔的时间为19个月。患者B的长期疗效还在继续观察。
总的来说,目前还没有治愈脆骨病的方法。常规治疗包括生长激素治疗,静脉和口服药物双膦酸盐等,常常因为骨折而需要多次手术治疗。基因疗法能修复突变的基因,从而彻底治愈脆骨病,但是路漫漫其修远兮。
干细胞疗法旨在通过在发育早期引入健康细胞来预防脆骨病导致的畸形和死亡,甚至使外源性细胞回到骨骼中并促进骨形成,从而降低疾病的严重程度;临床骨病理检测显示异体外源性干细胞(MSCs)并不能在患者体内长期存活。
虽然目前干细胞治疗脆骨病的研究不多,但从有限的研究中,也能看到干细胞能发挥很不错的治疗效果,至少能明显减少骨折发生率和死亡率,促进患儿骨骼系统的发育,从而提高患儿的生活质量,减少患儿痛苦和家庭负担。