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骨关节炎患者福音| Nat Med:关节软骨可再生

2020-08-24  自然55ok

 张佳兴 生物探索 2020-08-24
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基础科研


关节软骨是一种复杂而特殊的组织,在关节与骨之间充当“缓冲垫”的作用。骨关节炎(OA)是一种常见的退行性病变,是由多种因素引起的关节软骨纤维化而引起的关节疾病。主要表现为关节疼痛,关节僵硬,严重影响了患者的生活质量。受损的软骨可以通过微骨折(MF)手术来治疗,即在关节表面钻一个小孔。有研究报道MF可刺激成年小鼠纤维软骨形成,但该技术对骨骼干细胞(SSC)的影响及如何刺激组织再生知之甚少。

2020年8月18日,美国斯坦福大学医学院Michael T. Longaker 和Charles K. F. Chan课题组研究人员在《Nature Medicine》发表题为Articular cartilage regeneration by activated skeletal stem cells的研究论文,研究发现,衰老与小鼠和人类关节炎中SSC进行性丧失和软骨生成减少有关,并且,可通过诱导常驻干细胞产生软骨以治疗OA


DOI:10.1038/s41591-020-1013-2
骨骼干细胞是一种能自我更新的细胞,负责骨骼、软骨并能帮助骨髓中血细胞发育。首先研究人员利用βActin-CreERT/Rainbow小鼠模型,观察到骨骼成熟与软骨组织的克隆性降低有关。此外,在克隆标记的软骨区域,随着年龄增长,蛋白聚糖的分泌也明显减少。

关节mSSC随年龄的变化
为了评估局灶性MF如何影响关节表面的SSC,研究人员在βActin-CreERT/Rainbow小鼠股骨远端关节表面进行MF手术。随后,采用各种技术追踪MF诱导的软骨组织重塑,包括形态计量学分析,免疫染色,EdU标记和FACS分析。结果表明,在MF部位附近增殖细胞增加,并且存在产生蛋白聚糖的软骨细胞、纤维细胞和肥大性软骨细胞。但到第4周,SSC数量减少

MF对关节表面mSSC的影响
为了明确MF手术是否会改变关节表面的SSCs,研究人员将成年鼠和Ad/MF鼠股骨远端的GFP+SSCs移植到免疫缺陷NSG鼠中。移植后四周,观察到纤维和软骨组织形成,并且,Ad/MF SSCs的增殖能力比成年鼠更强

调控小鼠关节微环境,以促进SSC衍生的软骨形成
最后,研究人员观察MF是否可以通过人SSCs引发类似的再生反应。结果表明,与小鼠一样,人软骨中SSCs随着年龄的增长减少。将胎儿和成人关节软骨移植到NSG小鼠中,研究人员发现,与成人软骨相比,人胎儿软骨产生更多的蛋白聚糖。此外,在移植后第4周,人胎儿组织的细胞和增殖能力明显增强。结果表明,人类骨骼干细胞可以引导骨骼发育,且在软骨发育阶段就停止

临床前异种移植模型中,人关节软骨再生
总的来说,该研究发现,在小鼠模型中,MF能激活SSC,被活化的SSC在关节内再生纤维软骨,与天然软骨有相同的细胞组成,具有相似的力学性能,而且还能恢复骨关节炎小鼠的活动能力
目前,对于关节炎反复发作和重症患者,关节置换手术是非常普遍的治疗方法。但关节置换术具有极强的侵入性,并且使用寿命有限。我们期望关节软骨再生技术早日应用于临床,造福广大OA患者。并且,有望在关节软骨严重退化前恢复其功能,从而避免OA的发生。

End

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