骨髓间充质干细胞治疗早中期骨关节炎的疗效及机制研究

At present the early or medial stages of osteoarthritis lack promising treatments,artificial joint have to be transplanted when osteoarthritis reaches a late stage.How to delay the development of the early or medial osteoarthritis is a difficult clinical problem. Coculture of bone marrow mesenchymal stem cells and degenerative chondrocytes improved the function of chondrocytes and promote the extracellular matrix synthesis, which were confirmed in previous research of Nation Natural Science Foundation. Based on the finding,it is presumed bone marrow mesenchymal stem cells can prevent and treat the early or medial osteoarthritis and restrain the pathological process of osteoarthritis. In order to verify the viewpoint, firstly the funtion and the possible mechanism of bone marrow mesenchymal stem cells on degenerative chondrocytes will be explored by Real time RT-PCR and western blot.Then osteoarthritis animal models will be establised and the autologous or allogeneic bone marrow mesenchymal stem cells will be injected into the joints, the prevention and treatment of bone marrow mesenchymal stem cells on osteroarthritis will be observed by gross observation,biopsy and MR. Through this research,the method and primary mechanism of using bone marrow mesenchymal stem cells to prevent and treat osteoarthritis will be explored,it will provide new strategies to prevent and treat the early or medial osteoarthritis.

目前早中期骨关节炎缺乏确切、有效的治疗手段，发展至晚期不得不实行人工关节置换术。如何延缓早中期骨关节炎的发展是临床的难题，我们在国家自然青年科学基金的研究中发现，骨髓间充质干细胞和退变软骨细胞共培养时，改善了软骨细胞的功能，促进细胞外基质的合成。基于这一发现，我们认为，应用骨髓间充质干细胞可以防治早中期关节软骨的退变，抑制骨关节炎的病理过程。为验证这一观点，本研究中我们首先采用Real time RT-PCR、Western blot等方法探索骨髓间充质干细胞对退变软骨细胞的作用及可能机制。然后制作动物骨关节炎模型，将自体或异体骨髓间充质干细胞注入关节腔，采用大体观察、组织学、MR等方法，从分子、组织和动物整体水平观察骨髓间充质干细胞对骨关节炎的防治作用。通过本次研究，探索采用骨髓间充质干细胞防治骨关节炎的有效方法和初步机制，为早中期骨关节炎的防治提供新的思路。

我们首先研究了BMSCs对体外退变软骨细胞的作用。在大鼠软骨细胞培养时加入IL-1β，然后再与BMSCs以2:1比例进行共培养。RT-PCR结果显示IL-1β作用后软骨细胞的II型胶原、aggrecan表达明显降低，MMP-13的表达明显升高。western blot结果显示磷酸化ERK1/2、磷酸化JNK和磷酸化P38升高，NF-kB通路激活，提示IL-1β通过MAPK和NF-kB通路抑制了软骨细胞。将BMSCs与退变软骨细胞共培养，退变软骨细胞的II型胶原、aggrecan表达增高，而MMP-13表达下降。在信号通路中，BMSCs抑制了NF-kB通路的激活，但对于MAPK途径无影响。这表明在体外BMSCs通过抑制NF-kB通路对退变的软骨细胞发挥支持作用。.体内研究中，切除大鼠内侧半月板，切断前交叉韧带，制作骨关节炎模型。骨关节炎大鼠的软骨明显退变，软骨下骨外露。采用BMSCs关节内注射治疗，软骨磨损和退变减轻，并有明显的新生软骨修复。软骨内蛋白检测显示结果显示BMSCs治疗组II型胶原、aggrecan和IκBα的表达明显高于骨关节炎组，而MMP‑13、COX‑2 和p‑p65的表达降低，这说明BMSCs通过NF-κB途径抑制了软骨的降解。.进一步的体内研究中，采用前面的方法制作羊骨关节炎模型，观察采用BMMCs和BMSCs治疗羊骨关节炎的疗效。结果显示骨关节炎绵羊的股骨髁软骨明显退变，经BMMCs和BMSCs治疗后有不同程度的恢复。BMSCs组较BMMCs组新生软骨增多，蛋白多糖丢失程度减轻。骨关节炎组II型胶原和aggrecan明显下降，MMP-13的含量增高，关节液内炎症因子增高。虽然BMMCs的治疗效果弱于BMSCs，但两组结果类似，细胞治疗后MMP-13的含量明显下降，而II型胶原和aggrecan的表达增高，关节液内PGE2等炎症因子含量减低。结果表明BMMCs和BMSCs都对骨关节炎有治疗作用，BMMCs的治疗接近于BMSCs，但由于BMMCs取材方便，不需要体外培养，是一种较为理想的治疗方法。.今后的研究中，我们设想直接提取骨髓内的浓缩物（含有核细胞和血小板），充分发挥间充质干细胞和细胞因子的双重作用治疗骨关节炎。初步的研究表明，BMC治疗骨关节炎使软骨退变面积减少。说明BMC有望成为治疗骨关节炎的简便高效方法。