骨髓间充质干细胞鸡尾酒效应对退变髓核细胞过早衰老的复苏研究

合适椎间盘退变窗口选择是MSCs移植不可回避的重要问题。本课题基于细胞过早衰老在椎间盘退变中的核心作用、MSCs鸡尾酒效应在退变髓核细胞重建及功能恢复中多效而混合的修复作用等研究进展之上，制作兔腰椎间盘退变和过早衰老髓核细胞模型，采用体外MSCs/髓核细胞共培养及MSCs移植修复退变椎间盘，运用现代细胞分子生物学技术，从整体水平、细胞和分子水平探讨退变椎间盘中衰老信号途径p53/p21、p16INK4a/pRb及其表达的时效性，衰老与椎间盘退变程度之间的量效关系；MSCs鸡尾酒效应下过早衰老髓核细胞的复苏及其最佳复苏能力下的作用窗口期和方式；MSCs移植对不同退变窗口下椎间盘的修复情况、对衰老途径的干预能力、以及衰老复苏与不同退变窗口下椎间盘修复之间的量效关系，以此阐明MSCs移植修复退变椎间盘的部分机制，为选择MSCs移植治疗退变椎间盘的最佳时间窗、保证移植高效性提供新的理论依据和思路。

随着椎间盘退变分级的递增，细胞外基质成分蛋白聚糖Aggrecan、Versican及Ⅱ型胶原逐渐减少，基质降解成分MMP3、MMP13、ADAMT5逐渐增加；髓核组织中衰老细胞增多、活化细胞渐少，p53/p21、p16INK4a/Rb的相对含量存在升高趋势，且与椎间盘退变等级之间呈正相关，尽管p53/p21、p16INK4a/Rb的表达存在一定的种属差异。源于中胚层具有多向分化潜能的骨髓间充质干细胞（MSCs）移植在退变椎间盘的修复中已显示出良好的应用前景，MSCs移植与内窥镜等微创治疗手段的结合将有助于退变椎间盘的生物学修复。移植修复的过程复杂而精细，而合适的患者和椎间盘退变窗口选择是MSCs移植不可回避的重要问题。MSCs的鸡尾酒效应能为退变一定程度内的髓核细胞（NPCs）的修复提供良好的微环境。在Transwell培养体系中，将NPCs与MSCs按照一定比例和时间进行共培养，发现数量优势明显的MSCs通过旁分泌效应能更早的对过早衰老NPCs的增殖能力和细胞外基质合成能力进行上调，同时对基质降解成分进行下调，而MSCs这一能力的体现是在对非致死氧化应激条件下NPCs的保护中。MSCs对非致死氧化应激条件下NPCs的保护是通过对p53/p21、p16INK4a/Rb的遏制而得以实现的。椎间盘退变程度直接影响着其生物治疗效果。将GFP-MSCs-端胶原凝胶移植到退变不同程度的椎间盘中，发现移植后重度退变组中，GFP-MSCs-端胶原凝胶移植组椎间盘信号强度、细胞外基质成分的表达上较对照组无明显差异。而在轻度退变组中，GFP-MSCs-端胶原凝胶移植组相同节段椎间盘T2信号强度、细胞外基质成分的表达上明显高于对照组；同时，髓核组织中的p53/p21、p16INK4a/Rb的相对含量存在下降趋势，尤其是p16INK4a/Rb的相对含量，与细胞外基质成分以及基质降解成分间存在相关性。在椎间盘退变的早中期，MSCs可以通过对p53/p21、p16INK4a/Rb这两条导致NPCs过早衰老的途径进行有效地遏制或逆转，复苏NPCs，从而使NPCs生存的微环境不至于进一步破坏到不可逆转的地步，但这需要有功能的MSCs数量上的保证；而对于严重退变的椎间盘，因有功效的NPCs数量极少和恶劣内环境的影响，移植的MSCs在致死的氧化应激条件下难以发挥其功能，已不适合于用其进行生物学干预。