人脐带 Wharton's Jelly 间充质干细胞治疗老年肌肉衰减综合征的试验研究

Valid evidences from recent researches showed that decreased myogenesis and increased oxidative stress and inflammation in aged skeletal muscle play an important role in the pathophysiological process of sarcopenia. Stem cell transplantation can effectively promote regenesis of muscular fibers and reduce apoptosis, oxidative stress and inflammation in atrophied skeletal muscle. Mesenchymal stromal cells isolated from human umbilical cord Wharton's Jelly (hUCMSCs) are considered as the most ideal source for clinical stem cells transplantation. So we concluded here that hUCMSCs transplantation should treat sarcopenia effectively. There are two special aims in this study: ① To evaluate if hUCMSCs transplantation in a mice sarcopenia model would treat sarcopenia effectively. We expect that the skeletal muscle weight, the number and cross-section area of muscle fibers and maximum isometric contract forces will increase in aged mice treated with hUCMSCs transplantation. ② To identify the mechanism of the treatment of hUCMSCs transplantation for sarcopenia. We concluded that the main mechanism should include the activation of naive resident satellite cells, the decrease of oxidative stress and inflammation and regulation of some related cell signaling pathways in skeletal muscle of aged mice. And the role of hUCMSCs themselves directly differentiated and integrated to atrophied muscle fibers will be very limited.

近年的研究表明肌细胞再生能力的下降及氧化应激和炎性反应的增加在老年肌肉衰减综合征的发病机制中发挥重要作用。干细胞移植治疗可以有效地对抗这些作用。分离自人脐带Wharton's Jelly的间充质干细胞(hUCMSCs)目前被认为是干细胞移植的最理想来源。据此，我们认为hUCMSCs移植应能有效地治疗老年肌肉衰减综合征。本研究有两个目的：①明确hUCMSCs移植能否在老年肌肉衰减综合征小鼠模型中发挥治疗作用。我们预期hUCMSCs移植将显著改善老年小鼠骨骼肌的重量、肌纤维的数量和横截面积以及最大等距收缩力；②探讨hUCMSCs移植治疗老年肌肉衰减综合征的作用机制。我们预期hUCMSCs移植可能通过激活老年小鼠骨骼肌本身的卫星细胞、减少细胞的氧化应激及细胞核的凋亡、减轻肌肉组织中的慢性炎症反应、调节一些相关的细胞信号传导系统等而发挥作用，而移植的hUCMSCs本身参与直接修复的作用将非常有限。

老年肌肉衰减综合征严重影响老年人的生活质量并显著增加老年人的死亡率。目前尚无有效治疗方法。本课题利用后肢悬提技术在老年雄性C57BL/6J小鼠建立老年肌肉衰减综合征模型，通过尾静脉和腓肠肌肌肉注射的方法进行GFP标记的人脐带Wharton’s Jelly间充质干细胞（hUCMSCs）移植治疗，观察干细胞移植对老年肌肉衰减综合征的疗效，并进一步探讨hUCMSCs移植治疗老年肌肉衰减综合征的作用机制。. 结果显示：①利用贴壁生长法能成功分离hUCMSCs，这些细胞具有间充质干细胞的特性；②利用慢病毒和Lipofectamine® 3000转染能获得稳定表达GFP的间充质干细胞；③原代培养的hUCMSCs具有多潜能干细胞活性，在体外特殊培养条件下能够成功向骨骼肌细胞转化；④经过尾静脉或腓肠肌肌肉内注射hUCMSCs能显著改善后肢悬提引起的老年废用性肌萎缩的最大等距跖屈肌力、增加腓肠肌的肌肉湿重和肌纤维横截面积、增加腓肠肌I型肌肉纤维的占比；⑤hUCMSCs移植能显著增加肌肉衰减综合征小鼠腓肠肌肌肉组织BrdU和PAX-7的表达，但未能发现经尾静脉注射或肌肉局部注射的干细胞直接分化并融合入原来的肌肉组织；⑥hUCMSCs移植能显著减少肌肉衰减综合征小鼠腓肠肌肌肉组织过氧化氢含量、锰过氧化物歧化酶的活性，增加总的谷胱甘肽含量和还原型与氧化型谷胱甘肽的比率，但对过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和铜锌过氧化物歧化酶活性的影响不大；⑦hUCMSCs移植能显著减少肌肉衰减综合征小鼠腓肠肌肌肉组织细胞核的凋亡；⑧hUCMSCs移植能显著减少肌肉衰减综合征小鼠腓肠肌肌肉组织炎性细胞因子TNF-α和IL-6的表达，增加抗炎细胞因子IL-4的表达；⑨hUCMSCs移植能显著增加肌肉衰减综合征小鼠腓肠肌肌肉组织mTOR和SIRT1信号传导通路的活性。. 我们的研究结果提示：hUCMSCs能够有效减轻后肢悬提诱导的老年雄性C57BL/6J小鼠的老年肌肉衰减综合征。作用机制可能通过激活骨骼肌本身干细胞、减少氧化应激及细胞核的凋亡、减轻慢性炎症反应、激活mTOR和SIRT1细胞信号传导系统促进老年骨骼肌细胞蛋白的合成及肌纤维的增生。本研究为今后干细胞移植治疗老年肌肉衰减综合征提供了理论基础。