异基因MSC抑制TNF-α促进成骨分化治疗类风湿关节炎骨质疏松的机制研究

The secondary osteoporosis is the principal reason of bone structural deterioration in patients with rheumatoid arthritis (RA). Increased level of TNF-α gives rise to a high turnover rate in bone metabolism, as characterized by an over-activated osteoclast activity. However, the effect of TNF-α on osteoblasts is poorly studied. In our previous study, we have proved that allogeneic mesenchymal stem cells (MSC) transplantation is a novel therapeutic option for refractory RA, and we have observed that MSC transplantation could reduce the level of TNF-α and increase the bone mineral density of patients with osteoporosis, but the mechanism is not clear. Here we speculated that allogeneic MSC transplantation could promote osteoblastic differentiation in treating osteoporosis of RA through inhibiting the level of TNF-α, which was elevated in RA patients. In the current study, we will further observe the critical role of TNF-α in the osteoblasts regulation by MSC in vivo and in vitro, thereby to deeply indicate the mechanisms by which allogeneic MSC modulate osteoblast and treat RA osteoporosis.

类风湿关节炎（RA）继发骨质疏松是RA骨破坏的主要因素之一，既往认为TNF-α等炎症因子诱导破骨细胞生成增多是RA骨质疏松发生的关键因素，但TNF-α对成骨细胞作用的研究目前较少。骨髓间充质干细胞（MSC）具有向成骨细胞分化的功能，而我们前期研究发现RA患者TNF-α水平增高，且抑制骨髓MSC成骨分化能力，可能参与RA骨质疏松发生；异基因MSC移植能改善难治性RA患者病情，降低TNF-α水平，更重要的是部分RA骨质疏松患者骨密度得到改善。因此，我们推测异基因MSC移植可能通过降低RA患者TNF-α水平、提高骨髓MSC的成骨分化能力从而改善RA骨质疏松。在前期实验基础上，本课题将进一步研究TNF-α抑制RA患者MSC成骨分化的机制，探讨异基因MSC移植降低TNF-α水平对MSC成骨能力的影响以及与骨质疏松的关系。研究结果将为MSC临床治疗RA骨质疏松提供新的靶点及理论依据。

项目背景：类风湿关节炎（RA）继发骨质疏松是RA骨破坏的主要因素。间充质干细胞（MSC）具有向成骨细胞分化的功能。本项目研究了TNF-α抑制RA患者MSC成骨分化的机制，探讨异基因MSC移植对MSC成骨能力的影响以及与骨质疏松的关系。. 主要研究内容：1）胶原诱导关节炎（CIA）小鼠骨质疏松模型的建立；2）MSC对CIA小鼠成骨和破骨分化的调控作用；3）MSC对CIA小鼠成骨和破骨分化的调控机制。. 重要结果：.1、CIA小鼠较正常对照组存在明显骨质疏松，经MSC治疗后CIA小鼠骨质疏松得到显著改善。.2、CIA小鼠骨髓MSC的成骨分化能力较正常对照明显下降，而异基因MSC治疗组小鼠骨髓MSC成骨分化能力显著增强，是其治疗骨质疏松的重要机制。CIA小鼠骨髓MSC的成骨分化能力在BMP-2作用下显著增强，而TNF-α可以抑制BMP-2作用下增强的成骨分化，提示BMP-2是CIA小鼠骨髓MSC成骨分化的促进因子，而TNF-α是MSC成骨分化的拮抗因子。.3、CIA小鼠骨髓单核细胞的破骨分化能力较正常对照明显增强，而MSC治疗组小鼠破骨分化能力显著受抑制。. 关键数据：.1、CIA小鼠造模8周后，microCT显示模型组小鼠股骨的骨密度较正常对照组明显下降，骨体积分数、骨小梁数目明显减少，骨小梁间隙增加，而MSC治疗组上述指标均较对照组改善。.2、CIA小鼠8周后，培养骨髓MSC，诱导成骨分化，碱性磷酸酶染色显示模型组小鼠成骨细胞形成较对照组明显减少，而MSC组成骨细胞数目升高明显。同时检测早期和晚期成骨基因，发现模型组小鼠的成骨基因包括ALP、Osterix、COL-ⅠA水平均较对照组明显下降，而MSC治疗组的上述基因表达水平明显升高。.3、CIA小鼠8周后，分离骨髓单核细胞，诱导破骨分化，抗酒石酸酸性磷酸酶染色显示模型组小鼠破骨细胞形成较对照组明显增加，而MSC组的破骨细胞数目显著减低，且破骨分化重要转录因子NFAT2基因表达水平明显受抑制。. 科学意义：研究发现，CIA小鼠随着病程延长出现骨质疏松，骨髓MSC的成骨分化能力减退，异基因MSC治疗通过增强CIA小鼠MSC的成骨分化能力，抑制破骨分化，进而改善骨质疏松，为MSC治疗RA骨质疏松提供了新的靶点及理论依据。