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Cell Metabolism:MSC外泌体可有效治疗骨质疏松

骨质疏松是多种原因引起的骨骼疾病,以骨骼疼痛、易于骨折为特征,患者以老年人居多。老年人由于运动机能以及营养吸收能力下降,骨质疏松症状难以改善。近期一篇研究报道显示使用间充质干细胞(MSC)可有效治疗骨质疏松。

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该研究由来自宾夕法尼亚大学,南加州大学以及中国第四军医大学的科研人员共同完成。研究发现,与正常小鼠相比,骨质疏松小鼠体内的骨髓间充质干细胞(BM-MSC)成骨分化能力明显减弱;对其移植正常小鼠的BM-MSC之后,疾病小鼠的BM-MSC成骨分化能力明显增强(见图1)。CT扫描结果表明疾病小鼠经过BM-MSC治疗之后,其骨密度又恢复到正常水平,骨质疏松症状得到明显改善(见图2)。

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  图1:左图为正常小鼠MSC成骨分化结果,红色染色区域为形成的新骨;中图为骨质疏松小鼠MSC成骨分化结果,其红色染色区域面积明显低于左图,表明成骨分化能力较弱;右图为骨质疏松小鼠接受正常MSC治疗后,其MSC成骨分化能力已经恢复正常水平,与左图相似。

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  图2:小鼠股骨CT扫描结果表明,左图正常小鼠的骨密度明显高于中图疾病小鼠的骨密度,而右图表明疾病小鼠经MSC治疗后其骨密度又恢复到正常水平。

进一步的研究发现,MSC能够治疗骨质疏松是由于功能正常的MSC能够向疾病小鼠BM-MSC分泌内含有核酸、脂质以及蛋白质等多种生物活性成分的外泌体,它可以调节其它细胞的功能与活性。研究人员利用绿色荧光标记正常MSC分泌的外泌体,利用红色荧光标记疾病小鼠骨髓细胞,荧光显微镜检查结果表明前者能够被后者有效吸收(见图3)。向疾病小鼠注射正常MSC分泌的外泌体后,小鼠的骨质疏松症状也可得到明显改善(见图4)。

此外,研究人员还发现正常MSC分泌的外泌体含有Fas蛋白,它被疾病小鼠MSC吸收后,可显著降低疾病小鼠MSC内的miR-29b的含量,提高细胞内甲基化酶的活性,提高Notch启动子甲基化水平,降低Notch基因的表达,从而恢复疾病小鼠MSC的功能和成骨分化能力,改善小鼠骨质疏松症状。

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图3:将绿色荧光标记的外泌体静脉注射到疾病小鼠体内24小时后,对小鼠骨髓细胞检测观察,发现外泌体可被疾病小鼠骨髓细胞吸收。红色为细胞膜,绿色为吸收入细胞内的外泌体,蓝色为细胞核。

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  图4:CT扫描结果显示疾病型小鼠(b)骨密度明显低于正常小鼠(a);而向疾病小鼠注射正常MSC(c)或外泌体(d)后,其骨密度又恢复到正常水平。

骨质疏松会导致骨骼疼痛、身长缩短、驼背、骨折和呼吸功能下降。最常见的并发症是在外力作用下容易发生骨折,严重影响病人身体健康和生活质量。发病患者以老年人居多,老年人由于运动机能下降和营养吸收能力下降,骨质疏松症状难以改善。该研究使用MSC成功治疗小鼠骨质疏松,为该疾病的治疗提供了新的思路和有效的治疗方法。

该研究题目为:《MSC Transplantation Improves Osteopenia via Epigenetic Regulation of Notch Signaling in Lupus》,于2015年9月10号发表在《Cell Metabolism》杂志上。

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