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间充质干细胞移植治疗急性放射病的实验研究进展

供稿人:彭建新  供稿时间:2011-8-24   关键字:急性放射病  急性放射综合征  急性辐射综合征  间充质干细胞  
随着核技术在军用和民用领域的广泛使用,战争中的核武器、核废料与核电站泄漏事故、工业探伤机与工业放射源机器故障和医疗性辐射损伤,使急性放射病患者数量不断增加。目前,对于急性放射病的治疗,细胞因子治疗仍是一种主要的手段,造血干细胞移植治疗急性放射病临床已有应用,但到目前为止,无论移植还是细胞因子治疗,受照射剂量大于810Gy 的放射病病例国内外尚无长期存活的报道,尤其肠型放射病存活时间更短。间充质干细胞(MSC)具有分泌造血生长因子、重建造血微环境、低免疫原性、易于外源基因转染和表达等优点,将其应用于急性放射病的临床治疗具有十分广阔的前景[1-2],下面就国内外间充质干细胞治疗急性放射病的实验研究进展介绍如下:
 
军事医学科学院附属医院血液科胡锴勋等研究骨髓间充质干细胞(MSCs)在治疗急性骨髓型放射病中的作用,并对其机理做初步的探索。方法BALB/c雌性小鼠分成MSCs组和照射对照组,MSCs组经5.5Gy60Coγ射线照射,2h内尾静脉输注C57BL/6雄性小鼠的MSCs,照射对照组照射后不作处理。观察各组外周血象变化、骨髓细胞凋亡、细胞增殖周期、骨髓病理变化、骨髓造血粒系祖细胞集落(CFU-GM)以及基质细胞集落(CFU-F)计数。结果:与对照组相比,MSCs组的三系血细胞下降慢,最低值抬高,并且造血恢复更迅速,尤其白细胞、血小板变化更明显。骨髓细胞凋亡率和P53蛋白表达量少于对照组。照后2 d,MSCs组G0/G1期比值较对照组明显下降,G2/M期比值及S期计数较对照组显著升高。照后4d MSCs组胸骨骨髓增生活跃,对照组增生减低,照后20d MSCs组新生造血灶多于对照。CFU-GM、CFU-F计数在照后初期、极期、恢复期均高于对照。结论:MSCs对急性放射病治疗有良好的治疗作用,其机制可能与MSCs减少细胞凋亡、改善造血微环境、促进干细胞增殖分化有关。其还探讨骨髓间充质干细胞(MSC)对急性放射病小鼠重要造血免疫器官的早期辐射防护作用及其机制。BALB/c小鼠受5.5 Gy 60Co γ射线照射后随机分为两组,MSC组照射后1 小时内,经尾静脉输注BALB/c小鼠的MSC 2.5×107/kg;对照组在照射后输注等体积生理盐水,用流式细胞术检测两组小鼠照射后6、12、24和72小时的骨髓、胸腺和脾细胞的凋亡及细胞周期变化;用免疫组织化学法检测照射后12小时胸腺和脾脏P53蛋白表达情况。结果显示:照射后6小时各器官细胞出现G0/G1及G2/M期阻滞,S期下降。胸腺细胞,脾细胞和骨髓细胞分别于照射后12、6和24小时后发现G0/G1期阻滞峰值,随后G0/G1期细胞减少,S和G2/M期细胞增多,72小时时G0/G1期细胞教低于正常值,S期细胞数高于正常值。胸腺和脾细胞周期改变快于骨髓细胞,改变幅度也大于骨髓细胞。MSC组细胞周期变化速度和程度高于对照组,流式细胞术显示各器官细胞照射后6小时凋亡率明显增加,12小时达高峰,24小时后逐渐降到正常,脾与胸腺细胞凋亡率高于骨髓细胞。MSC组的胸腺细胞照射后12小时、脾细胞照射后12、24小时、骨髓细胞照射后24小时的凋亡率均少于对照组。免疫组织化学检测显示,照射后12小时MSC组小鼠脾脏胸腺细胞P53蛋白表达低于对照组。结论:MSC加快辐射小鼠骨髓、胸腺和脾脏细胞的周期变化,减少细胞凋亡,促进受损的造血和免疫器官修复,从而对受照小鼠起到早期辐射保护作用[3-4]
 
解放军第三0七医院胡锴勋等探讨骨髓间充质干细胞(MSCs)促进半相合造血干细胞移植(haploid-SCT)治疗急性放射病小鼠的作用及机制。方法:60Co γ射线照射BALB/C(H-2d)雌性小鼠8 Gy,单独输注半相合CB6F1(H.2bd)雄性小鼠骨髓细胞1×109/kg(Ⅰ组),或联合CB6F1雌性小鼠MSCs不同数量级1.5×108/kg(a组)、5×107/kg(b组)和2.5×107/kg(c组)治疗,比较放射病小鼠的生存分析。同时,MSCs组小鼠尾静脉输注经cm-DiI膜染剂标记的CB6F1雌性小鼠MSCs和CB6F1雄性小鼠的骨髓细胞,与只输注CB6F1骨髓细胞的对照组比较,观察移植后不同时间供者细胞在受者骨髓的植入率、供者MSCs在受者体内发布、外周血象、T淋巴细胞亚群、胸骨骨髓病理和慢性移植物抗宿主病(GVHD)发生情况。结果:a组小鼠早期死亡率增加;b和c组存活率高于Ⅰ组,但二组之间差异无统计学意义。移植后30d,MSCs组受者骨髓的sry基因高于对照组。移植后MSCs主要集中在胸腺、骨髓、肝和小肠中,有形态改变。MSCs组的白细胞、血小板恢复较快。照射后15和30 d,MSCs组小鼠骨髓腔中的巨核细胞明显高于对照组。移植后7、14和30d,MSCs组CD3高于对照组;移植后14和30d,MSCs组CD4阳性细胞率和CD4/CD8值高于对照组。MSC组慢性GVHD症状出现较对照组晚30d。结论:MSCs通过促进干细胞植入,改善造血微环境,促进造血恢复,加快T淋巴细胞的恢复,延缓GVHD的发生时间和促进放射损伤的组织器官的修复,加强了半相合骨髓移植对急性放射病的治疗作用[5]
 
天津医科大学总医院消化内科曹晓沧等探讨脐带间充质干细胞移植对小鼠肠道损伤的治疗作用,为人急性肠型放射病的治疗寻找可靠的供体来源。方法:体外诱导观察间充质干细胞的体外多向分化能力,对肠道放射损伤模型鼠移植CM-DiI荧光标记后的人间充质干细胞,组化染色观察肠道粘膜的病理变化,激光共聚焦显微镜观察供体细胞在模型鼠肠道粘膜的定位。结果:移植MSC5周后模型鼠的一般状况和肠道病理学表现明显改善,荧光示踪发现移植细胞分布于肠粘膜淋巴组织内和腺上皮细胞间,提示MSC可能参与了肠道粘膜的修复过程。结论:脐带间充质干细胞移植可以明显改善模型鼠的肠道病变,有望用于人急性肠型放射病的治疗[6]
 
法国辐射防护与核安全研究所Chapel A 等采用非人类灵长类动物模型,研究联合自体同源体外扩增的造血干细胞与间充质(MSCS)干细胞联合治疗辐射引起的多器官功能衰竭综合征的潜能。从骨髓抽吸造血干细胞和间质干细胞在体外扩增。间质干细胞转染绿色荧光蛋白(E-GFP)的基因编码,以便跟踪其输注后的去向。研究选用了12只动物,9只动物接受中子/伽玛源8 Gy 全身辐射,3只动物为假辐射,接受辐射的动物分别接受造血干细胞、间质干细胞以及血干细胞和间质干细胞联合治疗。结果:根究中子/伽玛比,急性辐射病的严重程度不同,但性质与自然的结果相似,受损的肌肉,皮肤、骨髓和肠道发现了DFP标记的细胞。这是有关灵长类动物中严重多器官损伤后,扩增间质干细胞在许多组织的归巢的第一个证据。转染的细胞的定位与照射的严重性和几何相关,在各种组织均发现修复过程[7]
 
德国汉堡-埃彭多夫大学医学院Lange C等研究了间充质干细胞对致命辐射的保护作用。从骨髓获得间充质干细胞(mMSCs),eGFP标记(bulk cultures)和无性繁殖(cloned)。bulk和五个选定克隆mMSCs在体外具有多向分化潜能,表型特征显示没有受到造血干细胞的污染。致死剂量照射的受体静脉注射bulk或cloned mMSCs,发现MSCs移植后有很长生存时间的受体造血功能快速恢复。定量PCR检测表明,移植后立即在受体的外周血检测到eGFP阳性的供体细胞,移植24小时后,在肺组织检测到eGFP阳性的供体细胞。尽管受体动物内供体细胞正在迅速消失,但基因芯片和定量RT-PCR分析移植MSC动物的骨髓基因表达显示:与移植HSC的动物相比,致炎、ECM的形成和粘接性能降低,抗炎、解毒和抗氧化应激控制增强。研究数据显示,全身性给予MSCs激发起对抗炎活动的一种保护性机制,同时对辐射照射后的解毒和逆境处理有支撑作用。此外,研究结果表明,MSCs释放的营养因子和其的HSC-riche调节活性拯救内源性造血功能,可以作为对抗辐射引起的造血功能衰竭的快速、有效的一线治疗方法[8]
 
参考文献:
1.       艾辉胜等. 异基因外周血造血干细胞移植治疗极重度骨髓型和肠型急性放射病的临床报告.解放军医学杂志.2007,32(4):287-292
2.       刘建功等.间充质干细胞在急性辐射损伤治疗中的作用综述. 辐射研究与辐射工艺 学报.2010,28(3):134-137
3.       胡锴勋等.间充质干细胞治疗急性骨髓型放射病的实验研究. 中华放射医学与防护杂志.2005,25(03):221-224
4.       胡锴勋等. 间充质干细胞对小鼠辐射早期造血组织细胞的细胞周期及凋亡的影响. 中国实验血液学杂志.2007,15(6):1226-1230
5.       胡锴勋等. 间充质干细胞促进半相合骨髓移植治疗急性放射病小鼠的实验研究. 中华放射医学与防护杂志.2008,28(02):
6.       曹晓沧等. 脐带间充质干细胞移植对肠辐射损伤模型鼠治疗作用的实验研究. 中国辐射卫生.2010,19(03):257-261
7.       Chapel A et al. Mesenchymal stem cells home to injured tissues when co-infused with hematopoietic cells to treat a radiation-induced multi-organ failure syndrome.J Gene Med. 2003 Dec;5(12):1028-38.
8.       Lange C et al. Radiation rescue: mesenchymal stromal cells protect from lethal irradiation. PLoS One. 2011 Jan 5;6(1):e14486.

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