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刺激骨骼干细胞,提高糖尿病患者骨折愈合能力

2017-01-15 13:25:03        来源:恒峰昊瑞

2017年1月11日,斯坦福大学医学院的研究人员在“Science Translational Medicine”杂志上报道了最新研究成果,研究者发现了一些糖尿病患者骨折愈合欠佳的原因,发现了一种在糖尿病小鼠中刺激骨骼干细胞(SSC)活性的蛋白质,能促进模型动物在骨折后更好地愈合,并提出了一种可以在手术期间局部应用以修复断裂的解决方案。这可能产生一种新的治疗方法,以改善糖尿病人的骨修复。


刺激骨骼干细胞,提高糖尿病患者骨折愈合能力


糖尿病是一种代谢性疾病,其特点是不能产生胰岛素或胰岛素抵抗。目前,全球有超过4.2亿糖尿病患者,患病率正在上升。高血糖症是糖尿病的常见效应,并且随着时间的推移,产生许多严重的并发症,包括软组织损伤和骨骼骨折的愈合能力受损。然而,这种受损骨愈合的确切分子机制尚不清楚。


骨骼干细胞是存在于骨骼的细胞群,这些成体干细胞有可能分化为骨骼系统的组成部分,包括骨,软骨和基质。研究发现,在糖尿病小鼠中,以及在接受了关节置换的糖尿病患者的骨样本中,骨骼干细胞活性降低。研究人员继续发现小鼠的骨折愈合能力在其骨骼干细胞水平非常低时严重受损。在进一步的实验中,他们发现了刺激骨干细胞的蛋白质。当它们将蛋白质应用于小鼠的骨折部位时,其增加了关键信号蛋白的表达并增强了动物的愈合能力。


研究人员使用了2型糖尿病的小鼠模型,在动物大约4周龄的时候发病。动物在疾病发展前显示正常的骨折愈合能力。然而,在发病后,修复的骨比正常的非糖尿病小鼠中的骨更弱,更不密集。该小组还发现,糖尿病小鼠在骨折后7天的愈合骨骼中的SSCs数量比正常小鼠低得多。经过一系列实验后,研究人员确定了干细胞本身功能完整,也没有系统性原因导致干细胞数量减少。当研究人员仔细观察时,他们发现糖尿病小鼠产生较少的“hedgehog”信号蛋白,该蛋白对于胚胎发育,组织再生和其他关键生物过程非常重要。


另外,在骨折的非糖尿病小鼠中阻断hedgehog信号通路后,导致再生骨比正常情况下更脆弱。进一步证明了hedgehog信号通路在骨折愈合中的重要作用。


研究小组还发现发明一种嵌入Hedgehog信号蛋白的生物友好的水凝胶,将凝胶直接应用到糖尿病小鼠断裂部位,它们像正常小鼠那样拥有骨折治愈的能力。


研究小组对糖尿病和无糖尿病的关节炎患者进行关节置换术后的骨标本进行了研究,比较了样本中重要的Hedgehog信号通路蛋白的表达。他们发现的结果与他们在老鼠身上看到的结果相似,糖尿病患者的骨样本显示信号蛋白的表达显著降低。


研究发现糖尿病相关的炎症反应会引起肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平升高从而抑制Hedgehog信号通路。研究者认为通过利用化合物局部刺激成体干细胞的活性是一种针对复杂的代谢性疾病如糖尿病引起的无法治愈骨折的有效可行的策略。直接针对患者的干细胞采用Hedgehog介导的分子疗法可能具有重要的治疗价值。


该研究进一步证实了组织特异性干细胞在组织再生和损伤反应中可能起重要作用的观点。 再生医学研究进展很快,干细胞有望为目前临床疗效不佳的慢性代谢性疾病的治疗带来质的飞跃。如何在保证安全性的前提下对干细胞进行精准调控从而提高疗效是值得深入研发的领域,具有广阔的应用前景。



Pharmacological rescue of diabetic skeletal stem cell niches, Ruth Tevlin et al., Science Translational Medicine, doi:10.1126/scitranslmed.aag2809, published online 11 January 2017

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