人巨噬細(xì)胞移動抑制因子及其受體在椎間盤退變過程中的表達及其功能研究.pdf

1、研究背景:
　　下腰痛已經(jīng)成為一個日益嚴(yán)重的健康問題,越來越多的實驗室對椎間盤退變的發(fā)病機制進行研究。最近,一些研究表明,炎性因子與椎間盤退變性疾病和椎間盤源性腰痛密切相關(guān)。退變椎間盤組織內(nèi)的微環(huán)境復(fù)雜多變,而且在這里聚集著多種不同類型的細(xì)胞,如浸潤的巨噬細(xì)胞,白細(xì)胞,以及椎間盤細(xì)胞。巨噬細(xì)胞和白細(xì)胞可以分泌炎癥因子,而且椎間盤細(xì)胞本身也可以分泌炎癥因子,它們被認(rèn)為是退變椎間盤組織內(nèi)的炎癥因子的主要來源。它們可以分泌的炎癥因子包括

2、,如IL-6,IL-8,TNF-α,IL-1β,IFN-γ和PGE2等。這些炎癥因子不僅可以導(dǎo)致椎間盤的退變,細(xì)胞外基質(zhì)的降解,而且與椎間盤源性腰痛也密切相關(guān)。
　　骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BM-MSCs)被廣泛應(yīng)用于椎間盤退變的治療研究之中,它們可以促進退變椎間盤內(nèi)的細(xì)胞增殖,細(xì)胞外基質(zhì)的合成,并向“髓核樣”細(xì)胞分化,具有良好的應(yīng)用前景。而且,干細(xì)胞具有“歸巢”作用,即干細(xì)胞在細(xì)胞因子的誘導(dǎo)之下可以向受到損傷的部位遷移,達到受損部位后

3、,干細(xì)胞發(fā)揮增殖和分化的功能,修復(fù)和再生受損的組織;一些炎癥因子,如人巨噬細(xì)胞移動抑制因子(MIF)則不利于干細(xì)胞的“歸巢”作用。然而,由于退變椎間盤組織內(nèi)微環(huán)境的復(fù)雜性,移植到退變椎間盤組織內(nèi)的BM-MSCs的生存問題一直困擾著科學(xué)家們。盡管如此,最近的研究表明,椎間盤組織內(nèi)部的也存在“固有”的干細(xì)胞,如軟骨終板干細(xì)胞(CESCs),而且它們具有和BM-MSCs相似的生物學(xué)特性。這些“固有”的干細(xì)胞可能更適合退變椎間盤組織內(nèi)復(fù)雜的微環(huán)

4、境,而且,一些研究表明,這些“固有”的干細(xì)胞可以替代BM-MSCs,并有可能被用于治療椎間盤退變性疾病。
　　研究人員于1966年,發(fā)現(xiàn)活化的T淋巴細(xì)胞釋放的可溶性因子,并命名為MIF;這種因子可以抑制單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的隨機游走。隨后,研究發(fā)現(xiàn),除了T淋巴細(xì)胞之外,腦垂體和單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞也儲存大量的MIF。MIF作為一種上游的炎癥放大因子,對炎癥反應(yīng)起著級聯(lián)放大的作用。MIF可以拮抗糖皮質(zhì)激素的作用,激活免疫細(xì)胞或者炎癥細(xì)胞

5、,促進基質(zhì)金屬蛋白酶,NO,IL-6,IL-8,TNF-α,IL-1β,IFN-γ和PGE2的釋放或表達,而且,它與體內(nèi)一系列炎癥性疾病和自身免疫性疾病密切相關(guān),如關(guān)節(jié)炎,腎小球腎炎,炎癥性腸炎和敗血癥休克等;椎間盤退變性疾病本身也是一種炎癥反應(yīng)的過程,與MIF相關(guān)的基質(zhì)金屬蛋白酶,NO,IL-6,IL-8,TNF-α,IL-1β,IFN-γ和PGE2的表達與椎間盤的退變機制相關(guān)。盡管如此,MIF在椎間盤退變性疾病中的表達及其潛在的意義

6、還沒有研究進行過闡述。
　　CD74是一種完整的膜蛋白;它是一種位于細(xì)胞質(zhì)膜的Ⅱ類主要組織相容性復(fù)合體。CD74是MIF的特異性的受體,它常伴隨MIF表達于各種炎癥性疾病之中。CD74的表達對于MIF在體內(nèi)介導(dǎo)的生物信號至關(guān)重要,其中MIF-CD74信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的第一步就是上調(diào)CD74的表達。MIF與CD74結(jié)合后,激活細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng),如P38MAPK,促進炎癥因子的釋放;同時,研究還顯示,MIF-CD74信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可以對MSCs

7、的遷移進行調(diào)節(jié)。因此,我們假設(shè),MIF及CD74表達于退變椎間盤組織中,它們都參與了椎間盤退變的發(fā)病機制。MIF誘導(dǎo)炎癥性細(xì)胞因子釋放,并放大炎癥反應(yīng);同時,MIF通過MIF-CD74信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)CESCs的遷移。通過ISO-1(MIF特異性拮抗劑)或CD74阻滯劑,抑制或者阻斷MIF的生物學(xué)功能,可能可以減少體內(nèi)炎癥反應(yīng),并且促進CESCs發(fā)揮“歸巢”作用。
　　本研究的主要目的是調(diào)查MIF和CD74在退變椎間盤組織的表達

8、模式,以及它們在退變過程中的功能意義,并為椎間盤的修復(fù)和再生研究或治療探索一種新的方式。
　　方法和結(jié)果:
　　免疫螢光染色和免疫組織化學(xué)的結(jié)果顯示,MIF和CD74表達于退變的椎間盤組織內(nèi)。在ModicⅠ型變化的軟骨終板組織中的MIFmRNA和MIF陽性細(xì)胞數(shù)顯著高于ModicⅡ型變化的軟骨終板組織的MIFmRNA和MIF陽性細(xì)胞數(shù);MIFmRNA和MIF陽性細(xì)胞數(shù)在PfirrmannIV級的髓核組織中表達量最高,盡管如此

9、,PfirrmannI和II級的患者沒有包括在我們的研究之中。NP細(xì)胞受到炎性因子刺激之后可以分泌MIF(LPS、TNF-α;P<0.01);同時,MIF可以誘導(dǎo)NP細(xì)胞分泌炎性因子(IL-6,IL-8,和PGE2;P<0.01),MIF不能誘導(dǎo)NP分泌TNF-α和IL-1β。我們通過ELISA,RT-PCRsiRNA沉默技術(shù)和細(xì)胞遷移實驗證實,MIF可以通過MIF-CD74信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)髓核細(xì)胞炎癥因子的釋放;MIF通過CESCs

10、表面的CD74受體來調(diào)節(jié)CESCs的遷移。ISO-1處理顯著降低NP細(xì)胞分泌的IL-6,IL-8和PGE2(P<0.01),同時,ISO-1本身并不會促進這些炎癥因子的分泌;細(xì)胞遷移實驗顯示,ISO-1可以拮抗MIF的生物學(xué)功能,恢復(fù)CESCs的遷移。最后,ELISA結(jié)果顯示,CD74激活抗體(cd74Ab)可以激活NP細(xì)胞表面的CD74受體,促進NP細(xì)胞釋放炎癥因子,同時,細(xì)胞遷移實驗顯示,cd74Ab以劑量依賴的方式抑制CESCs的

11、遷移。
　　結(jié)論:
　　1.這項研究表明,“固有”干細(xì)胞存在于退化的成體CEP組織中。CESCs和BM-MSCs具有相似的細(xì)胞形態(tài),細(xì)胞增殖能力,細(xì)胞免疫表型,和三系誘導(dǎo)分化能力。
　　2.MIF及CD74表達于退變的椎間盤組織中。MIF在ModicI型軟骨終板組織的表達量比其在ModicII型軟骨終板組織的表達量高;MIF在PfirrmannⅣ型髓核組織中的表達量最大,然而,我們的實驗中沒有包括PfirrmannI和

12、II型的患者。
　　3.炎癥因子LPS、TNF-α可以,以濃度依賴的方式誘導(dǎo)髓核細(xì)胞分泌MIF。
　　4.MIF可以通過P38MAPK信號通路,誘導(dǎo)髓核細(xì)胞分泌IL-6,IL-8和PGE2,盡管如此,MIF不能刺激髓核細(xì)胞分泌TNF-α和IL-1β。
　　5.MIF拮抗劑ISO-1本身并沒有誘導(dǎo)髓核細(xì)胞分泌炎癥因子,它可以拮抗MIF的生物學(xué)功能,抑制MIF誘導(dǎo)的炎癥因子釋放,有利于控制椎間盤內(nèi)的炎癥反應(yīng)和基質(zhì)降解。