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《CELL》科學家解鎖間充質幹細胞新技能——抗氧化!


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2020年6月4日,澳大利亞墨爾本大學的科研團隊在《幹細胞》雜誌上發表文章,對間充質幹細胞的作用機製提出了新的理念,解鎖了間充質幹細胞的一項新技能——抗氧化功能。


間充質幹細胞以其獨特的免疫逃避、快速擴張、富含成體骨髓和脂肪組織等特點,在動物模型中被廣泛用作治療疾病的工具。這些研究的積極成果推動了數以百計的臨床試驗應用於糖尿病、炎症性疾病和各種肝、腎、肺、心血管、肌肉骨骼、神經係統和胃腸道疾病。

雖然一些試驗已經證實了骨髓間充質幹細胞的治療潛力,但因缺乏對其生物學作用機製的了解,仍未能將骨髓間充質幹細胞納入目前的治療方案。現已經構建了不同的模型來解釋它們的作用機製,包括組織再生、營養/抗炎分泌和免疫調節。

近年來,間充質幹細胞在改善氧化性和亞硝化性損傷中的作用備受關注。氧化還原環境調節著細胞生物學中許多生理和病理生理機製。多項研究表明,骨髓間充質幹細胞可減少氧化應激的活性氧和生物標誌物。


1、什麽是氧化應激?

氧化應激是指與生理氧化還原狀態的偏離和促氧化劑或自由基的增加,它們改變脂質、蛋白質和DNA,從而導致細胞或組織的病理或損傷。研究最廣泛的自由基是活性氧物種(ROS),也可以包括有穩定電荷的反應性分子。


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圖示:MSC療法的抗氧化作用


氧化應激伴隨著細胞損傷、炎症和代謝失調,涉及許多病理學。越來越多的證據支持骨髓間充質幹細胞在多種疾病動物模型中發揮抗氧化作用,這或許能解釋其細胞保護和抗炎特性。


2、MSCs的抗氧化機製如何?

骨髓間充質幹細胞在許多疾病模型中的活性氧和氧化應激生物標記物的減少明確地證明了其減輕氧化損傷的潛力。體外模型表明,MSCs直接保護細胞免受氧化刺激,其抗氧化作用在體外經常以旁分泌的方式發生。

目前,MSCs被認為可以通過抑製自由基,調節炎症反應,增強細胞呼吸和線粒體功能,或捐贈線粒體來保護老化的細胞來減少氧化損傷,或通過上調其他細胞的抗氧化防禦和改變細胞生物能量學,直接表現出抗氧化特性。骨髓間充質幹細胞的免疫抑製特性也可以避免活性氧(ROS)的產生。這些機製減少氧化應激,與骨髓間充質幹細胞在一係列病理學中的治療益處相關。


3、展望

研究表明,MSCs具有直接清除ROS和提供線粒體的抗氧化能力,或通過上調其他細胞的抗氧化防禦和改變細胞的生物能量學而間接發揮抗氧化作用。這些效應可以與先前公認的直接作用於再生途徑的MSC分泌體營養和囊泡成分結合發生。同樣,抗氧化和營養途徑似乎介導了ROS依賴的MSC處理的細胞保護作用。間充質幹細胞常被用於炎症性疾病以調節免疫反應。抗氧化特性在MSC治療的營養和抗炎機製中發揮作用。考慮到氧化應激與幾乎所有疾病有關,這些抗氧化特性以及MSC 網狀物的再生能力可以解釋為什麽MSC治療對於這種看似不相關的病理譜是有用的。

盡管在細胞和動物模型中的研究明確表明,MSC治療可以降低氧化應激水平,但人類研究的數據有限。今後的研究應力求闡明MSCs和MSC衍生產品抗氧化機製的疾病特異性差異。同樣,通過增強抗氧化酶的表達或促進線粒體供體來改善骨髓間充質幹細胞的抗氧化作用,可能有助於優化以骨髓間充質幹細胞為基礎的治療和改善預後。


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