文摘
间充质干细胞(msc),一个理想的细胞来源再生疗法没有伦理问题,扮演着重要的角色在糖尿病足溃疡(DFU)。越来越多的证据表明,msc移植可以加速伤口闭合,改善临床参数,并避免截肢。在这次审查中,我们明确临床前研究的机制,以及安全性和有效性的临床试验治疗DFU。骨骨髓来源间充质干细胞(BM-MSCs),与msc来自其他组织相比,可能是一个合适的细胞类型,可以提供简单,有效,有成本效益的移植治疗DFU和保护患者截肢。
1。介绍
近年来,随着经济快速增长和饮食结构的改变,糖尿病(DM)的发生率逐渐增加(1,2]。根据流行病学调查、糖尿病已经扩散到全球4.22亿人到2014年(3]。和DM患者的数量可能会超过3.6亿年的2030 (4]。此外,巨大的经济负担从糖尿病的治疗和护理是放置在病人和社会5]。在美国,2012年诊断DM的成本是2450亿美元,增加了41%而2007年支出(6]。
有一个惊人的速度增加宏观和继发于糖尿病微血管并发症,其中DFU是最常见的并发症之一。统计数据表明,超过四分之一的病人患有DFU [7]。根据国际糖尿病足,工作组DFU风险随年龄增加,DM的悠久历史和高糖化血红蛋白(8]。DFU是一个复杂和严重的临床问题,会导致后续截肢。DM的截肢率为19.03%(2015年在中国9]。目前,DFU仍轴承高危患者的截肢和高成本的治疗和护理10]。总之,DFU是威胁人类健康的主要因素之一,加重经济负担11]。
不同来源和潜在的干细胞的自我更新和multidifferentiation主要特点,使干细胞疗法修复和再生组织的新选择。如今,越来越多的疾病可以通过提高干细胞移植的广泛应用,如先天性白内障(12),糖尿病性视网膜病变和角膜病13),心肌梗死(14),眼部表面烧伤(15,16],严重的皮肤烧伤[17,18),帕金森病(19],亨廷顿氏舞蹈症[20.],特别是DFU [21]。越来越多的证据指出,间充质干细胞(msc)可能提高伤口愈合(22- - - - - -24),是许多组织工程应用程序作为细胞来源包括骨再生(25),软骨再生(26- - - - - -28),心肌再生(29日,神经发生30.,31日),炎症性肠病(32],DFU [33,34]。msc在许多组织中存在,例如,骨髓(35,36),脐带(37,38),胎盘(39,40),脂肪组织(36,41- - - - - -43],齿龈[44,45,口腔黏膜46],羊水[47),和大脑48]。然而,适当的细胞类型和选择自体或同种异体之间msc有待讨论。因此,本文回顾了自体或同种异体msc来自不同组织的角色在DFU伤口愈合。
2。BM-MSCs和DFU
2.1。固有特性
骨髓是一种最常见的组织可以获得msc。BM-MSCs没有免疫限制,不刺激alloreactivity因为他们有能力逃避裂解的细胞毒性t细胞和自然杀伤(NK)细胞,减少细胞毒性淋巴细胞的形成(49,抑制T-cell-derived移行细胞(IFN -γ),以及t细胞和NK细胞体外诱导细胞或体液刺激(50,51]。因此,DFU BM-MSCs移植是一种安全的方式,肌内移植已被证明有最好的效果(22]。然而,BM-MSCs下降的数量和分化潜能与衰老(52]。
2.2。机制
2.2.1。旁分泌
BM-MSCs可以提高迁移、血管生成和reepithelialization通过旁分泌加速伤口修复。
同种异体BM-MSCs可以和家庭迁移到伤口区域(227)通过碳碳趋化因子受体表达类型(CCR7) [53]并遵守内皮细胞(ECs)通过细胞间粘附分子1 - (ICAM1),血管粘附分子1 - (VCAM1 -),和Akt-dependent机制(54]。
广域网和他的同事们发现,同种异体BM-MSCs可以促进血管生成和加厚肉芽组织通过增加血管内皮生长因子(VEGF)的表达在糖尿病大鼠(22]。intuition和他的同事们指出,同种异体BM-MSCs播种在胶原蛋白支架可以改善伤口愈合,增加血管生成在糖尿病兔耳溃疡模型(55]。糖尿病大鼠的研究中,neurotrophin-3——(NT-3)刺激人类BM-MSCs VEGF表达的生物组织材料,神经生长因子(神经生长因子),脑源性神经营养因子(BDNF)和其他血管内皮移植血管生成因素和加厚肉芽组织56]。巧合的是,血红素的条件培养基oxygenase-1——(HO-1) overexpressing人类BM-MSCs提升人类脐静脉内皮细胞的增殖和迁移(HUVECs)体外。因此,复杂的HO-1 -overexpressing人类BM-MSCs和胶原蛋白生物材料也可以促进血管生成和促进伤口愈合的小鼠糖尿病缺血性溃疡(57]。
此外,同种异体BM-MSCs prestimulated通过调制与EGF刺激新血管形成的血管内皮生长因子(VEGF-A),内皮一氧化氮合酶(以挪士),缺氧诱导因子(HIF),和VEGF / VEGF受体通路在糖尿病小鼠,从而提高血流量的恢复(54]。
Reepithelialization在伤口的角化细胞是细胞增殖的结果和修改功能。同种异体BM-MSCs缩短伤口愈合时间的糖尿病足溃疡通过改善大鼠足底皮肤的角化细胞被提到体外(33]。人们已经发现,BM-MSCs隔绝老鼠不仅促进人类角质细胞(职员)产生细胞因子包括矩阵metalloproteinase-2 (MMP-2)、表皮生长因子(EGF)和胰岛素样生长因子1 (igf - 1)33),但也加强鼠角质细胞的迁移和增殖上调MMP-2和矩阵metalloproteinase-9 (MMP-9)和表达下调组织抑制剂metalloproteinase-1 (TIMP-1)和组织抑制剂metalloproteinase-2 (TIMP-2),以及触发Erk信号通路(58)(图1)。
2.2.2。动员自体干细胞
Iwamoto和他的同事证明了自体干细胞从骨髓动员全身注射粒细胞集落刺激因子(包含改善伤口床上准备和加速愈合在老鼠59];尽管存在BM-MSCs动员干细胞并不确定在这项研究中,他们被证明是动员GCSF在先前的研究60]。在辰等人的研究中,GCSF可能促进骨骨髓来源干细胞动员和迁移到伤口部位,提高增强上皮形成肉芽组织,而不是施加直接影响上皮形成的伤口在老鼠和人类没有糖尿病。然而,GCSF无法从伤口边缘增强表皮移植db / db糖尿病小鼠尾巴的伤口。
原因有可能是糖尿病炎症微环境包括高血糖和持久性可能影响人口和内源性干细胞的功能。糖尿病小鼠与野生型小鼠相比,db / db拥有更少的msc、可行性,导航能力,和治疗能力受损(61年]。临床试验表明,msc的数量减少和msc的表型改变患者的糖尿病足综合征(62年]。基于最小标准定义人类msc (63年),msc被定义为阳性CD105, CD73,和CD45 CD90和消极,CD34, CD14或CD11b CD79α或CD19 HLA-DR表面标记。然而,CD45−、CD29+,CD90+msc与糖尿病足综合征(受试者的增加62年]。此外,迁移过程是损害结果的表达粘附分子,如ICAM1和VCAM1 [54]。
2.3。的安全性和有效性的临床试验
在临床试验中,自体移植BM-MSCs可以显著改善临床参数包括减少伤口的大小和增加无痛行走距离和维持正常的肝脏和肾脏功能干预后(64年]。腿灌注也足够改善减少主要截肢(65年,66年]。它已经发现自体biograft结合BM-MSCs增加伤口的大小和减少患者真皮血管分布和厚度DFU [67年]。
在自体BM-MSCs肌内注射后4 - 6周,2型糖尿病患者的溃疡愈合率双边危重肢体缺血(CLI)和脚溃疡明显增加。随访24周后,无痛的步行时间,肢体灌注,踝肱指数(ABI),经皮的氧气压力(TcO2)、磁共振血管造影(MRA)分析也明显改善(34)(表1)。
3所示。脐带血液间充质干细胞(UCB-MSCs)和DFU
3.1。固有特性
UCB-MSCs有相似的形态、细胞表面抗原,可能分化成BM-MSCs和脐cord-derived间充质干细胞(UC-MSCs) [42,52,68年]。此外,UCB-MSCs有几个优势,如短倍增时间(69年],可行的时间长,抗炎活性[42]。因此,UCB-MSCs被认为是作为再生医学的便利和丰富的种子细胞。
3.2。机制
3.2.1之上。旁分泌
动物研究表明人类的能力UCB-MSCs预防或治疗DFU通过血管和神经生长因子的表达(神经生长因子)股神经的支配腓肠肌的糖尿病足溃疡大鼠(70年]。体外,人类UCB-MSCs可能有糖尿病伤口愈合的能力通过产生VEGF和基本成纤维细胞生长因子(bFGF) [71年]。
3.3。的安全性和有效性的临床试验
据报道,同种异体移植的UCB-MSCs注入到大腿股四头肌肌肉DFU提高患者的临床资料。所有患者在同种异体UCB-MSCs移植有降低血糖,胰岛素用量,c反应蛋白(CRP)的水平,和肿瘤坏死因子α(肿瘤坏死因子-α),以及增加VEGF和CD4的比率+CD25 FoxP3(你好)+Treg / Th17和CD4细胞+CD25 FoxP3(你好)+Treg / Th1细胞。此外,Treg / Th17也有相关的比率与VEGF的含量和白细胞介素- 6 (il - 6)在病人的血浆中发现72年]。
然而,第一阶段研究患者CLI表明,肌内注射同种异体UCB-MSCs改善症状或临床参数的一些副作用。不良事件包括全身荨麻疹、腹泻、口腔溃疡、和海拔三个病人的血清肌酐水平观察;然而,所有的条件都在短期内解决73年]。
到目前为止,DFU UCB-MSCs是小的应用。我们认为UCB-MSCs涉及隐私和伦理的提取可能是一个问题;与此同时保存脐带血的成本是很高的(表1)。
4所示。msc来自其他组织
最新的,临床前研究脂肪间充质干细胞(超导公司),脐cord-derived间充质干细胞(UC-MSCs) placenta-derived间充质干细胞(PMSCs),和人类羊膜fluid-derived干细胞(AF-MSCs)已报告糖尿病伤口愈合,但没有临床试验报告。然而,人类gingiva-derived间充质干细胞(业务)只进行切除伤口模型,和数据是相当有限的。
4.1。超导公司和糖尿病伤口愈合
以下4.4.1。固有特性
脂肪组织来自间质广泛分布,容易分离。超导公司有很高的频率和殖民地代表一个有吸引力的替代来源的多能细胞,其特点是类似于BM-MSCs [42,74年]。
4.1.2。机制
在糖尿病大鼠背全层皮肤伤口,同种异体超导公司在伤口边缘刺激皮下注射neoangiogenesis通过旁分泌和自分泌机制和提高组织再生(75年]。数据表明,同种异体超导公司迁移到伤口边缘,通过激活内皮细胞血管生成活动增加和neoangiogenic能力通过增加VEGF和血管性血友病因子(vWF)。同时,增殖细胞核抗原,ki - 67,是上调,促进细胞增殖。促炎反应是减少通过EGF的表达,VEGF, prolyl 4-hydroxylase气道)。符合这个概念,同种异体超导公司从腹股沟收获正常大鼠的脂肪分泌大量等血管生成生长因子VEGF,肝细胞生长因子(HGF)、转化生长因子β1 (TGF -β1),igf - 1、EGF和角质细胞生长因子(KGF)体外。体内,超导公司的移植表创建使用cell-sheet技术加速伤口愈合,形成血管全层皮肤缺损在Zucker糖尿病老鼠脂肪76年]。
此外,对asc从非糖尿病的患者获得直接喷射到糖尿病小鼠模型的全层伤口显著增加伤口闭合的速度(77年]。在另一项研究对糖尿病小鼠,新发现丝素蛋白与人类脂肪斑块cellularized msc (Ad-MSCs-SF)和丝素蛋白与人类脂肪斑块脱细胞msc (D-Ad-MSCs-SF)补丁改善组织再生和减少伤口区域通过释放血管生成因子和胶原沉积刺激分子(78年]。减少风险的转移基因突变细胞和刺激免疫系统的可能性D-Ad-MSCs-SF补丁的优势,和脱细胞补丁可以准备和存储一段时间。
4.2。UC-MSCs和糖尿病伤口愈合
4.2.1。准备固有的属性
UC-MSCs通常被认为是丰富的,安全的,倍增时间短,容易收集(52]。BM-MSCs相比,众所周知,UC-MSCs类似的特征包括成纤维细胞的形态、典型immunophenotypic标记,和多分化潜能BM-MSCs [79年- - - - - -82年]。此外,UC-MSCs的特点有较低的免疫原性(83年,84年]。
4.2.2。机制
在研究DFU老鼠UC-MSCs通过左股动脉,研究人员发现,UC-MSCs可以明确定位目标区域检测的表达人类白细胞抗原i型(HLA-1),追踪UC-MSCs体内的一个标志。
此外,UC-MSCs显著降低足溃疡的大小和促进上皮形成溃烂组织通过释放细胞角蛋白19角化细胞和细胞外基质的形成(21]。DFU老鼠在其他的研究中,数据显示,政府UC-MSCs导致改善血管密度(85年,86年)和修复的伤口和感官功能(87年]VEGF的表达,角质细胞生长因子(KGF),血小板衍生生长因子(PDGF)和脑源性生长因子(BDGF)。
4.3。PMSCs和糖尿病伤口愈合
4.3.1。固有特性
胎盘组织是现成的,可以分离出大量的msc的临床应用(88年]。更重要的是,形态、大小、表面表型,PMSCs类似于BM-MSCs和免疫抑制特性,和增殖能力更好39]。最好的功效交付是腹腔内注射(89年]。
4.3.2。机制
糖尿病研究的Goto-Kakizaki(门将)老鼠,实验组显示植入PMSCs聚集到伤口组织和分化成endothelial-like细胞。此外,人们已经发现,PMSCs参与血管生成在伤口床上通过分泌一些proangiogenic分子,如VEGF、bFGF, igf - 1、转化生长因子-β(TGF -β)和肝细胞生长因子(HGF) [90年]。
4.4。AF-MSCs和糖尿病伤口愈合
大量的人类AF-MSCs可以轻松收获从2毫升羊水[91年]。人类AF-MSCs保持稳定和高增殖能力,展示multilineage分化潜力,免疫调节活动,缺乏明显的免疫原性(92年]。
移植的人类AF-MSCs可以加速伤口愈合分泌因素(93年)刺激真皮成纤维细胞的增殖和迁移。在全层切除伤口糖尿病NOD / SCID小鼠、人类AF-MSCs显著加速伤口关闭通过增加血管生成因素,igf - 1、EGF,和interleukin-8(引发),以及加强reepithelialization keratinocyte-specific蛋白质和细胞角蛋白表达在伤口面积(94年]。此外,在鼠标的模型变形的伤口,人类AF-MSCs显著增强通过鉴定及伤口愈合/ SMAD2途径[95年),而人类AF-MSCs加速伤口通过TGF -关闭β/ SMAD2和PI3K / Akt通路在缺氧的条件下(96年]。
4.5。业务和伤口愈合
人类的业务是同质的,不是肿瘤发生的(97年),和容易被孤立98年),显示稳定的表型。人类业务的最重要的优点是没有任何伦理问题在临床应用99年]。此外,人类业务显示出更大的扩散和迁移能力比超导公司(One hundred.)和BM-MSCs没有生长因子(99年]。
在小鼠切除全层皮肤伤口模型中,全身注入人类业务减轻局部炎症介导通过抑制炎症细胞浸润、il - 6和TNF -生产α,增加表达白细胞介素- 10”(il - 10) [101年]。这种机制也存在在缺氧环境中(102年]。此外,人类业务引起M2巨噬细胞的极化,这可能有助于快速reepithelialization,改善血管生成、和组织重塑皮肤伤口的101年]。
5。自体或同种异体msc更合适?
它已经表明,自体BM-MSCs是一个主要来源,有明显细胞疗法对患有DFU功效。最近,研究自体干细胞疗法在糖尿病患者的可行性表明,超导公司与糖尿病患者重要的远端肢体缺血并不满意作为自体超导公司因其不当表型和功能(103年]。符合以上证据,最初的可行性鼠标msc从糖尿病小鼠的骨髓中提取正常葡萄糖体外环境很差,但后来改进的扩张61年]。
虽然同种异体msc强有力的抗免疫特性,证据也表明,他们引起潜在的作为一种新的治疗策略DFU在动物模型的治疗。此外,同种异体UCB-MSCs已经成功地用于治疗DFU患者。越来越多的临床试验的同种异体msc对急性和慢性疾病(104年- - - - - -107年),全面了解免疫剖面的差异是至关重要的。
因此,潜在的自体或同种异体msc用来改善糖尿病伤口愈合出现特别有前途的。然而,到目前为止临床前和临床数据是相当有限的,进一步的研究需要探索的DFU自体和同种异体msc治疗的可行性。
6。DFU的进一步治疗
最近的研究表明,转基因l . sericata幼虫能分泌血小板衍生生长factor-BB (PDGF-BB),一个二聚的多肽生长因子可以绑定到血小板衍生生长因子(PDGF)受体和刺激细胞增殖和生存,因此,促进伤口愈合。它可能是一个有效的方式无法愈合的伤口,特别是对于患者DFU [108年),是用于再生医学策略来增强组织修复。
7所示。结论
各种各样的临床应用需要大量的功能主管msc与稳定的表型获得成功的结果。
从上面的形态、大小和表面表型msc来自不同的组织没有显著差异。除了BM-MSCs,其他人拥有丰富和更大的扩散能力,可以很容易地孤立。此外,UC-MSCs和人类AF-MSCs免疫原性较低,而超导公司和人类业务带来更少的道德问题。尽管BM-MSCs有一些限制,他们首先发现并深入研究在许多临床试验,临床疗效满意。本文支持DFU BM-MSCs治疗的潜力,而且可能是安全、可行的最佳的细胞类型的DFU移植。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
本文是由吉林省科学技术部门的科学基础(3 d515n603428)和教育部科学基础,科学技术发展中心(3 m213br43428)。