文摘
作为放疗的最严重的并发症之一,放射性骨坏死(内在的)严重影响患者的生活质量,甚至导致死亡。血管损伤和免疫疾病是骨骼病变的主要原因。内在的传统保守治疗治愈率低,复发性高。细胞外液是一种双层脂质囊泡分泌的几乎所有的细胞类型。它包含细胞因子、蛋白mRNA, microrna的,和其他生物活性货物,造成几个不同的流程。有利的生物功能的间充质干细胞细胞液(MSC液)包括血管生成、免疫调节、骨再生和ferroptosis监管。探索内在的特点和MSC液能促进骨再生疗法。在这次审查中,我们总结了当前知识的内在和MSC液和突出的潜在应用MSC液在治疗过程中。
1。介绍
放射性骨坏死(内在的)被认为是最具破坏性的并发症放射治疗(1,2),主要表现为慢性自发性疼痛、吞咽困难、面部变形,其他症状(3]。它严重影响患者的生活质量,甚至导致死亡(4]。第一临床证据的内在放射治疗是在1922年报道的(5]。使用现代治疗技术,如调强质子疗法,内在的估计发病率降至2 - 5% (6- - - - - -10]。然而,内在的口腔癌症放射治疗发病率最高,高达78% (11]。下颌的发病率明显高于上颌骨,主要是由于更高的血液供应的上颌骨(12]。过程中是不可逆转的,可以持续数十年。然而,仍然没有黄金标准治疗或共识指南。
细胞外囊泡液属于一个类别,直径40 - 160海里(平均100海里)13),密度1.13 - -1.19克/毫升(14]。他们是面上磷脂囊泡与派生的杯状容器结构所有真核细胞(15,16)(图1)。这些细胞分泌液通过内吞作用等监管流程,融合,和流出17]。
有外来体膜表面标记,如CD63 [18- - - - - -21,CD9的研究(22),和其他跨膜蛋白。液含有许多具有生物活性的货物,包括细胞因子、脂质,mrna,超过170 microrna和304蛋白(13]。液的内容变化动态和相关细胞类型和状态。受体细胞可以通过不同的标记的液膜执行不同的功能(13]。由于来源丰富,简单、安全、低免疫原性,和其他优势,液已成为当前研究的一个热点研究[23- - - - - -27]。
液的潜在提供者之一,如上皮细胞(28),肥大细胞(29日),树突细胞(30.),淋巴细胞(31日- - - - - -33),和神经细胞(34),间充质干细胞(msc)被广泛关注种子细胞在组织工程和再生医学领域。MSC液的主要产品是MSC (35]。保持相似的生物学特性和功能MSC、MSC液更稳定和更容易维护36]。一份报告显示,MSC液有巨大的力量在修复组织损伤。他们可以促进受损的子宫内膜的修复在子宫内粘连TGF -β1 / Smad通路(25]。他们可以改变免疫环境促进心肌修复(37]。他们还可以促进皮肤再生和伤口愈合,加速血管生成,成纤维细胞增殖和胶原沉积(38- - - - - -40]。在糖尿病大鼠,液源自msc使用阿托伐他汀可以加速伤口修复通过以挪士/ AKT通路(通过促进血管生成41]。
MSC液血管生成的能力,免疫调节,骨再生,和ferroptosis监管,它提供了治疗过程中(图的新见解2)。因此,本文将讨论最新的内在的发病机理和MSC液的治疗机制。我们还讨论的优势和挑战液的临床应用。
2。病理生理学的过程中
内在是指骨头不能弥合超过三个月,并没有持续的肿瘤被辐照后(42,43]。临床症状和体征不同阶段的过程中,包括粘膜溃疡和坏死(44],牙关紧闭症[45),和脓46]。疼痛、麻醉、口臭和味觉障碍是神经症状,当内在的发生在口腔42]。的发展过程中,很难讲,粉碎,甚至开口(47- - - - - -49]。摄影、计算机断层扫描(CT)扫描和orthopantomogram(选择)推荐的检测过程中根据骨骼病变的程度(最典型的病理变化之一)5]。然而,图像的特征与内在的严重程度不相关(50]。
阐明发病机理的过程中,不同的学者提出了不同的假设51- - - - - -56]。第一个是radiotherapy-trauma-infection理论(51),通过伤口细菌入侵颌骨,引起慢性感染疾病,导致内在的(48]。这是抗生素治疗过程中受欢迎的基础。然而,这一理论已经被质疑,因为没有发现微生物在深病变(52]。微生物检测技术的进步,深海微生物的存在在radionecrotic下颚被DNA杂交检测,表明该理论可能仍然是合理的,以及厌氧过程中感染的作用可能是必要的(57]。
第二个是three-hypo理论基于血管损伤和免疫功能障碍。辐射后,缺氧、hypocellular hypovascular州骨头导致血管损伤和免疫功能障碍,导致慢性愈合的伤口和内在的(52]。这个假设曾被认为是最可能的解释内在机制(58]。几十年来,高压氧(HBO)治疗基于它的标准和选择保守治疗过程中(59]。不过,HBO治疗的发展基于这three-hypo假说仍然是有争议的60- - - - - -62年]。Annane等人证明患者公开的下颌中没有受益于随机HBO治疗,双盲,安慰剂对照试验61年]。福尔等人发现,只有轻微的干细胞动员在头部和颈部辐照与HBO治疗的患者(62年]。因为很少有研究对头部和颈部癌症术后放疗,HBO对内在的影响及其具体的机制需要进一步探索。
第三是活性氧(ROS)理论,即活性氧引起的内皮细胞损伤中(53,63年]。内在的发生与血管栓塞引起的缺血(54,55)和不平衡引起的骨再生hypovascularity [64年]。此外,一些研究表明,破骨细胞的辐射损伤发生早于血管的变化,这可能是最初的事件发展的过程中(48,65年- - - - - -67年]。
第四是主流辐射诱导fibroatrophic理论的发病机理中分为三个阶段。第一阶段是初始prefibrotic阶段。辐射诱导活性氧和趋化因子吸引白细胞损伤网站,引发急性炎症反应通过从巨噬细胞产生的活性氧,导致内皮细胞损伤(5,63年,68年]。下一阶段本构组织阶段。由于血管内皮屏障的丧失,细胞因子如FGF -βTGF -β1、肿瘤坏死因子-α(肿瘤坏死因子-α)和白细胞介素(IL)导致的累积成纤维细胞和成纤维细胞的分化转化成myofibroblasts(地铁消防队)[69年- - - - - -71年];最后一个阶段是fibroatrophic后期阶段。缺氧、hypocellular hypovascular环境会导致骨骼脆弱,和当地的代谢环境的变化会导致内在的(53]。这一理论的关键因素是“MFB的生成(72年]。地铁消防队迅速遍布,产生大量的细胞外基质蛋白和胶原蛋白,从而打乱平衡辐射合成和降解的组织。因此,纤维组织取代了骨基质,导致内在的发生。同时,结合pentoxifylline (PTX)和维生素E抗氧化作用和antifibrosis疗法在临床试验中显示效果73年- - - - - -76年),指出了方向探索新的治疗方法。
最近,发现了ferroptosis iron-dependent nonapoptotic细胞死亡形式,提供一种新的可能的理论内在的(56,77年,78年]。过多的脂质过氧化反应,引发了ferroptosis形态,生化,遗传特性不同于凋亡(79年,80年]。其代表性的特征之一是较小的线粒体和线粒体膜密度(81年]。放疗期间,电离辐射产生的ROS和诱导表达的长链酰coa合成酶4(脂类代谢酶),导致脂质过氧化和ferroptosis82年]。在癌症病例,有些小分子促进ferroptosis协同加强和抑制肿瘤细胞的辐射和抑制谷胱甘肽过氧化物酶483年]。然而,过度ferroptosis也发生在正常细胞,缺血再灌注损伤,肾功能衰竭,神经衰弱,其他疾病(56]。如果ferroptosis发生在成骨细胞,骨质疏松症和骨坏死将出现84年]。液来自老鼠的血管内皮细胞可以通过抑制成骨细胞逆转骨质疏松ferroptosis [84年]。然而,有足够的临床试验和基本实验证明ferroptosis和内在之间的关系。
3所示。传统治疗方法的菜
基于骨和软组织损伤的程度,内在的包含四个阶段(阶段0,阶段I, II期和III期)(60]。内在的不同阶段需要不同的治疗方案(85年]。
手术治疗已广泛应用于内在的。手术包括切除小死骨片,骨切除术,彻底切除,皮瓣重建85年]。据审查,下颌骨重建的最常见的选择是一个fibula-free皮瓣的血管提供足够的血液供应(86年]。然而,它的相对较大的伤口和缓慢的复苏是严重的缺点。
除了手术,有六个类型的保守治疗过程中。清创术,HBO治疗,PTX和生育酚(维生素E),洗必泰、超声波疗法,生长因子,MSC治疗。然而,他们每个人都有其缺点,只能结合其他治疗方法。
消除所有的骨头不再血管可以防止长期感染和炎症,从而促进后续治疗(87年]。根据最近的证据,HBO治疗并不推荐过程中在任何阶段(61年,62年,88年,89年]。PTX和维生素E可以防止辐射诱导纤维化(RIF)患者的过程中通过协同效应(90年- - - - - -92年]。二期试验表明,PTX,生育酚,clodronate(称为PENTOCLO一起)帮助89%的患者恢复[14个月内93年]。尽管PENTOCLO对治疗早期过程中产生积极的影响,第二和第三阶段的病例需要手术寻求帮助(94年]。洗必泰是一种常用的药物治疗过程中因为它可以防止感染和促进伤口愈合95年]。洗必泰可以用作杀菌剂对革兰氏阳性和革兰氏阴性微生物和一些酵母(96年]。一项研究表明,刮除术和0.12%洗必泰冲洗为主要治疗,暴露的骨头关闭发生在50%的情况下,确认洗必泰的临床疗效97年]。超声波疗法可促进血管生成,血管再生的过程中(98年- - - - - -One hundred.]。然而,由于缺乏进一步的研究,治疗超声只能用作实验选择临床试验(85年]。由于它能够调节细胞因子,生长因子和MSC治疗其他可能的选择(85年]。等离子体与增长factors-Endoret有利于血管化和上皮形成的过程中101年]。大鼠msc和骨形成protein-2 (BMP2)是有效的治疗过程中(102年]。这个特性的msc为潜在的治疗能力提供证据液来自msc。
尽管保守疗法可以治疗一些内在的早期,治愈率仅为28.6%,联合手术需要获得更好的效果,和复发是可能的103年]。因此,有必要研究一种新的治疗方法。
4所示。治疗MSC液对内在的影响
4.1。血管生成
血管生成和血管化骨再生后辐射中扮演很重要的角色。由多种内源性proangiogenic因素,包括血管内皮生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF) stromal-derived因子- 1 (SDF-1),血小板源生长因子(PDGF),纤维母细胞生长因子(FGF)和表皮生长因子(EGF) [104年,105年),内皮细胞先后形成芽,毛细血管和血管网络(36]。液含有miRNA-7b 9, -21, -26, -27, -210, -378, 195 - 497集群,675 - 126106年),-132107年),-135 b-5p, -499 a-3p显示积极的对血管生成的影响106年- - - - - -110年]。进一步的研究表明,非编码RNA货物由适应proangiogenic因素调节血管生成中发挥重要作用。
最近的研究显示,MSC液与不同的内容通过各种信号通路(表能促进血管生成1)。液分泌通过锯齿状1和切口MSC增强血管生成信号通路的刺激下,低氧诱导因子- 1α(HIF-1α)[111年]。液分泌人类骨髓msc通过一种蛋白激酶/ mTOR促进血管生成信号通路的刺激下dimethyloxalylglycine (DMOG) [112年]。液分泌人类多能干细胞(hiPSC-MSC)增强血管生成通过PI3K / Akt信号通路在内皮细胞(113年,114年]。CD63+液分泌骨髓msc运输Wnt3蛋白质从外部加强血管生成(115年]。液分泌人类placenta-derived msc (hP-MSCs)可以增强血管生成的影响通过增加VEGF和HUVECs mir - 126的刺激下一氧化氮(NO) (116年]。
血管损伤通过不同的机制也可以预防甚至逆转MSC液。液中发挥关键作用,减轻氧化损伤修复DNA双链断裂(117年]。暴露于MSC液后,细胞凋亡引起的辐射诱导DNA损伤血管内皮细胞减少(118年]。
4.2。免疫调节
根据辐射诱导fibroatrophic理论、辐射诱导内皮损伤导致组织缺血坏死和prefibrotic阶段和本构组织阶段53]。释放自由基和趋化因子吸引白细胞损伤部位,引起炎症68年]。
自免疫疾病的发病机制中,MSC液可能成为潜在的治疗过程中由于其免疫调节功能在骨和软骨组织(36]。通过免疫调节(MSC液施加各种抗炎功能119年- - - - - -122年]。首先,MSC液诱导巨噬细胞转变从M1-like M2-like表型(123年]。前是一个典型的促炎细胞类型,后者以其抗炎反应(124年,125年]。Exosomal microrna - 146 (123年],miRNA-34 [126年],microrna - 181 a (127年,128年可以减少M1-related细胞因子,如il - 6、il - 12, TNF -α提高M2-related细胞因子,如il - 10和TGF -β通过促进M2巨噬细胞的极化129年,130年]。MSC液也发挥免疫调节作用在骨生成减少M1巨噬细胞的表型标记131年]。MSC与Wnt可以激活Wnt /液加载β连环蛋白信号对目标细胞,缓解辐射诱导骨质疏松(132年]。Wnt /β连环蛋白信号已经涉及到M2巨噬细胞极化(133年]。第二,MSC液运输metallothionein-2导致炎症减少macrophage-dependent机制(129年),参与NO-mediated成骨的途径在成骨细胞(134年]。第三,MSC液调节免疫耐受性的收购成熟树突状细胞(dc)的表型(135年]。然后,耐受性DCs促进天真的CD4细胞+T细胞分化成Treg细胞通过分泌多种抗炎因子(135年]。第四,MSC液减少淋巴细胞增殖(135年),作为输送机B淋巴细胞的免疫抑制效应(136年]。此外,CD8的数量+T细胞和CD8的比率+T细胞CD4+外周血中T细胞都限制在一定条件下(137年]。
一些研究已经证明了MSC液的抗炎作用在骨和软骨组织138年- - - - - -140年]。液源自脂肪msc可以减少炎症介质的产生,如肿瘤坏死因子-αil - 6, PGE2,不,缓解关节骨关节炎(OA) [138年]。液源自人类骨髓msc能促进软骨再生通过抑制肿瘤坏死因子-α相关的胶原酶活性(139年]。他们还可以抑制巨噬细胞激活和软骨细胞凋亡治疗关节损伤(140年]。
据我们所知,TGF -β1和ROS被认为在辐射诱导纤维化(发挥更重要的作用141年- - - - - -144年]。活性氧可以上调表达的几个通过激活HIF-1纤维发生的基因α和释放TGF -β1 (145年]。看来,我们可以合理的猜测。MSC液可能延缓纤维化过程通过免疫调节过程中发展。然而,这些推测需要进一步研究来证实。
4.3。骨再生
成骨细胞(观察),源自msc、占骨细胞的4 - 6%。奥林匹克广播服务公司的主要功能是骨沉积钙盐和形式。MSC液可以调节MSC的成骨分化和增殖,通过使用microrna影响OBs-related mrna的表达(146年)(表2)。
MSC液含有miR-29a和miR-29c诱导MSC的成骨分化,通过增加OBs-related microrna的表达,比如mir - 206, mir - 196 a, miR-27a [147年]。在不同时间点的MSC的成骨分化,mir - 199 b的表达,mir - 218, mir - 148 a,和mir - 135 b增加,mir - 221的表达,mir - 155, mir - 885 - 5 - p, mir - 181 a, miR320减少MSC液(149年]。let-7的微分表达式,mir - 218, mir - 196 a, mir - 118在MSC液还可以刺激MSC分化成成骨细胞(148年]。研究发现,mir - 885 - 5 - p调节BMP2-induced成骨分化(149年,159年]。奥林匹克广播服务公司通过MSC液也促进扩散mir - 122 - 5 - p和MAPK信号通路(160年,161年]。MSC液的一些内容,比如mir - 92 - 3 - p和mir - 140 - 5 - p,可以减轻OA通过促进软骨形成,促进软骨细胞迁移,抑制软骨退化(157年,158年]。
此外,MSC液能促进骨髓干细胞的增殖,减少辐射损伤通过减少细胞凋亡和DNA损伤(162年]。人类msc移植可以提高小鼠骨髓生产和巨核细胞生产(163年]。注入MSC液可以保护cd92/2老鼠从延迟骨折愈合164年]。mir - 148 - a - 3 - p在MSC液可以防止股骨头骨坏死的通过抑制的表达Smad泛素化调节因子1 (SMURF1) [151年]。
4.4。Ferroptosis监管
Ferroptosis iron-dependent nonapoptotic细胞死亡形式,是一种新发现的肿瘤治疗的潜在机制56,77年,78年]。如果有病理ferroptosis突发、骨质疏松症和骨坏死发生(84年]。释放的铁液调和ferroptosis电阻(165年]。Prominin-2是一种脂类动态调节蛋白。它促进多泡体的形成(多功能车辆总线)和液含铁蛋白,从而消除运输的细胞和防止ferroptosis [166年,167年]。鉴于液参与ferroptosis抵抗肿瘤细胞(168年),他们可能会减轻内在的影响在osteogenesis-related ferroptosis抵抗细胞。MSC液有较高的生物相容性和效率(169年,170年]。这种特性可能会提供一个新奇的想法改善过程中通过调节ferroptosis。
4.5。液和肿瘤放射治疗
许多研究表明,液肿瘤放射治疗密切相关。液源自msc增加放疗在肿瘤转移的抑制作用171年]。在前列腺癌中,液调解不属预定目标的危害(172年]。Radiation-activated p53可以通过液(传播开173年,174年]。乳腺癌液促进DNA损伤修复反应后辐射的磷酸化调节检查点激酶1 (Chk1) [175年]。由于液能增加抗辐射性通过microrna的内部(176年,177年),我们推测,MSC液可能减轻内在的通过增加健康的骨骼细胞的抗辐射性。
5。讨论
内在的全面的治疗计划根据病人的年龄、合规和医院的条件。制定的基本原则应该是基于分类和阶段(85年]。
由于随后的高感染率,HBO治疗不是最好的选择178年]。目前,后者阶段的内在的传统方法是手术结合保守治疗(85年]。辅助药物,如洗必泰(179年)、抗生素(85年[],止痛剂180年)只能与其他手术治疗相结合,如切除小死骨片,边缘mandibulectomy,节段mandibulectomy,彻底切除,皮瓣重建85年]。然而,一个简单的和防止损伤的方法是治疗过程中所需。MSC液是有前途的候选人为内在的治疗,主要是由于其独特的生物学特性和各种生理效应。
比MSC MSC液有较高的生物相容性,可以很容易地避免免疫排斥当转移到受损的组织(181年]。MSC液可以避免其内部特定细胞因子或microrna被酶降解,实现稳定的治疗效果(182年]。MSC液可以同时激活多个信号通路,避免靶细胞的基因改造,并提供可重复的和可预测的结果与稳定的表型(181年]。MSC液有很多优势在传统骨移植,因为他们可以结合各种生物材料修复骨缺损(183年]。基于上述优点,MSC治疗过程中液表现出有益的前景。
然而,MSC液的临床应用面临着许多挑战。首先,由于液的生产条件,液相对不稳定的内容(184年]。例如,microrna的液显著受到电离辐射(185年]。第二,没有统一的标准识别、量化和净化液,导致不同的结果在实验和临床应用不确定效应存在剂量依赖的相关性36]。被国际社会公认为细胞外囊泡(ISEV)推荐几种方法的分离液,如差速离心、尺寸排阻色谱(SEC), immunoaffinity捕捉,和上面的组合技术186年]。然而,每种方法的具体应用范围仍然需要说明和统一。第三,还有缺乏方法获得高纯液同时确保足够的收益。研究表明,培养MSC与切向流过滤可伸缩microcarrier-based三维文化可以提高的生产力MSC液(187年]。但需要更多的研究来发现这个实验转化为临床应用。最后,一些角色的MSC液仍未知或不一致。各种功能不仅依赖于脂质、核酸和蛋白质内部还在分子和粒子表面上188年]。因为只有一小部分的角色一直在探索,迫切需要改进和创新的研究方法和内容进行深入研究和应用MSC液的方法。
6。结论
综上所述,MSC液中扮演重要的角色中通过调节血管生成的能力、免疫调节、骨再生和ferroptosis。尽管MSC液的临床应用面临着许多挑战,这个有前途的领域仍将吸引进一步探索和提供更多的理论基础和临床治疗过程中。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了国家杰出青年科学基金项目,国家自然科学基金(82001090)、四川省卫生部门(20 pj091),和四川大学博士后跨学科创新创业基金(20201105)。作者还感谢副主编和审稿人的有用的反馈,改进这项研究。