文摘
糖尿病足是糖尿病的严重并发症。间充质干细胞是干细胞的丰富来源,占据一个特殊的位置在细胞疗法,和最近的研究表明,间充质干细胞可以发挥重要作用在治疗糖尿病足。在这里,我们讨论的进展在间充质干细胞治疗这种情况。间充质干细胞的角色和功能机制在糖尿病足也总结,和洞察当前和未来的研究。
1。介绍
中国有近1亿成人糖尿病患者(1,全世界有3.86亿糖尿病患者。如果这一数字继续以现在的速度增加,这将是5.58亿年。糖尿病足是糖尿病的最严重的并发症和无创伤截肢的主要原因。特别是,糖尿病患者经常有严重的下肢缺血性疾病,所以这些患者需要截肢的概率非糖尿病的患者是40倍。事实上,大约85%的糖尿病患者截肢发生,和大约15%的糖尿病患者将经历一生中糖尿病足溃疡。糖尿病足的治疗糖尿病的占总成本的22%,而与此条件相关的发病率和死亡率是非常高的2]。传统疗法,包括卸载,治疗感染和局部缺血,和地方治疗,不改变糖尿病足的基本病理,以及他们的治疗效果并不令人满意。血管介入技术的发展带来了新的希望,医生治疗糖尿病足,微创,快速和疗效,具有优势在长期随访,并提供稳定病人。这种技术被广泛用于糖尿病足的临床治疗,但对于严重的微血管和macrovascular糖尿病血管和神经障碍,其circulation-improving效果是有限的。此外,在长期随访中,末梢循环的再狭窄率和恢复仍然贫穷,和糖尿病足患者的截肢率仍然很高。因此,糖尿病足是全球公共卫生的威胁(2]。
2。的应用干细胞治疗糖尿病足:干细胞疗法和细胞疗法
近年来,干细胞移植治疗糖尿病足的普及。这个移植能促进新血管的形成,改善和恢复肢体血流量,改善缺血(3]。因此也称为细胞血管旁路(4]。2002年,Tateishi-Yuyama等人使用干细胞移植治疗下肢缺血性疾病和获得最优结果。这种治疗的机制被认为涉及干细胞分化成血管内皮细胞(vec)和平滑肌细胞(smc)和分泌多种血管生成因素。在这一过程中,细胞逐渐分化,导致新毛细血管的形成,可以参与血管重建,以弥补缺血,进而改善和恢复下肢的血液流动3]。
目前,干细胞的主要来源,可用于移植包括骨髓、外周血、脐带血,脐带组织和脂肪。根据来源,我们可以把细胞成单核细胞(跨国公司),内皮祖细胞(epc),或间充质干细胞(msc)。其中,msc,来源于早期中胚层和外胚层,受到了广泛的研究,尤其是对组织损伤和修复的研究。首次发现了msc Friedenstein [5]。这些细胞有可能分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞、神经细胞。因为它们可以分化成不同的细胞类型,因为有技术用于隔离和放大这些细胞的数量在体外,msc是一种理想的组织工程种子细胞类型。这些细胞在骨髓最丰富的,但是它们也存在于脂肪组织,软骨、骨组织,脐带血,胎盘6,7]。根据国际社会的标准细胞疗法,msc展览附着生长和以下表型:95%的细胞表达CD105, CD73, CD90,和大多数的细胞不表达CD45, CD34,和CD14或CD11b, CD79a, CD19。此外,这些细胞不表达MHC II级分子,如HLA抗原,他们有可能分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和其他类型的细胞(8]。此外,最近的一项研究发现,msc在免疫调节、抗炎作用,可以抑制免疫细胞的增殖(9]。在这里,我们审查的进度在MSC移植技术治疗糖尿病下肢缺血、糖尿病性溃疡、糖尿病周围神经病变动物模型和临床研究。
3所示。间充质干细胞移植和糖尿病外周动脉疾病
3.1。骨髓间充质干细胞与骨髓单核细胞移植
糖尿病是周围性血管疾病的一个独立危险因素。在美国大约有8000万糖尿病患者周围血管疾病,和6.9 -23.8%的糖尿病患者50岁以上的年在中国周围性血管疾病。危重肢体缺血导致糖尿病患者不良预后:这些患者的5年生存率仅为50%,和死亡率截肢后25 - 50%。因此,在糖尿病患者外周动脉疾病(PAD),保肢是非常重要的。尽管外科手术和介入技术的发展在这些病人可能是有益的,在40%的患者中,外周血管介入和手术适应症,药物没有效果,这导致了这样一个事实:没有选择这些患者的治疗。在这个子集的病人,干细胞治疗已经显示出独特的优势(10,11]。
关西医科大学心血管研究中心第一发达国家跨国公司(BMMNC)自体骨髓移植治疗下肢缺血的发生在2002年。自那时以来,许多国家已经逐渐应用骨髓和外周血跨国公司在治疗糖尿病足的临床,实现一定的治疗效果。这种技术可以有效地改善局部血液供应,促进微循环重建和伤口愈合3,4]。BMMNC移植的局限性是它有一个更复杂的时间和大量的风险和执行使用有限数量的细胞。Pittenger等人发现,骨髓msc (BMMSCs)可以分化成多种类型的细胞,他们可以重建微循环[12]。Al-Khaldi等人发现在慢性脑缺血肢体血流改善移植后BMMSCs [13),BMMSCs可用于皮肤伤口愈合在糖尿病患者和老鼠14,15]。在另一项研究中,糖尿病患者共有6英尺,铺满四世,没有收到任何其他治疗水平与BMMSCs移植。结果表明,6个月后的随访中,所有的患者最好血流重建和伤口愈合,平均愈合时间在5例9个月(1病人死于心脏衰竭)。五年的随访后,五个病人表现出良好的组织愈合和没有不良反应,表明BMMSC移植可能是一个有效的方法治疗下肢缺血患者的糖尿病(16]。Prochazka和他的同事使用骨髓间充质细胞移植在糖尿病脚和下肢血管病变患者经历过失败的血管重建手术。在这些患者中,治疗显著改善了趾肱指数(创伤性脑损伤)、经皮氧分压,保肢率约81% (17]。总共24随访12周,结果表明BMMSCs治疗显著改善了无痛行走距离和伤口愈合在糖尿病患者下肢血管闭塞性疾病(18]。鲁和他的同事们发现,在24周的随访中,有显著差异的影响移植自体BMMNCs和移植BMMSCs的截肢率和严重不良事件的发生率。然而,当自体BMMSCs放大和识别在体外然后移植到病人治疗糖尿病足患者踝肱指数显示,改进,步行距离,磁共振血管造影抵押船舶数量(19]。在这项研究中,作者还发现,转染的过氧物酶体proliferator-activated受体-γcoactivator-1 (PGC-1) BMMSCs进一步增加血管生成,减少细胞凋亡内皮细胞,改善缺血性下肢的血液供应,在动物模型。这些数据表明,PGC-1可能的目标治疗糖尿病足患者的下肢血管疾病(20.]。
动物实验表明,当骨髓干细胞与g - csf prestimulated然后移植到兔子糖尿病下肢血管缺血,兔子表现出更高层次的血管内皮生长因子(VEGF)的表达和血管生成更多比在对照组,骨髓干细胞组和一组与G-CSF-stimulated外周血干细胞移植。在另一种动物的研究中,BMMSCs与表皮生长因子刺激,同样的结果,表明该方法可以提高BMMSC移植的效率。然而,这种技术可以增加白血球和hypercoagulable状态的风险和可能导致心绞痛或急性动脉血栓形成21,22]。51糖尿病患者的研究发现,肌内移植的BMMSCs显著提高踝肱指数(ABI),间歇性跛行距离、经皮氧分压,相比,保肢肌内移植BMMNCs,表明肌内BMMSC糖尿病下肢缺血患者移植是一种安全有效的治疗方法相比,肌内BMMNC移植(23]。研究人员表明,BMMSC移植的存活率在增加了低氧预处理细胞凋亡明显减少,当自噬增加。将自噬的调节和缺氧预处理可能因此提供新的策略与BMMSC移植治疗糖尿病足24]。
在探索机制有助于BMMSCs的影响,研究人员发现,BMMSCs分泌多种细胞因子,如SDF-1、VEGF、bFGF,和基质金属蛋白酶(MMPs),这些细胞因子促进细胞外基质(ECM)的生产和降低内皮细胞的凋亡,模型验证的内皮功能障碍和内皮促进血管再生25- - - - - -30.]。一项研究表明,BMMSCs的表达而增加(Ang-1),这促进了vec的扩散和迁移(31日]。另一项研究表明,BMMSCs分泌一系列的血管生长因子促进ECM的形成支持供血动脉。动物实验表明,BMMSCs促进胶原蛋白的表达类型I-IV糖尿病伤口床(32),分泌一系列的生长因子和antifibrotic因素,包括肝细胞生长因子(HGF)、白细胞介素- 10”(il - 10), adrenomedullin [33],MMP-9 [34,35,抑制角化细胞和成纤维细胞增殖36和分化37]。其他研究已经表明,移植BMMSCs VEGF-A水平和增加当地内皮细胞的增殖和迁移通过旁分泌和内分泌影响,他们促进血管再生(38]。
研究表明,动脉内的移植BMMSCs效果明显优于BMMNCs动脉内的移植对糖尿病下肢动脉缺血的ABI和伤口愈合19]。动脉缺血患者的膝盖,BMMNC疗法尤其合适,BMMNCs导致的动脉内灌注改善Rutherford-Becker分类、德克萨斯大学糖尿病伤口尺度,和目标中的ABI肢体39]。然而,我们认为BMMSCs可能有更好的效果,但需要进一步探索这个主题。
总之,BMMSC移植已取得积极成果在治疗糖尿病下肢血管缺血动物实验和人体研究。这种疗法的机制涉及旁分泌和内分泌影响干细胞,促进微循环的血管内皮再生和重建,改善内皮功能障碍,促进伤口愈合。与此同时,某些措施可以提高细胞移植的效率及其治疗效果,包括在体外prestimulation文化放大、低氧预处理、生长因子,促进细胞自噬,PGC-1等基因的超表达。然而,一项研究报道,移植培养老鼠BMMSCs治疗糖尿病神经病变导致肿瘤的发病率46%在4 - 8周40]。因此,这些方法的有效性和安全性需要进一步探索。
3.2。人类脐带间充质干细胞移植
脐带血干细胞比骨髓富裕,因为它很容易获得和弱免疫原性,它被看作是丰富的、低成本、容易收集的干细胞来源(41]。胎儿脐带是孕产妇和胎儿cord-like连接结构,它包含两个脐动脉,一个脐静脉,外皮的羊膜。动静脉组件包含一个特殊的胚胎黏液样连接胶状的组织称为沃顿商学院的果冻。干细胞从沃顿商学院的果冻被称为分离人脐带msc。最近,一项研究发现,胎儿细胞存储在沃顿商学院的果冻,这使得它有前途的多功能干细胞来源。2003年,米切尔等人是第一个表明人类脐带干细胞多能干细胞的特点,和越来越多的研究表明,沃顿商学院的果冻是msc的来源42]。沃顿商学院的jelly-derived间充质细胞含有msc,一类免疫细胞诱导没有免疫排斥反应,即使在同种异体移植。许多研究表明,这些细胞可以显著提高缺血周围性血管疾病在非糖尿病患者和动物模型。
一项研究表明,在1周后进行血管成形术使用介入方法,人类脐血msc移植显著提高糖尿病外周动脉疾病患者症状与下肢静息痛和皮肤温度升高,促进溃疡愈合,即使新船还没有形成。这种效应的机制可能妨碍周围侧支循环的建立。在1个月后血管成形术,ABI明显改善,,3个月,脉管系统的可视化显示,血管血管密度明显增加,与伤口愈合得很好。这个活动的机制涉及干细胞的增殖和分化成矢量和一系列生长因子的分泌,促进血管再生和重建的侧枝循环提供营养阻塞远端血管缺血性组织。即使有近端血管再狭窄,干细胞可以形成一个抵押品远端血管的血液供应,这是比观察到传统的测量结果,这些细胞,降低截肢率和改善症状(43]。干扰纤维母细胞生长因子4 (FGF4)干细胞因子(SCF), FLT3配体在文化放大脐血msc在体外可以有内分泌、旁分泌作用,导致细胞的分化成内皮细胞,改善糖尿病下肢缺血的通过改变血液流动,促进伤口愈合,没有明显不良反应(44]。的动脉内的移植脐血msc与糖尿病大鼠皮肤溃疡表明新血管的数量在第三天溃疡面积显著增加,肉芽组织增加第七日,复层鳞状上皮是正月十四日。皮肤溃疡面积也显著改善第七和14天,这种效应的机制提出了促进分泌的上皮角化细胞角蛋白19和参与ECM的形成45]。另一项研究发现,干细胞分离从沃顿商学院的果冻和移植到糖尿病小鼠下肢血管结扎显著提高血液流动,增加毛细血管密度,减少内皮细胞凋亡,并增加低氧诱导因子- 1的表达α(HIF-1α),并引发。缺氧预处理沃顿的果冻在骨骼肌细胞导致preapoptotic明显降低信号蛋白和凋亡信号蛋白的增加,当HIF-1α和引发被抑制,这些效应减弱;这一发现表明HIF-1α扮演重要角色并引发干细胞transplantation-based治疗糖尿病下肢血管疾病(46]。
脐带富有在干细胞比骨髓,和这些细胞很容易收集和显示弱免疫原性(41]。人脐带msc是一种很有前途的工具,有效治疗糖尿病下肢缺血。
3.3。脂肪间充质干细胞运输
2001年,祖克等人孤立首次新成体干细胞。这些细胞是脂肪干细胞(对asc),研究的,结果收到了大量的关注(47]。因为这些细胞类似于BMMSCs,他们被称为脂肪msc。自那时以来,一些研究小组使用了类似的方法从脂肪组织对asc隔离。因为脂肪组织是容易获得,有利于使用脂肪tissue-derived msc代替msc。根据先前的研究,可以获得约4000万对asc从每毫升脂肪组织,和一些独立的研究表明,传统的提取方法对asc不会改变的活动。来源于干细胞的另一项研究表明,对asc和骨头没有显著差异的几个特征,包括获得的细胞,细胞衰老过程,基因转染和细胞粘附48- - - - - -50]。有大量的干细胞在皮下脂肪组织,这个组织是容易获得没有一个痛苦的过程,如骨髓的愿望。通常,当使用局部麻醉,100 - 200毫升的脂肪组织。研究表明,平均克脂肪组织可以产生200000 - 290000干细胞,这意味着每毫升404000干细胞能够被分离的脂肪。这个组织是这样的一个大而方便的来源干细胞用于细胞疗法(47,48]。其它研究发现,1克脂肪组织产生大约5×103干细胞,它是500倍的数量每克产生骨髓干细胞的骨髓49]。
作为移植的种子细胞,对asc一直广泛应用在整形手术后康复,关节软骨再生,修复心脏和大脑功能,治疗自身免疫性和缺血性疾病。对asc在欧洲,已经用于临床试验治疗慢性心脏衰竭和急性心肌梗死,结果表明对asc血管增长可能是一种有价值的治疗选择和组织修复47]。此外,研究人员对asc作为载体将药物通过“自导”效应细胞抑制小鼠黑色素瘤的生长(49]。对asc的机制发挥其在治疗糖尿病足的影响包括以下。(1)许多研究已经表明,对asc有能力分化成内皮细胞和上皮细胞,因此可以改善局部血液供应,伤口和重建微循环50- - - - - -52]。(2)对asc可以加速血管结构的过程,促进伤口愈合。在肺气肿的ASC移植的一项研究中,被发现分泌大量的HGF也,在移植后4周,上皮细胞的增殖和血管的数量增加,改善肺功能。结果进一步表明对asc分泌血管生长因子,促进血管生成具有强大的能力在当地的微环境,并参与组织损伤后血管再生的过程。此外,对asc其他细胞因子分泌和促进细胞增殖和伤口愈合。对asc还会分泌大量的HGF微环境并参与当地的受损组织的血管再生。对asc能具体地分化成皮肤成纤维细胞和角质细胞通过旁分泌和内分泌和行为促进肌肤修复和再生的影响。此外,对asc分泌一些细胞因子激活表皮成纤维细胞和角质细胞,研究表明,对asc也分泌血管生成因子,诱导组织再生,并参与免疫细胞调节的过程。然而,在慢性伤口愈合机制的细节需要进一步探索(49- - - - - -53]。
在以前的研究中,脂肪移植msc分化成内皮细胞,显著提高血液流动和毛细血管密度(54,55在裸鼠模型的缺血,而脂肪细胞的移植msc、分泌VEGF和血管性血友病因子,减少内皮细胞凋亡和促进局部微循环重建(56,57]。动物实验表明,脂肪msc sarcomeric肌动蛋白的表达增加,VEGF和HGF当移植到大鼠糖尿病下肢缺血。核磁共振血管摄影还显示,血管密度增加,血液供应明显改善(58]。江等人发现overexpressing PGC-1α在一个脂肪tissue-derived msc在体外模型增加糖尿病环境减少了线粒体活性氧(ROS)由高葡萄糖和缺氧和诱导干细胞的细胞凋亡率下降。这些影响可能提高移植的效率(59]。此外,研究发现脂肪MSC文化系统的以下需求:−4°C, 20%的白蛋白,5%葡萄糖乳酸林格氏液,孵化不到48小时(60]。三维文化技术也可以用来增加生长因子在肝脏中脂肪msc分泌,提高移植的效率(61年]。
在临床研究中,虽然在糖尿病患者脂肪msc增殖能力下降与细胞在非糖尿病患者相比,经过6个月的肌内注射自体脂肪msc,大约2/3的糖尿病下肢缺血患者临床缓解期(包括改进的休息疼痛和步行距离),和一个显著增加循环被观察到血管造影术(62年]。在研究非糖尿病患者下肢缺血患者无法通过血管再生治疗,脂肪MSC移植改善下肢经皮氧分压和提升当地溃疡愈合,表明这种技术是在非糖尿病患者下肢缺血患者同样有效(63年]。
ASC的研究主要集中在在体外和动物的研究,尽管许多人类临床试验注册。然而,大多数这些研究仍在进步,所以他们的研究结果尚未发表。ASC研究的问题主要涉及以下三个事实:首先,对ASC是异质的细胞群,和特定的标记这些细胞还没有被鉴定,已成为未来研究的一个关键障碍;第二,没有对asc培养合适的动物模型在体外用于移植,这是一个常见的问题在动物实验研究;第三,在人类研究中,有两例自体脂肪MSC移植后血栓事件的报道(NCT01257776)。这些事件可能归因于这样一个事实:自体脂肪tissue-derived MSC移植手术的糖尿病患者。尽管另一个研究没有观察这种并发症(NCT00872326),它已经宣布在糖尿病患者安全问题64年]。
然而,对asc的来源方便、富含干细胞显示低免疫原性。因此我们认为对asc将广泛的人员作为移植的种子细胞。随着分子生物学技术的快速发展,免疫学、细胞生物学技术,对asc的研究将更加深入,对asc改善的机制在活的有机体内微环境将成为研究的焦点,这些因素可能会导致对asc取得重大突破,将成为组织工程的理想种子细胞的研究。
上述研究的结果表明,不同来源的干细胞移植来促进血管生成在缺血性地区是可用的。特别是,msc可以分化成内皮细胞促进缺血组织的血管新生。然而,目前msc促进血管生成的机制还不清楚。人们普遍认为,msc可以分化成矢量和smc,他们可以直接形成新的血管,而且他们可以通过因素包括VEGF,参与血管生成碱性纤维母细胞生长因子(bFGF), HGF, angiotensin-2, angiotensin-1 [65年]。因为有可能多个MSC移植后分化事件,相关的长期安全性和有效性这种类型的移植应进一步探讨。
4所示。间充质干细胞移植治疗糖尿病患者的伤口
伤口愈合是一个复杂的过程,涉及五个重叠的阶段:凝固,炎症,迁移,增殖和重构。糖尿病伤口愈合是一个重要的问题,伤口和周围性血管疾病的形成,外伤,感染,和神经系统并发症可以重叠;伤口愈合的研究在此背景下许多研究领域(因此需要合作66年]。适当的伤口管理要求和应包括清创,卸载,抗感染治疗,血液循环重建、动脉手术,当地酱,和其他措施(67年]。然而,这些治疗不满意地有效68年],因此迫切需要找到更实用的方法。
4.1。骨髓间充质干细胞和糖尿病伤口愈合
在先前的研究中,研究人员表明,msc的机制在伤口愈合伤口直接分化组织通过一个归航的效果。近年来,BMMSCs显示没有观察到一种高度自我更新能力和有可能分化成多个血统除了自导的效果。这些细胞可以调节炎症介质和分泌生长因子治疗糖尿病足溃疡。此外,VEGF的分泌可以刺激肉芽组织的形成和上皮角化细胞和成纤维细胞的迁移,促进溃疡愈合。BMMSCs也有可能分化成表皮细胞和皮肤上皮细胞,它们参与皮肤附件结构的形成,促进糖尿病伤口愈合(32,69年- - - - - -72年]。大多数临床研究因此到目前为止支持BMMSC移植治疗糖尿病下肢血管病变和促进溃疡的愈合14,18,19]。研究还表明,干细胞移植到人体可以修复患者的胰岛功能胰岛功能障碍,既能改善血糖控制和有助于糖尿病溃疡的愈合73年]。
BMMSCs增加体液的分泌,在伤口愈合细胞因子发挥着重要的作用。msc专门调节免疫反应,从而参与伤口愈合。例如,msc分泌免疫球蛋白M和免疫球蛋白(Ig)对抗炎症在糖尿病伤口。msc也抑制巨噬细胞分泌炎性细胞因子,如肿瘤坏死因子-α(肿瘤坏死因子-α)、白介素、干扰素-α(IFN -α),刺激炎性细胞因子il - 10、il - 12的分泌激活免疫细胞。炎症从而本地化,这有利于伤口愈合(74年,75年]。此外,msc和细胞毒性T细胞分泌炎症因子,包括il - 10和转化生长因子-β(TGF -β)、TDO 2 3-dioxygenase (IDO)、一氧化氮(NO)和前列腺素E2 (PGE2),他们减少当地wound-induced炎症反应。此外,msc抑制M1-type激活的巨噬细胞(炎性巨噬细胞)和增加M2-type激活的巨噬细胞(巨噬细胞抗炎)。因此,这些细胞可以有抗炎作用和促进慢性炎症的回归76年]。研究也表明,mir - 146 a的表达明显减少糖尿病患者的伤口,并移植BMMSCs可以显著提高mir - 146 a的可用性,减少伤口的炎症状态,促进伤口愈合(77年]。
此外,伤口本身分泌多种趋化因子招募干细胞循环,从骨髓动员,参与血管的形成,移植BMMSCs可以满足这一需求78年]。证据表明,旁分泌生长因子的影响是最重要的机制,msc修复组织。在这些生长因子,VEGF是促进血管再生的一个重要因素,在伤口愈合中起着重要的作用。发表的研究表明,移植BMMSCs可以调动体内产生VEGF,他们也可以通过旁分泌功能影响完成转换和组织修复和促进糖尿病溃疡的愈合28]。BMMSCs自己还可以分泌VEGF诱导血管生成,从而给伤口修复区域带来充足的营养和删除本地代谢物。此外,其他因素也参与了这一过程,包括胰岛素样生长因子1 (igf - 1)、表皮生长因子(EGF)、角质细胞生长因子(KGF),基质细胞衍生因子1 (SDF-1)、巨噬细胞炎性蛋白1,基质金属蛋白酶,肝细胞生长因子(HGF)和促红细胞生成素(EPO) [26- - - - - -37]。研究明确表明BMMSC移植可以抑制pFAK和增加EGF和igf - 1的水平79年]。研究还表明,BMMSC移植行为的机制有效地促进溃疡愈合包括增加血管内皮生长因子(EGF)的含量,细胞粘附分子1 (ICAM-1),血管细胞粘附分子1 (VCAM-1)和一种蛋白激酶信号通路的激活22]。
4.2。脐血间充质干细胞移植和糖尿病伤口
尽管脐血msc是额外的丰富来源的干细胞并不是与伦理问题或免疫相关风险,大量的研究表明,这些细胞促进不利影响,包括心肌梗塞、肺损伤(80年- - - - - -82年]。其他研究已经表明,脐血msc移植到糖尿病足溃疡明显促进溃疡的愈合,参与这个过程的机制是一样的,在BMMSC移植。除了这些研究,许多其他的研究表明,移植人类脐血干细胞(HUCBSCs)促进糖尿病伤口愈合的老鼠通过一种机制涉及促进从角质细胞角蛋白19的释放,进而促进ECM的形成(45]。某些研究也指出,移植脐血干细胞在糖尿病动物与促进伤口愈合TGF -β信号(83年]。其他的研究已经发现脐带MSC移植可以增加VEGF水平,血小板源生长因子(PDGF),和糖尿病小鼠KGF、促进伤口愈合84年]。Elsharawy和他的同事们在实验老鼠被随机分为三组:对照组,糖尿病组和干细胞cell-treated糖尿病组。研究人员使用immunomagnetic珠子获得人类脐血CD34 +造血干细胞,然后移植到治疗组。他们发现,CD34 +干细胞能够分化成矢量,可促进血管生成,以旁分泌的方式采取行动刺激新血管的形成有助于形成新的角化细胞和真皮fibroblast-mediated胶原沉积,促进伤口愈合。这些数据表明一种新方法治疗糖尿病伤口(85年]。然而,除了风险在干细胞移植,有伦理问题需要考虑。研究表明,移植HUCBSCs促进愈合的机制在糖尿病小鼠是促进神经生长因子的分泌神经生长因子,从而反过来促进神经纤维的再生和血管86年]。
李等人移植人类脐血msc治疗糖尿病足溃疡和评估Treg / Th17 / Th1细胞的分布,Treg / Th1细胞,Th17 / Th1细胞和Treg / Th17细胞。他们还分析了各种细胞因子和其他因素(FoxP3 IL-17, IFN -γ肿瘤坏死因子-αC-RP VEGF, Th17 / Th1和CD4 + / CD25hi FoxP3 +细胞),发现Treg / Th17, CD4 + / CD25hi FoxP3 + Treg / Th1细胞显著增加。此外,Treg细胞的主要功能是类型的细胞在脐血MSC移植用于治疗2型糖尿病足溃疡。这些细胞分泌VEGF和bFGF提高溃疡愈合87年]。
4.3。脂肪间充质干细胞移植和糖尿病伤口
脂肪msc富含干细胞可获得较低的风险。研究表明,在糖尿病小鼠移植脂肪msc、溃疡愈合明显改善,尽管当地的血管密度和长度没有增加通过抑制纤维扩散(88年]。另一个动物实验证实脂肪MSC移植导致糖尿病大鼠皮肤溃疡的愈合(89年]。该研究还表明,脂肪msc,孤立使用微缩细胞脂肪矩阵(MCAM)注射方法有效地改善糖尿病皮肤溃疡的伤口愈合。因此这种技术提供了一种简单、安全、微创的方法诱导组织修复与缺血性糖尿病溃疡愈合的目的(90年]。作者还宣布,脂肪MSC移植可以改善下肢经皮氧分压和促进当地溃疡愈合在糖尿病和非糖尿病患者下肢缺血,这表明治疗同样是有用的在这两个条件(63年]。
总之,伤口愈合过程是复杂的。它们包括血管关闭;血栓的形成和急性炎症反应;细胞迁移、增殖和分化;血管生成;上皮细胞的形成;ECM的合成;和重建的血管85年]。造粒和上皮化生是最重要的慢性溃疡愈合的机制。研究表明,糖尿病慢性伤口难以愈合主要由于缺乏足够的血液供应(91年]。BMMSCs能够分泌可溶性因子,VEGF等proangiogenic最强的因素之一,刺激肉芽组织的形成和上皮细胞,角质细胞和成纤维细胞。BMMSCs可以迁移到创伤面积或炎性病变,在那里他们可以刺激细胞增殖和分化,促进受损组织的修复通过诱导增殖和分化过程,包括生长因子、基质重塑,免疫调节和抗炎活动。然而,问题在于,根据Mishra等人的调查和托拉尔et al。92年,93年],BMMSCs可以分化成癌症相关的肌肉纤维母细胞和肉瘤。因此我们应该注意到干细胞疗法在临床应用的安全性。
5。间充质干细胞移植和糖尿病周围神经病变
糖尿病周围神经病变是糖尿病常见的并发症,高血糖,高血脂,和其他代谢紊乱,增加氧化应激和诱导内皮功能障碍。这些导致微血管缺血和营养失调的神经系统,这是疾病的基本病理生理基础(94年]。醛糖还原酶和α-酸可能提供某些有益的作用,但强化控制血糖不能完全逆转的发展障碍。目前还没有有效的治疗这种情况(95年,96年]。然而,近年来,一些研究人员指出,细胞疗法可能是一个有前途的方法治疗糖尿病周围神经病变(97年]。
5.1。骨髓间充质干细胞移植和糖尿病周围神经病变
柴田et al。98年移植BMMSCs,从糖尿病老鼠,被孤立到糖尿病大鼠骨骼肌的下肢。在移植后4周,结果表明,移植的BMMSCs增加VEGF的表达和bFGF在下肢肌肉和改善糖尿病大鼠周围神经病变。建议这个活动的机制是BMMSCs的多能干细胞分化能力和分泌的血管生成因子,VEGF和bFGF等,改善微环境。特别是,这些细胞有可能分化成神经细胞,包括星形胶质细胞,在较小程度上,少突胶质细胞和雪旺细胞。他们也可能分化成血管结构和糖尿病周围神经病变有有益的影响。金等人将BMMSCs移植到糖尿病小鼠坐骨神经注射。在移植后2周,他们发现某些神经营养因子的表达,如NT3和神经生长因子,是增加了,但是这种效应逐渐消失后4周(99年]。因此,我们可以得出这样的结论:BMMSCs施加的影响只在移植后2 - 4周。因为这两项研究同种异体移植物移植,细胞的免疫反应可能导致治疗效果的消失。此外,肿瘤反应BMMSCs后曾被观察到移植到糖尿病小鼠(40]。因此,必须进一步分析这个移植的安全性,和需要更多的临床研究来证实其有效性。
5.2。人类脐带间充质干细胞移植和糖尿病周围神经病变
Naruse等人随机分为男性拥有(老鼠rnu / rnu F344 / N)为对照组和糖尿病组。诱导糖尿病模型通过腹腔注射链脲霉素(STZ),通过执行和HUCBSC移植肌内注射。胸腔内注入生理盐水对照组。结果表明,在糖尿病组,单方面的肌肉细胞移植显示显著提高伤害。相比之下,在对照组,四肢没有显著区别。组织学分析显示,HUCBSC-injected一侧后肢骨骼肌微血管的数量在移植后糖尿病组高于对照组。在对照组,四肢没有显著差异(One hundred.]。这些发现表明,移植HUCBSCs避免不良免疫反应和诱导新生血管形成,增加缺血区血液供应。随着HUCBSCs增殖能力高于其他类型的干细胞,他们可能是一个更有前途的治疗选择患者糖尿病周围神经病变。
目前,提出了几种机制为糖尿病周围神经病变,包括缺血和缺氧,改变神经多元醇代谢,神经营养因子,减少活性氧的形成,和神经系统相关的微血管疾病。HUCBSCs提升的研究表明,移植治疗糖尿病老鼠,这种机制也促进血管再生和神经再生,增加了存活时间的神经,神经营养因子的分泌增加,所有这些都有助于治疗糖尿病神经病变(86年]。
5.3。脂肪间充质干细胞移植和糖尿病周围神经病变
相比其他干细胞来源,脂肪msc具有以下显著优点:(1)他们只需要微创手术;(2)细胞位于成熟的间充质组织;(3)不需要过程在体外文化;(4)有一个低免疫原性风险;和(5)这个过程高度商业化,从而方便的执行,因为它不需要在体外文化、染色体畸变的风险消除(101年]。脂肪msc被用来治疗多种疾病。这些细胞行为的机制包括导航到目标细胞和神经营养因子的释放(如表皮生长因子、转化生长因子-β、VEGF、bFGF、胶质瘤、igf - 1和bone-derived生长因子(BDGF))缺乏糖尿病周围神经病变。此外,这些细胞调节免疫功能以同样的方式与其他干细胞(69年,70年,73年]。一名飞行员调查表明,自体脂肪移植msc改善周围神经病变在糖尿病下肢缺血患者。其他研究表明,分化和增殖能力的自体对asc隔绝慢性缺血性并发症的患者比那些更有限的细胞健康的个体,所以这些细胞可能不是一个理想的干细胞来源。因此,还需要进一步的动物实验和临床研究来探索这些问题[102年]。
6。想法提高干细胞移植的疗效和治疗效果
提高干细胞移植的治疗效果,有必要确保活性干细胞直接影响到病变。在实践中,干细胞可能有时不能达到病变和有时可能是死于慢性炎症。研究表明,扩散的能力促进血管生成影响的程度的伤口愈合效率自体干细胞移植(103年]。因此,它是必要的,以确定哪些因素影响自体干细胞移植的效率在糖尿病患者和探索如何修改提高干细胞移植的效率(104年]。
BMMSCs孟等人发现,移植的糖尿病小鼠的骨桥蛋白都被打掉了显著缩短愈合时间相比,治疗时间在正常的糖尿病小鼠,表明骨桥蛋白是一个关键调节器BMMSCs移植的小鼠糖尿病溃疡(105年]。使用BMMSC-conditioned媒介,李等人发现这些细胞生成减少ROS水平的磷酸化MEK1/2 ERK1/2增加;这些影响可能参与促进糖尿病溃疡愈合(106年]。在另一项研究中,乙醇从树皮中提取得到Mallotus philippinensisMSC增殖和移植效率提高(107年]。BMMSC移植结合自体血小板凝胶时,伤口愈合也显著提高效率(108年]。正如我们以前所说的,PGC-1超表达αBMMSCs减少移植后细胞凋亡和提高溃疡愈合效率,和这些影响也观察到在脂肪MSC移植20.,59]。Cotransplantation 14年代,21 r-dihdha, BMMSCs伤口地区进一步提高VEGF的分泌和促进重建局部微循环和伤口愈合的糖尿病小鼠(109年]。超表达EGF也增加了ICAM-1——VCAM-1-mediated粘附反应和Akt激活信号通路,促进了血管的形成和重建当地的循环来实现更好的伤口愈合(22]。在一项研究中,BMMSCs的存活率增加缺氧预处理,增加了自噬促进血管生成和显著降低细胞凋亡(110年]。在另一项研究中,研究人员比较标准的骨髓间充质脂肪细胞脂肪msc在缺氧环境中培养在体外。两组细胞都来自同一个捐赠者。研究人员发现,两组的细胞在本质上是一致的表面标记,但端粒酶活性的表达增加脂肪细胞培养的msc的缺氧环境中,这些细胞增加可能分化成脂肪细胞和成骨细胞111年]。一方面,这些结果表明,低氧预处理影响干细胞的机制是促进细胞增殖和分化的能力;另一方面,各种各样的细胞可以用来增加单元的端粒酶活性h-TERT实现提高效率在干细胞移植(112年]。msc的增殖和分化也可以提高了使用本地红外辐射(113年]。最近的研究还表明,使用zoledronate抑制mTOR,减少DNA损伤,减少细胞凋亡在BMMSCs老鼠(114年]。
虽然使用干细胞移植治疗糖尿病足的临床试验中取得了一定的成功,这个平台优化细胞疗法仍然是非常重要的,和msc显示巨大的潜力用于组织工程。识别方法来实现更好的移植效率是一个常数研究人员探索该技术的目标。仿生矩阵和engraftation可以为干细胞提供结构支持援助在附件、增殖和分化。丝素蛋白支架的地方使用蛋白质特别是被证明能增加内皮细胞的迁移能力和分泌proangiogenic因素,改善脂肪msc在治疗的有效性,旨在治疗糖尿病小鼠皮肤溃疡(115年]。研究人员也可以选择从许多其他支架支持msc (116年- - - - - -119年]。
干细胞交付系统的选择也是非常重要的。完美的干细胞交付系统提供最好的支持干细胞粘附、增殖和分化。水凝胶是一种最常用的输送系统,为细胞提供一个三维的不溶性网状结构,可以保持水和支持细胞活动(120年),可以支持粘附、增殖和分化的干细胞(121年]。具体来说,盯住水凝胶可用于维持干细胞的活性(122年]。普鲁士蓝聚合物凝胶有anti-ROS效应,它能减少细胞凋亡在移植干细胞(123年]。此外,纤维蛋白具有良好的生物相容性和生物降解性能,和他们是必不可少的在伤口愈合过程;因此,fibrin-based细胞注射的发展输送系统显示的承诺。一项研究发现,细胞转移效率和纤维蛋白的干细胞增殖能力依赖于纤维蛋白原和凝血酶的浓度溶液中使用。因此有必要重视这些因素(124年]。Bensaid等人报道,纤维蛋白支架,激活纤维蛋白原和凝血酶也促进MSC增殖和迁移的效率(125年]。纤维蛋白胶,这是由凝血酶和纤维蛋白原结合PDGF,有效刺激MSC移植疗法的影响(126年]。研究也表明,胶原蛋白支架和纤维蛋白喷雾系统可以用来提高BMMSC移植的效率,显著提高溃疡的愈合糖尿病小鼠,分别为(14,127年]。另一项研究表明,BMMSCs,局部注射,然后覆盖自体皮肤胶原蛋白膜显著提高糖尿病患者皮肤溃疡的愈合率(128年]。丰富胶原蛋白矩阵与脂肪msc硅膜也改善了糖尿病大鼠溃疡愈合的效率(129年]。在另一个研究中,江泽民等人发明了一种载体涂层与丙烯酸通过等离子体聚合膜转移脂肪tissue-derived msc向当地伤口面积和显示,它显著降低TNF -的影响α在炎症反应;增加了抗炎M2巨噬细胞的激活,诱导TGF -β端依赖血管生成;明显增加差异化纤维细胞的形成;和改善组织修复的效率73年,130年]。此外,三维文化脂肪msc HGF分泌增加,这可能提高移植效率(61年]。
7所示。间充质干细胞的作用液和小分子核糖核酸糖尿病伤口愈合
2010年,赖昌星等人发现细胞膜可以分泌40 - 100纳米囊泡在生理或病理条件下;这些所谓的液可以包含许多蛋白质和rna。这些液形成通过膜融合和内吞作用生物催化剂运送到靶细胞,从而影响靶细胞,使细胞之间的信息交换和促进组织修复以及调节免疫功能(131年]。液的作用是基于与产生它们的细胞类型,和msc是液的最富有的来源132年]。我们现在审查的角色MSC-derived液(墨西哥人)组织重建和伤口愈合。
7.1。rna介导损伤康复
安装7.1.1。核糖核酸
研究人员表明,信使rna在墨西哥人扮演一个角色在组织损伤的修复。布鲁诺et al。133年,134年特别透露,信使rna在墨西哥人主要是与促进增殖有关,转录调控,免疫调节和在肾损伤的修复中发挥作用。•加蒂et al。135年)宣称,在急性肾损伤诱导大鼠缺血/再灌注,墨西哥人的信使rna可以促进增殖和抑制肾小管上皮细胞的凋亡。朱et al。136年)发现,墨西哥人包含KGF信使rna编码,可以把材料从BMMSCs II型上皮细胞,转染细胞与KGF蛋白质,抑制免疫反应,减少肺组织损伤。然而,很少有研究研究蛋白质的影响在墨西哥人糖尿病伤口愈合,仍需要进一步的调查。
7.1.2。微
微RNA (MicroRNA)是一种非编码单链RNA由内源基因编码。microrna参与转录后的基因表达的调节和在伤口康复中起着重要的作用137年]。许多研究人员宣布,microrna的主要功能,如miR-21 miR-27b, mir - 95, mir - 203, mir - 210是调节由绑定到目标mRNA转录后的基因表达,导致信使rna降解,抑制翻译,甚至基因激活。因此,microrna是有前途的治疗目标和展示巨大的潜力作为糖尿病伤口愈合(诊断生物标记138年,139年]。microrna的使用来治疗糖尿病伤口经历了许多进步;例如,upregulation miR-21和mir - 126提高伤口愈合通过刺激白细胞迁移到伤口部位,促进细菌控制,通过增强伤口闭合角化细胞和纤维母细胞活化和迁移,提高血管生成。mir - 203和mir - 210的差别,对这些也提高伤口愈合通过促进角化细胞迁移(140年- - - - - -142年]。
microrna能诱导的分泌许多细胞因子,如肿瘤坏死因子-α、il - 6和il - 1β可以调节许多信号通路,如PI3 K-Akt, mTOR, toll样受体(TLR), NF -κB, igf - 1通路。这些因素可以调节炎症和细胞增殖和成熟,导致糖尿病患者伤口的愈合143年- - - - - -147年]。这些因素也可以重建微循环,减轻糖尿病缺血并发症如垫进一步帮助糖尿病患者伤口的愈合148年- - - - - -150年]。
墨西哥人包含大量的microrna。研究发现,在大鼠大脑中动脉栓塞,mir - 133 b在墨西哥人可以从BMMSCs转移到受损的神经细胞,调节酪氨酸羟化酶和多巴胺转运蛋白,诱导神经突生长,促进康复的受伤的脑组织151年]。此外,Bonafede et al。152年构造一个在体外细胞模型对asc的肌萎缩性脊髓侧索硬化症,发现液可以在这种情况下有神经保护作用。机制被认为是microrna的分泌,如miR-21和mir - 222,促进细胞增殖,进而诱发组织康复。冯et al。153年)发现的甲基化水平CpG结合蛋白2是增加心肌缺血后心肌,miR-22能具体地影响CpG甲基化的结合蛋白2,减少细胞凋亡。miR-19a由BMMSC-derived液也有类似的效果,机制可能在于抑制BIM的蛋白质和PTEN的表达和激活的一种蛋白激酶和ERK信号通路154年]。中村等人使用了一个墨西哥人的肌内注射的肌肉损伤模型,发现它可以诱发肌肉细胞增殖、迁移、血管生成和修复肌肉损伤,这些影响与mir - 494 (155年]。最近,王等人首先发现mir - 223墨西哥人的心血管效应在脓毒症中,提供一种新方法来治疗脓毒症(156年]。Lipopolysaccharide-preconditioned msc也可能改善调节巨噬细胞极化能力和解决慢性炎症let-7b之间来回穿梭,和液来自这些细胞可以激活TLR4 / NF -κB / STAT3 / Akt,加强糖尿病皮肤伤口愈合(157年]。
总之,作为一名优秀的运输载体,墨西哥人可以扮演重要的角色在运输过程中的microrna组织康复。然而,墨西哥人的进一步勘探的应用在糖尿病足溃疡及其血管并发症是必要的。
7.2。Protein-Mediated损伤康复
蛋白质的生物功能包含在液在免疫学研究首次证实了(158年),但直到2010年,墨西哥人的损伤康复功能的蛋白质没有报道(159年]。这个康复主要发生通过细胞内信号通路的调节促进细胞存活和增殖,减少细胞凋亡,影响各种不同的组织修复过程。研究发现,墨西哥人的蛋白质也可以增加ATP和NADH-I水平,减少c-JNK的磷酸化,降低氧化应激,并激活PI3 K / Akt通路促进细胞增殖,所有扮演重要的角色在组织修复,但所涉及的特定蛋白质仍需要进一步的研究(159年- - - - - -161年]。张等人发现人类脐带墨西哥人可以转让Wnt4蛋白质激活内皮细胞β连环蛋白及其后续的信号通路,除了增强血管生成和促进皮肤损伤的康复162年]。在神经系统中,Katsuda等人发现ASC-derived液含有neprilysin运往Neuro-2a细胞诱导超表达的淀粉样前体蛋白和淀粉样蛋白的降解β蛋白质,导致这种蛋白质水平降低(163年]。关于免疫调节,研究还发现治疗潜力的酶通过墨西哥人在移植物抗宿主病(164年]。尽管一些研究蛋白质在墨西哥人对糖尿病伤口愈合的影响已经进行,仍需要进一步的调查。
基于大量的研究在各种动物模型,有人建议,墨西哥人修复损伤。中包含的rna和蛋白质液可以交付到目标细胞,所以墨西哥人被认为是理想的药物输送系统(165年]。此外,研究表明,预处理的靶细胞,如通过基因编辑,可以改变液的分泌特点和功能。相信,msc预处理后,可能是理想的药物或基因传递媒体(166年,167年]。此外,墨西哥人在不同生长阶段或培养基包含不同的rna和蛋白质,提取和收集的过程也需要标准化(168年,169年]。
墨西哥人也有个体差异的功能;特别是,不同来源的msc可能产生msc产生不同的细胞因子和炎症反应有不同的能力(170年]。表型,供者年龄和性别也可能影响msc的特性,如表面标记和克隆他们的能力(171年]。然而,我们需要进一步澄清MSC捐赠者之间的关系和液的分泌功能以及治疗效果之间的关系,生物活性物质提供更多准确的信息之前,墨西哥人在损伤康复的临床应用。
8。总结和观点
总之,MSC移植是一项新技术,可用于治疗糖尿病足,在血管生成的研究主题。msc增殖和自我更新能力高除了能够分化成多种类型的细胞,包括矢量、smc、和星形胶质细胞,在较小程度上,少突胶质细胞和雪旺细胞,移植后。移植的干细胞调节免疫系统通过影响T细胞的免疫反应,自然杀伤细胞,巨噬细胞和树突细胞,他们参与糖尿病伤口愈合。通过内分泌、旁分泌和血管生成因子的分泌,影响细胞因子和神经营养因子促进血管增生,局部组织的血流量恢复,神经病变愈合。墨西哥人也参与通过信使rna的影响伤口愈合过程,microrna的,它们包含蛋白质分子(数字1,2,3)。虽然某些研究人员认为移植msc还可以恢复胰岛β细胞功能障碍和保持血糖水平的稳定,这些现象似乎缺乏证据(172年]。在糖尿病足的动物和临床试验,移植msc导致积极的结果,而且,在短期的跟进,没有明显不良反应或严重的并发症。因此MSC移植技术成功开发,它提供了一个依据临床应用涉及干细胞移植治疗糖尿病足。
近年来,大量的在活的有机体内动物模型被用来研究认为移植msc促进局部血管形成。移植msc分泌大量的细胞因子和生长因子在一定条件下,参与新毛细血管的形成,改善局部微循环,提高周边血管的血液供应,促进糖尿病足的治疗。这因此移植是一个潜在的治疗糖尿病下肢缺血,糖尿病溃疡、糖尿病周围神经病变,它已成为生命科学研究的一个重要课题。然而,问题依然存在:(1)方法来获得更多msc是必要的;(2)msc的纯度必须得到改善;(3)干细胞必须统一质量检测方法;(4)使用msc的方法达到最好的疗效尚未确定;(5)方法来识别存活率,效率,和msc移植后的长期效果是必要的;(6)移植后,可能不受控制的细胞分化、增殖和肿瘤的发展必须探索;和(7)的详细机制MSC移植作为治疗糖尿病足仍然未知。 We believe that these problems will be solved gradually in future investigations.
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是支持由中国国家自然科学基金青年项目(81200614和81200614)和第三军医大学(SWH2013QN02)。