骨關節炎（OA）傳統上被認為是一種退行性關節疾病，主要特征是軟骨破壞、軟骨下骨重塑和骨贅形成。然而，最近的研究強調了炎癥在 OA 發病機制中的重要作用，將 OA 重新定義為一種同時具有退行性和炎癥成分的疾病。OA 中特別關注的一種細胞因子是白細胞介素-6（IL-6），這是一種多效性促炎細胞因子，在 OA 關節中升高并與疾病進展相關。IL-6 在炎癥中起雙重作用，根據不同的環境發揮促炎和抗炎反應。升高的 IL-6 通過上調核因子κB配體受體激活因子（RANKL）來促進破骨細胞生成，RANKL 是 OA 中骨吸收和關節降解的關鍵介質。然而，IL-6 參與軟骨修復過程。

脂肪來源的干細胞（ASCs）能夠分化成軟骨細胞、成骨細胞和脂肪細胞，使其成為軟骨修復的潛在候選者。此外，ASCs 通過分泌抗炎細胞因子和促進調節性 T 細胞（Tregs）的擴增表現出強大的免疫調節作用，這對于維持免疫穩態和減輕炎癥反應至關重要。

最近，韓國干細胞研究中心及仁荷大學醫學院骨科聯合團隊在一項研究中旨在闡明 IL-6 表達對源于骨關節炎脂肪組織的 ASCs 功能特性的影響，以優化其對 OA 的治療潛力。該研究探討了 IL-6 表達如何影響 ASC 介導的免疫調節，并根據 IL-6 表達水平將 ASCs 分為兩組，分析了它們在與 PBMC 共培養系統中抑制免疫細胞增殖和炎性細胞因子產生的能力，以及IL-6 表達對 RANKL 水平的影響。研究成果發表于 CELLS 期刊題為“Elevated IL-6 Expression in Autologous Adipose-Derived Stem Cells Regulates RANKL Mediated Inflammation in Osteoarthritis”。

這項研究從 OA 患者中分離了自體脂肪來源的干細胞（ASCs）。為了進一步表征 ASCs，使用流式細胞術分析了代表性 ASC 樣本的表面抗原標志物，結果證實了 OA 患者分離的 ASCs 的間充質干細胞樣特性和性。

首先，為了研究 OA 患者 ASCs 中免疫調節因子的表達模式，分析了 IL-6、CCL2 和 TGF-β 的 mRNA 表達和蛋白質合成水平，它們都在 OA 發病機制中的免疫調節和炎癥中起關鍵作用（圖1）。其中，IL-6 表現出最明顯的變異性，表明其對免疫調節和 ASC 功能的潛在影響。進一步研究 IL-6 表達的作用，利用免疫熒光（IF）檢測 IL-6 受體α（IL-6Rα）的表達，已知 IL-6 水平升高的細胞通過自分泌信號誘導 IL-6 受體α 的表達。結果顯示，與低水平 IL-6 組相比，高水平 IL-6 組的 IL-6Rα 表達更高，證實了 IL-6 信號在缺氧條件下被激活。

圖1 與免疫調節因子 IL-6 、 TGF-b 和 CCL2 相關的 ASC 的基因和蛋白質表達分析。

接下來，為了探討 IL-6 表達對 OA 患者 ASCs 基本特征的潛在影響，對 OA 患者的 IL-6 表達進行了篩選，將 ASCs 分為兩組：IL-6 高表達組（ASCIL-6H，IL-6 表達最高的前 5 名患者的 ASCs）和 IL-6 低表達組（ASCIL-6L，IL-6 表達最低的 5 名患者的 ASCs）。分析兩組 MSC 表面抗原標志物以及免疫調節因子 CCL2 和 TGF-β 的表達模式，發現 CCL2 表現出與 IL-6 相似的趨勢，與 ASCIL-6L 相比，在 ASCIL-6H 中的表達顯著更高。相反，TGF-β 表達顯示出相反的模式，在 ASCIL-6H 中顯著降低。盡管細胞因子表達存在這些差異，但兩組之間基本的 MSC 表面標志物譜沒有顯著差異。鑒于這些發現，有必要進行進一步的實驗，旨在評估這些 ASCs 的免疫調節能力，特別是它們調節 OA 免疫活性的能力。

為了闡明 ASCs 的免疫調節作用，在同種異體混合淋巴細胞反應（MLR）中研究了 ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 在共培養中誘導調節性 T 細胞（Tregs）的能力。與 MLR 培養條件下的 Treg 群相比，在 MLR 條件下 ASCs 共培養導致 ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 組中 CD4+CD25+FoxP3+ Tregs 的百分比顯著增加。然而，ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 之間的 Treg 誘導能力沒有統計學上的顯著差異（圖2 A、B）。

進一步檢測 MLR 共培養上清液中關鍵細胞因子的分泌，包括 IFN-γ、TNF-α、IL-10 和 IL-17。雖然與 MLR 對照相比，ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 都導致促炎細胞因子 IFN-γ 和 TNF-α 明顯減少，但 ASCIL-6H 顯著抑制了 IFN-γ 的產生（圖2 C）。另一方面，ASCs 誘導 IL-10（一種通常與調節性 T 細胞活性相關的抗炎細胞因子）的能力在兩組中均未顯著增強。這些結果表明，ASCs 中的 IL-6 表達可能通過獨立于調節性 T 細胞的機制調控免疫調節網絡。

圖2 ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 之間調節性 T 細胞誘導的比較。

還評估了 ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 對植物血凝素（PHA）刺激的外周血單核細胞（PBMCs）增殖和激活的影響。來自健康供體的 PBMCs 被 5 μg/mL 的 PHA 激活并與 ASCs 共培養，與未處理的對照相比，導致其增殖顯著上調。3 天后，PBMCs 增殖急劇增加。然后，評估了 ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 抑制這種 PHA 誘導的增殖能力（圖3 A），結果表明，兩個 ASC 組對 PHA 誘導的 PBMC 增殖的抑制作用存在統計學意義差異。與 ASCIL-6L 相比，ASCIL-6H 抑制 PHA 誘導的 PBMC 增殖的能力顯著增強，其抑制作用不僅體現在減少總體增殖上，還體現在 T 淋巴細胞活化標志物、CD25 和炎性細胞因子的表達中（圖3 B）。在 ASCIL-6H 存在下，炎性細胞因子（包括 TNF-α 和 IFN-γ）的產生受到顯著抑制（圖3 C），該結果與在 MLR 條件下觀察到的結果一致。這些發現表明，IL-6 表達較高的 ASCs 可能具有更強的免疫抑制潛力，這可能對治療炎癥非常有益。

活化的免疫細胞，尤其是 T 細胞，表達 RANKL，這是 TNF 家族的一員，可促進破骨細胞生成和軟骨破壞。因此，過度免疫激活導致的 RANKL 表達增強會導致骨吸收增加和關節損傷，例如 OA 和類風濕性關節炎。鑒于活化的免疫細胞表達 RANKL，這與骨關節炎的惡化有關，因此研究了 ASC 表達的 IL-6 是否可以調節 RANKL 表達。

表征 RANKL 在 PHA 激活的 CD3+ T 細胞中的表達，結果顯示，PHA 刺激 PBMCs 導致 RANKL 表達顯著上調，ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 抑制 PHA 誘導的 PBMCs 中 RANKL 表達的能力。與 ASCIL-6L 相比，ASCIL-6H 對 RANKL 表達的抑制作用要強得多。這突出了 ASCIL-6H 調節 RANKL 表達能力的增強，這可能對控制骨關節炎進展具有重要意義。

圖3 ASCIL-6H 和 ASCIL-6L 之間的免疫調節作用比較。

這項研究結果表明，IL-6 高表達的 ASCs 可能通過促進組織再生和抑制驅動骨吸收的關鍵因子（如 RANKL）在骨關節炎中提供更大的治療益處。選擇具有較高 IL-6 表達的 ASCs 可以提高 OA 干細胞治療的臨床療效，特別是在減少炎癥介導的破骨細胞生成方面。這些研究將有助于闡明 IL-6 表達在塑造基于 ASC 療法的治療效果中的作用。

參考文獻：Lee HJ, Kim DY, Noh HJ, Lee SY, Yoo JA, Won SJ, Jeon YS, Baek JH, Ryu DJ. Elevated IL-6 Expression in Autologous Adipose-Derived Stem Cells Regulates RANKL Mediated Inflammation in Osteoarthritis. Cells. 2024 Dec 11;13(24):2046. doi: 10.3390/cells13242046. PMID: 39768138; PMCID: PMC11674629.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39768138/

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