从人骨髓中提取的间充质干细胞能够缓解由尿酸钠晶体引起的炎症

间充质干细胞抑制急性痛风性关节炎中NLRP3炎症小体的激活并减少IL-1β分泌，其机制涉及IL-1受体拮抗剂及IL-6依赖性调控，在小鼠模型中验证了治疗效果。

　　

崔阿英（Ahyoung Choi）|朴娜莱（Narae Park）|郑惠琳（Hyerin Jung）|林艺丽（Yeri Alice Rim）|柳海妍（Hyeyeon Yoo）|朱智贤（Ji Hyeon Ju）|郭承基（Seung-ki Kwok）|朴成焕（Sung-Hwan Park）|李珠华（Jennifer Jooha Lee）

韩国天主教大学医学院，天主教医学科学研究所，风湿病研究中心，首尔，大韩民国

摘要

间充质干细胞（MSCs）具有抗炎特性，并已被发现与多种炎症性疾病有关。急性痛风是由尿酸钠晶体（MSU）刺激的巨噬细胞产生的IL-1β通过激活NLRP3炎性体所引发的。我们研究了从人类骨髓中提取的MSCs（hBM-MSCs）是否能够抑制MSU引起的炎症。hBM-MSCs被促炎细胞因子混合物刺激，或与经过MSU处理的巨噬细胞共培养。通过逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）、Western blot分析和细胞因子阵列技术，检测了细胞因子及NLRP3炎性体相关分子的基因和蛋白表达。在鼠急性痛风模型中评估了其治疗效果。在hBM-MSCs存在的情况下，被MSU刺激的巨噬细胞产生的切割型caspase-1（成熟caspase-1）和切割型IL-1β（成熟IL-1β）含量降低。此外，与hBM-MSCs共培养的巨噬细胞产生的TNF-α和IL-6也减少，表明巨噬细胞的M1型表型受到抑制。hBM-MSCs在共培养系统中产生了更多的抗炎细胞因子（如IL-1受体拮抗剂）。当hBM-MSCs被IL-6 siRNA处理后，巨噬细胞产生的切割型IL-1β受到抑制。静脉注射hBM-MSCs能够在鼠急性痛风模型中抑制MSU引起的急性炎症。总之，hBM-MSCs通过抑制巨噬细胞的M1型表型来发挥抗炎作用，这一过程部分依赖于IL-6通路。本文提出了hBM-MSCs用于治疗急性痛风的潜在用途。

引言

痛风是一种常见的炎症性疾病，由尿酸钠晶体（MSU）在关节和非关节结构中的沉积引起[1]。高尿酸血症是该病的前提条件，但仅有不到15%的高尿酸血症患者会发展为痛风[2],[3]。21世纪初，研究发现MSU通过激活NLRP3炎性体是急性痛风的炎症机制之一，而NF-kB通路则是另一种机制[4]。痛风的典型首发症状是下肢关节或关节周围结构的剧烈炎症。因此，痛风治疗的两大目标是降低尿酸水平和抑制急性炎症。常用的抗炎药物包括秋水仙碱、非甾体抗炎药（NSAIDs）和皮质类固醇。尽管这些药物使用时间较短，但它们常伴有肾毒性或高血糖等副作用，从而影响治疗效果。因此，特别是对于那些频繁发作严重痛风的患者来说，亟需一种新的、有效且安全的抗炎剂。

间充质干细胞（MSCs）是多能的成体基质细胞，可分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等多种类型[5]。它们可来源于骨髓、脂肪组织和脐带血[6],[7]。除了具有分化为多种细胞类型的能力外，MSCs还具有抗炎和免疫调节作用，已被证实可用于治疗炎症性疾病[8]。MSCs的静脉输注对类风湿性关节炎[9]、移植物抗宿主病[10]和干燥综合征[11]具有治疗效果。尽管其抗炎机制尚未完全阐明，但MSCs能够将髓系细胞诱导为抗炎表型是其中一种解释[12]。此外，在炎症条件下，hBM-MSCs会产生IL-1受体拮抗剂（IL-1RN）[13]。这种IL-1RN在IL-1RN敲除小鼠中可抑制胶原诱导的关节炎[13]。

MSU引起的急性炎症的关键初始过程是NLRP3炎性体的激活，这会导致caspase-1的切割；切割后的caspase-1将无活性的IL-1β转化为活性形式，从而引发炎症。尽管MSCs的配体不同，但已有研究表明它们在多种情况下都能抑制NLRP3炎性体[14],[15],[16],[17]。另有研究显示，IL-1能够在体外诱导人类MSCs向抗炎和促生长的表型转变[18]。

基于这些信息，我们推测MSCs可能通过抑制MSU激活的NLRP3炎性体及其后续的促炎反应（包括IL-1RN的产生和NLRP3炎性体的抑制）来减轻急性痛风炎症。本研究证实，从人类骨髓中提取的MSCs（hBM-MSCs）在与MSU刺激的巨噬细胞共培养时会产生高水平的IL-1RN和IL-6，并能抑制巨噬细胞的IL-1β激活。这一治疗效果在鼠急性痛风模型中得到了验证。

细胞培养

韩国天主教细胞治疗研究所提供了hBM-MSC细胞系（#BM024SS10-P2、#BM024SS12-P2、#BM046SS34-P2、#BM022SS10-P2）。hBM-MSCs在含有20%胎牛血清（FBS；Life Technology）、100 U/mL青霉素和100 μg/mL链霉素（Life Technology）的Dulbecco's Modified Eagle培养基中维持。

用细胞因子混合物刺激MSCs

将2×10^5个hBM-MSCs接种到6孔板中，并在48小时后转至不含血清的RPMI培养基中继续培养。

统计分析

统计分析使用GraphPad Prism软件（版本10）进行。统计显著性通过Mann-Whitney U检验、单因素方差分析（ANOVA）及Tukey多重比较检验（或Dunnett多重比较检验）来确定。P值小于0.05被视为具有统计学意义。

MSCs在MSU晶体诱导的炎症中产生抗炎细胞因子（体外实验）

在急性痛风中，MSU刺激的巨噬细胞产生的IL-1β通过激活NLRP3炎性体引发强烈的炎症反应。IL-1β响应细胞随后表达的炎症细胞因子进一步加剧了炎症。为了观察hBM-MSCs在类似炎症环境中的表型变化，将hBM-MSCs与促炎细胞因子（重组人IL-1β、TNF-α和IFN-γ）共同培养。结果显示hBM-MSCs的形态学变化较小。

讨论

据我们所知，这是首次研究间充质干细胞（MSCs）在痛风中的作用。我们发现，从人类骨髓中提取的MSCs（hBM-MSCs）通过有效抑制MSU引起的炎症表现出抗炎效果，表明它们具有作为痛风治疗策略的潜力。与先前的研究一致[20]，hBM-MSCs在炎症条件下会发生表型变化。

结论

总之，hBM-MSCs能够抑制MSU引起的NLRP3激活并减少巨噬细胞中的IL-1β产生。在此过程中，hBM-MSCs产生IL-1RN，进一步减弱了巨噬细胞的炎症反应。此外，在炎症条件下，hBM-MSCs分泌高水平的IL-6，siRNA实验证实hBM-MSCs产生的IL-6通过调节caspase-1和IL-1β的激活来抑制巨噬细胞炎症。基于这些结果...

CRediT作者贡献声明

崔阿英（Ahyoung Choi）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施、数据分析。 朴娜莱（Narae Park）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施、数据分析。 郑惠琳（Hyerin Jung）：数据可视化、方法学设计、数据管理。 林艺丽（Yeri Alice Rim）：撰写——审稿与编辑、实验指导、方法学设计。 柳海妍（Hyeyeon Yoo）：实验实施。 朱智贤（Ji Hyeon Ju）：撰写——审稿与编辑、实验指导、资源协调。

资助

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助（由韩国政府（MSIT）提供，项目编号：NRF-2017R1C1B2002804、NRF-2020R1H1A1099942）；韩国风湿病学会的资助；韩国天主教大学内科研究基金的资助；以及韩国天主教大学细胞治疗研究所的资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人关联：李珠华（Jennifer Lee）表示获得了韩国国家研究基金会的财务支持。NP和HJ是YiPSCELL公司的员工，JHJ是韩国天主教大学首尔圣玛丽医院的创始人兼员工。这两个团队之间不存在利益冲突。如果还有其他作者，他们也声明自己没有已知的利益冲突。

致谢

hBM-MSCs由韩国天主教大学细胞治疗研究所提供。