二甲雙胍的妙用！可促進間充質幹細胞外囊泡釋放，優化椎間盤退變的治療效果

6 3 月, 2023

椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IDD）是一種廣泛存在的肌肉骨骼病，是引起下腰痛的主要原因。通常認為，衰老、創傷和遺傳因素是導致椎間盤發炎和退變的主要原因。手術雖然能夠在很大程度上緩解疼痛，但是伴隨的副作用不容忽視。手術後椎間盤的退變不可逆轉，並且會進一步加重。

椎間盤退變的生物治療大多側重於椎間盤殘留細胞的再生和損傷細胞的修復。椎間盤區域細胞的自我修復能力弱，越來越多的幹細胞相關治療被報導。

1.相關基礎知識

椎間盤退變和MSCs

椎間盤退變是是引起下腰痛的主要原因。通常認為，衰老、創傷和遺傳因素是導致椎間盤發炎和退變的主要原因。椎間盤是由內髓核（NP）、外纖維環（AF）和兩端終板組成的。NP細胞產生細胞外基質，保持結構和功能的穩定性。NP細胞的再生或細胞活力的恢復是椎間盤再生的關鍵挑戰。

間充質幹細胞（MSCs）的治療作用，主要歸因於其在炎症環境調控下發揮的免疫調節功能，可以用於治療廣泛的退行性和炎性疾病。

間充質幹細胞外囊泡

細胞外囊泡，被認為是優良的藥物遞送載體。同時，具有獨特性的介導細胞間通信和相互作用。研究表明，間充質幹細胞外囊泡（MSC-EVs）具有與間充質幹細胞（MSCs）相似的生物學功能，在組織修復和再生中起著重要作用。外泌體成本更低、穩定性更高，在儲存和運輸方面也相對容易。MSC-Evs被認為是MSCs在某些疾病治療的理想替代品。

2.MSC-EVs促進椎間盤退變修復

華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院骨科楊操教授團隊研究發現：二甲雙胍可促進間充質幹細胞外囊泡（MSC-EVs）釋放增多，同時也提高了囊泡內調節細胞增殖的蛋白水平，可優化細胞外囊泡在椎間盤再生修復中的應用效果。該研究發表於Biomaterials雜誌上，論文題目為「Metformin facilitates mesenchymal stem cell-derived extracellular nanovesicles release and optimizes therapeutic efficacy in intervertebral disc degeneration」，

研究思路：

研究者研究了二甲雙胍對MSC-EVs的影響，重點探討了EVs分泌的機制。先比較了正常和二甲雙胍處理的MSC-EV分泌情況，結論支持二甲雙胍誘導EVs釋放的猜想。接著在體內外實驗的基礎上，進一步比較二甲雙胍處理的MSC-EVs和正常MSC-EVs對NP細胞的治療效果，進行蛋白質組學分析顯示。最後，構建大鼠尾椎的椎間盤退變模型，對比二甲雙胍處理的MSC-EV和正常MSC-EV在延緩椎間盤退變中的體內治療效果。

囊泡標誌物蛋白水平檢測、透射電鏡及粒徑分析結果表明，經二甲雙胍處理後的間充質幹細胞（MSCs）可釋放更多的囊泡。

進一步研究發現，二甲雙胍通過自噬相關途徑增強EVs的產生，同時伴隨突觸體相關蛋白29（SNAP29蛋白）的磷酸化。二甲雙胍不僅影響MSCs-EVs的數量，還影響其質量。

蛋白質組學分析顯示，經二甲雙胍處理後的MSC-EVs，與未經二甲雙胍處理相比，MSC-EVs中與細胞增殖相關的蛋白水平增高。結果表明，二甲雙胍處理的骨髓間充質幹細胞衍生的外囊泡（BMSC-EVs）在體內外均能改善椎間盤細胞的衰老。

動物實驗

動物模型：

採用針刺法構建大鼠的椎間盤退變模型。簡單地說，就是從大鼠背部尾部皮膚穿刺椎間盤，誘導椎間盤退變。

實驗設計

24只SD大鼠隨機分4組，分別給藥：空白對照組採用33號針穿刺；IDD組採用20號針穿刺並注射PBS；C-EVs組，20號針穿刺注射正常對照MSC-EVs；M-EVs組，20號針穿刺注射二甲雙胍處理過的MSCs-EVs。每週重複注射一次，持續一個月，比較M-EVs和C-EVs在延緩椎間盤退變中的治療效果。

另一方面，構建大鼠尾椎的椎間盤退變模型，對比M-EVs及C-EVs在延緩椎間盤退變中的體內治療效果。

實驗結果表明，MSC-EVs可在一定程度上恢復椎間盤高度。MSC-EVs均可改善椎間盤組織細胞數量和形態。經過二甲雙胍處理的MSC-EVs（M-EVs）治療效果要優於未經二甲雙胍處理的MSC-EVs（C-EVs）,MSC-EVs降低了基質降解酶（如基質金屬蛋白酶）,這是椎間盤退行性病變的組織特徵之一。MSC-EVs在一定程度上延緩椎間盤退變在體內的進展，且經過二甲雙胍處理的MSC-EV（M-EVs）治療效果優於未經二甲雙胍處理的MSC-EV（C-EVs）。