骨粗鬆症条件下での骨髄由来間葉系幹細胞の特性と免疫原性の評価

Characterization and immunogenicity of bone marrow-derived mesenchymal stem cells under osteoporotic conditions.

• Yingkang Huang
• Yin Yin
• Yanzheng Gu
• Qiaoli Gu
• Huilin Yang
• Zhengyu Zhou
• Qin Shi

抄録

間葉系幹細胞（ＭＳＣ）は、多系統性と免疫原性の低さが特徴である。しかし、病理学的条件下でのMSCの特性は明らかにされていない。本研究では、卵巣摘出骨粗鬆症ラット（OP-BMSCs）由来の骨髄由来MSCの分化能と免疫学的特性を調べた。その結果、OP-BMSCsと健常ラット由来のBMSCs（H-BMSCs）では、細胞形態や幹細胞関連の表面マーカーの発現は同等であったが、増殖率はH-BMSCsと比較して有意に低下していた。多系統性については、OP-BMSCsの骨形成能及び軟骨形成能は低下したが、脂肪形成能はH-BMSCsと比較して有意に亢進した。予想されたように、骨形成誘導後の骨形成能の低下は、OP-BMSCsにおいてβ-カテニン、オステオカルシン、ラント関連転写因子2の発現を低下させた。その結果、OP-BMSCsでは、H-BMSCsに比べて共刺激性タンパク質CD40とCD80の発現が有意に高いのに対し、負の共刺激性分子であるプログラムされた細胞死リガンド1の発現は有意に低いことがわかった。その結果、H-BMSCsは抗CD3抗体で活性化されたT細胞からの炎症性サイトカインの増殖・分泌を抑制したが、OP-BMSCsは抑制しなかった。これらの結果は、OP-BMSCsの骨形成能の低下と免疫原性の上昇が骨粗鬆症の骨量減少に寄与していることを示唆している。

Mesenchymal stem cells (MSCs) are characterized by their multilineage potential and low immunogenicity. However, the properties of MSCs under pathological conditions are unclear. The current study investigated the differentiation potential and immunological characteristics of bone marrow-derived MSCs from ovariectomized-osteoporotic rats (OP-BMSCs). Although the expression of cell morphology- and stemness-related surface markers was similar between OP-BMSCs and BMSCs from healthy rats (H-BMSCs), the proliferation rate was significantly decreased compared with that of H-BMSCs. Regarding multilineage potential, osteogenesis and chondrogenesis abilities of OP-BMSCs decreased, but the adipogenesis ability was significantly enhanced compared with that of H-BMSCs. As expected, decreased osteogenesis following osteogenic induction resulted in reduced expression of β-catenin, osteocalcin, and runt-related transcription factor 2 in OP-BMSCs. Remarkably, the expression of the co-stimulatory proteins CD40 and CD80 was significantly higher, whereas the expression of the negative co-stimulatory molecule programmed cell death ligand 1 was significantly lower in the OP-BMSCs than that in H-BMSCs. Consequently, H-BMSCs inhibited the proliferation and secretion of inflammatory cytokines from anti-CD3 antibody-activated T cells, whereas OP-BMSCs did not. These results indicate that decreased osteogenesis and increased immunogenicity of OP-BMSCs contribute to bone loss in osteoporosis.