Влияние рекомбинантной глюкоцереброзидазы на пролиферацию и дифференцировку мультипотентных мезенхимных стромальных клеток человека

Введение. При проведении заместительной ферментной терапии у больных болезнью Гоше (БГ) рекомбинантной глюкоцереброзидазой (ГЦБ) наблюдаются изменения в костной ткани, которые могут быть обусловлены нарушением дифференцировки мультипотентных мезенхимных стромальных клеток (МСК).

Цель — изучить изменения в МСК здоровых доноров и больной БГ при культивировании в присутствии ГЦБ.

Методы. МСК выделяли из костного мозга 17 здоровых доноров и 1 больной БГ стандартным методом, культивировали в присутствии различных концентраций ГЦБ после второго пассажа от 2 до 7 недель. Анализировали пролиферацию клеток, способность к дифференцировке, в том числе после индукции. Оценку проводили методами дифференциального окрашивания, элюции и экспрессии генов — маркеров дифференцировки методом ПЦР в реальном времени.

Результаты. Низкие дозы рекомбинантной ГЦБ (0,25–1,5 ед/мл) не влияли на пролиферативную активность МСК. Длительное культивирование МСК в присутствии низких концентраций ГЦБ приводило к изменению дифференцировочного потенциала этих клеток в направлении адипогенеза. Дозы фермента 3–5 ед/мл угнетали пролиферацию МСК и вызывали существенные изменения в дифференцировке клеток. Высокие концентрации ГЦБ (7–10 ед/мл) обладали цитотоксическим эффектом и приводили к гибели клеток в течение одного пассажа. Пролиферативный и дифференцировочный потенциал МСК больной БГ существенно отличались от клеток здоровых доноров по исследованным параметрам.

Заключение. Культивирование МСК доноров в присутствии рекомбинантной ГЦБ изменяет пролиферацию и дифференцировочный потенциал этих клеток. Эти изменения зависят от дозы фермента в среде и длительности культивирования.

1. Meikle P.J., Hopwood J.J., Clague A.E., et al. Prevalence of lysosomal storage disorders. JAMA. 1999; 281(3): 249–54. DOI: 10.1001/jama.281.3.249.

2. Zimran A. How I treat Gaucher disease. Blood. 2011; 118(6): 1463–71. DOI: 10.1182/blood-2011-04-308890.

3. Giuffrida G., Cappellini M.D., Carubbi F., et al. Management of bone disease in Gaucher disease type 1: clinical practice. Adv Ther. 2014; 31(12): 1197–212. DOI: 10.1007/s12325-014-0174-0.

4. Mucci J.M., Rozenfeld P. Pathogenesis of Bone Alterations in Gaucher Disease: The Role of Immune System. J Immunol Res. 2015; 2015: 192761. DOI: 10.1155/2015/192761.

5. Zimran A., Ilan Y., Elstein D. Enzyme replacement therapy for mild patients with Gaucher disease. Am J Hematol. 2009; 84(4): 202–4. DOI: 10.1002/ajh.21369.

6. Lebel E., Elstein D., Peleg A., et al. Histologic fi ndings of femoral heads from patients with Gaucher disease treated with enzyme replacement. Am J Clin Pathol. 2013; 140(1): 91–6. DOI: 10.1309/AJCPFVSAEGO67NGT.

7. Mistry P.K., Liu J., Yang M., et al. Glucocerebrosidase gene-defi cient mouse recapitulates Gaucher disease displaying cellular and molecular dysregulation beyond the macrophage. Proc Natl Acad Sci USA. 2010; 107(45): 19473–8. DOI: 10.1073/pnas.1003308107.

8. Mistry P.K., Liu J., Sun L., et al. Glucocerebrosidase 2 gene deletion rescues type 1 Gaucher disease. Proc Natl Acad Sci USA. 2014; 111(13): 4934–9. DOI: 10.1073/pnas.1400768111.

9. Morrison S.J., Scadden D.T. The bone marrow niche for haematopoietic stem cells. Nature. 2014; 505(7483): 327–34. DOI: 10.1038/nature12984.

10. Sun Y., Yuan Y., Wu W., et al. The effects of locomotion on bone marrow mesenchymal stem cell fate: insight into mechanical regulation and bone formation. Cell Biosci. 2021; 11(1): 88. DOI: 10.1186/s13578-021-00601-9.

11. Lecourt S., Vanneaux V., Cras A., et al. Bone marrow microenvironment in an in vitro model of Gaucher disease: consequences of glucocerebrosidase defi ciency. Stem Cells Dev. 2012; 21(2): 239–48. DOI: 10.1089/scd.2011.0365.

12. Squillaro T., Antonucci I., Alessio N., et al. Impact of lysosomal storage disorders on biology of mesenchymal stem cells: Evidences from in vitro silencing of glucocerebrosidase (GBA) and alpha-galactosidase A (GLA) enzymes. J Cell Physiol. 2017; 232(12): 3454–67. DOI: 10.1002/jcp.25807.

13. Reed M.C., Schiffer C., Heales S., et al. Impact of sphingolipids on osteoblast and osteoclast activity in Gaucher disease. Mol Genet Metab. 2018; 124(4): 278–86. DOI: 10.1016/J.YMGME.2018.06.007.

14. Fastova E.A., Magomedova A.U., Petinati N.A., et al. Bone Marrow Multipotent Mesenchymal Stromal Cells in Patients with Diffuse Large B-Cell Lymphoma. Bull Exp Biol Med. 2019; 167(1): 150–3. DOI: 10.1007/s10517-019-04480-6.

15. Schmittgen T.D., Livak K.J. Analyzing real-time PCR data by the comparative CT method. Nat Protoc. 2008; 3(6): 1101–8. DOI: 10.1038/nprot.2008.73.

16. Zimran A., Loveday K., Fratazzi C., et al. A pharmacokinetic analysis of a novel enzyme replacement therapy with Gene-Activated® human glucocerebrosidase (GA-GCB) in patients with type 1 Gaucher disease. Blood Cells, Mol Dis. 2007; 39(1): 115–8. DOI: 10.1016/j.bcmd.2007.02.008.

17. Morris J.L. Velaglucerase Alfa for the Management of Type 1 Gaucher Disease. Clin Ther. 2012; 34: 259–71. DOI: 10.1016/j.clinthera.2011.12.017.

18. Lecourt S., Mouly E., Freida D., et al. A Prospective Study of Bone Marrow Hematopoietic and Mesenchymal Stem Cells in Type 1 Gaucher Disease Patients. Dardis A, editor. PLoS One. 2013; 8(7): e69293. DOI: 10.1371/journal.pone.0069293.

19. Rosen E.D., Sarraf P., Troy A.E., et al. PPARγ is required for the differentiation of adipose tissue in vivo and in vitro. Mol Cell. 1999; 4(4): 611–7. DOI: 10.1016/S1097-2765(00)80211-7.

20. Akune T., Ohba S., Kamekura S., et al. PPARgamma insuffi ciency enhances osteogenesis through osteoblast formation from bone marrow progenitors. J Clin Invest. 2004; 113(6): 846–55. DOI: 10.1172/JCI19900.

21. Wan Y., Chong L.W., Evans R.M. PPAR-gamma regulates osteoclastogenesis in mice. Nat Med. 2007; 13(12): 1496–503. DOI: 10.1038/NM1672.

22. Prentice K.J., Saksi J., Hotamisligil G.S. Adipokine FABP4 integrates energy stores and counterregulatory metabolic responses. J Lipid Res. 2019; 60(4): 734. DOI:10.1194/JLR.S091793.

23. Crivaro A., Bondar C., Mucci J.M., et al. Gaucher disease-associated alterations in mesenchymal stem cells reduce osteogenesis and favour adipogenesis processes with concomitant increased osteoclastogenesis. Mol Genet Metab. 2020; 130(4): 274–82. DOI: 10.1016/J.YMGME.2020.06.003.

24. Mornet E. Hypophosphatasia. Metabolism. 2018; 82: 142–55. DOI: 10.1016/J.METABOL.2017.08.013.

25. Liu W., Zhang L., Xuan K., et al. Alpl prevents bone ageing sensitivity by specifi cally regulating senescence and differentiation in mesenchymal stem cells. Bone Res. 2018; 6(1):27. DOI: 10.1038/S41413-018-0029-4.

26. Crivaro A., Mucci J.M., Bondar C., et al. Bone marrow adipocytes alteration in an in vitro model of Gaucher Disease. Mol Genet Metab Reports. 2023; 36: 100980. DOI:10.1016/J.YMGMR.2023.100980.