پیام خود را بنویسید
دوره 14، شماره 3 - ( 9-1403 )                   جلد 14 شماره 3 صفحات 66-57 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print

Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Sharifi H, Etamad Z, Azizbeigi K, Farzanegi P. Investigating the effects of aerobic training and stem cell therapy on the expression of TNFα gene and MMP13 protein in knee cartilage tissue in male rats of osteoarthritis model. cmja 2024; 14 (3) :57-66
URL: http://cmja.arakmu.ac.ir/article-1-997-fa.html
شریفی حمیدرضا، اعتماد ظاهر، عزیزبیگی کمال، فرزانگی پروین. بررسی اثرات تمرین هوازی و سلول بنیادی درمانی بر بیان ژن TNFα و پروتئین MMP13 بافت غضروف زانو در موش‌های صحرایی نر مدل استئوآرتریت. فصلنامه طب مکمل. 1403; 14 (3) :57-66

URL: http://cmja.arakmu.ac.ir/article-1-997-fa.html

بررسی اثرات تمرین هوازی و سلول بنیادی درمانی بر بیان ژن TNFα و پروتئین MMP13 بافت غضروف زانو در موش‌های صحرایی نر مدل استئوآرتریت
حمیدرضا شریفی1 ، ظاهر اعتماد*2 ، کمال عزیزبیگی3 ، پروین فرزانگی4
1- دانشجوی‎ ‎دکتری فیزیولوژی ورزشی، گروه تربیت‌بدنی، واحد سنندج،‎ ‎دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران
2- گروه تربیت‌بدنی، واحد سنندج،‎ ‎دانشگاه آزاد اسلامی،‎ ‎سنندج،‎ ‎ایران‎ ، zetemad2002@yahoo.com
3- گروه تربیت‌بدنی، واحد سنندج،‎ ‎دانشگاه آزاد اسلامی،‎ ‎سنندج،‎ ‎ایران
4- گروه فیزیولوژی ورزش، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران
واژه‌های کلیدی: تزریق سلول بنیادی، تمرین استقامتی، سلول‌های بنیادی مزانشیمی، مداخلات درمانی، ورزش
متن کامل [PDF 818 kb]   (213 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (927 مشاهده)
متن کامل:   (265 مشاهده)
ﻣﻘﺪﻣﻪ
استئوآرتریت (Osteoarthritis) یک بیماری دژنراتیو (Degenerative) مفصلی است که میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان تحت‌تأثیر قرار داده است. مشخصه آن تجزیه تدریجی غضروف در مفاصل است که به درد، سفتی و از دست دادن عملکرد منجر می‌شود. استئوآرتریت با انحطاط پیش‌رونده غضروف مفصلی و رباط‌ها و همچنین سینوویت (Synovitis) مزمن و بازسازی غیرطبیعی استخوان مشخص می‌شود. مفاصل زانو و ران شایع‌ترین مفاصل سینوویال درگیر هستند. با پیشرفت استئوآرتریت، بیماران از درد شدید فزاینده، محدودیت فعالیت حرکتی و حتّی ناتوانی رنج خواهند برد (1).
درحالی‌که چندین گزینه درمانی برای استئوآرتریت وجود دارد، هنوز نیاز زیادی به مداخلات مؤثرتر و طولانی‌مدت وجود دارد. تحقیقات اخیر نشان داده است که فعالیت منظم هوازی و درمان با سلول‌های بنیادی ممکن است اثرات امیدوارکننده‌ای بر مدیریت استئوآرتریت داشته باشد.
نشان داده شده است که فعالیت‌های منظم هوازی، عملکرد مفصل را بهبود می‌بخشند و درد و پیشرفت استئوآرتریت را کاهش می‌دهند. فعالیت بدنی منظم برای درمان بسیاری از بیماری‌های مزمن مانند بیماری‌های سیستم حرکتی، سیستم قلبی‌عروقی، سیستم عصبی و سیستم متابولیک اهمیت زیادی دارد (2، 3). اثرات فعالیت بدنی براساس نوع، مدت و شدت متفاوت است (4). مطالعات متعدد نشان داده‌اند که فعالیت با شدت متوسط باعث بهبود استئوآرتریت می‌شود، درحالی‌که فعالیت شدید اثرات نامطلوبی دارد (4، 5). برای مثال، یک متاآنالیز از 29 کارآزمایی تصادفی‌سازی و کنترل‌شده (Randomized controlled trial -RCTs) نشان داد که فعالیت با شدت متوسط ممکن است بر ترکیب ماتریکس غضروف در حیوانات تأثیر مثبت بگذارد، درحالی‌که تأثیر میزان روزانه فعالیت کم‌شدت نامشخص بود (5). تمرینات هوازی نه‌تنها باعث تحرّک چربی، جلوگیری از آتروفی عضلانی و تقویت ایمنی می‌شوند، بلکه باعث تسریع بهبود غضروف آسیب‌دیده، بازیابی عملکرد مفاصل و تسکین درد مفاصل می‌گردند و در نتیجه کیفیت زندگی بیماران استئوآرتریت را بهبود می‌بخشند (6، 7).
درمان با سلول‌های بنیادی، راه‌حلی بالقوّه برای بازسازی غضروف آسیب‌دیده و ترویج ترمیم بافت ارائه می‌دهد. سلول‌های بنیادی مزانشیمی (Mesenchymal stem cells (MSCs)) می‌توانند به چندین نوع سلول ازجمله سلول‌های غضروفی، آدیپوسیت‌ها، استئوبلاست‌ها، سلول‌های میوژنیک و عصبی تمایز یابند (8، 9). سلول‌های بنیادی مزانشیمی را می‌توان از منابع مختلف، عمدتاً از مغز استخوان، بافت چربی، پالپ دندان، جفت و بند ناف و همچنین از بافت های اسکلتی جدا کرد (10). سلول‌های بنیادی مزانشیمی به‌عنوان یک منبع سلولی امیدوارکننده برای ترمیم آسیب بافت غضروفی و درعین‌حال اثر تعدیل‌کننده ایمنی برای کاهش التهاب در استئوآرتریت ایجاد کنند (11، 12).
فاکتور نکروز تومور آلفا (TNF-alpha) یک سایتوکین پیش‌التهابی است که نقش مهمی در پاسخ ایمنی و التهاب ایفا می‌کند. TNF-alpha عمدتاً توسط ماکروفاژها، همچنین توسط سلول‌های دیگر مانند سلول‌های T، سلول‌های B و فیبروبلاست‌ها تولید می‌شود (13). TNF-alpha در فرایندهای فیزیولوژیکی و پاتولوژیک مختلف ازجمله تنظیم سلول‌های ایمنی، آپوپتوز (مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلولی) و تشکیل گرانولوم نقش دارد (13). TNF-alpha به تولید متالوپروتئینازهای ماتریکس (MMPs) کمک می‌کند. MMPs آنزیم‌هایی هستند که اجزای ماتریکس خارج‌سلولی ازجمله غضروف را تجزیه می‌کنند. افزایش سطح TNF-alpha در فضای مفصلی به افزایش بیان MMP و درنتیجه تجزیه غضروف منجر می‌شود (14). MMP13 آنزیمی است که نقش مهمی در تخریب اجزای ماتریکس خارج‌سلولی، به‌ویژه کلاژن نوع II و I (پروتئین‌های ساختاری کلیدی در غضروف و سایر بافت‌های همبند)، ایفا می‌کند (14). کندروسیت‌ها (سلول‌های مسئول حفظ غضروف) با تغییر عملکرد خود، ازجمله کاهش سنتز ماتریکس غضروف (مانند پروتئوگلیکان ها و کلاژن) و افزایش بیان نشانگرهای التهابی، به TNF-alpha پاسخ می‌دهند (15). TNF-alpha تولید سایر واسطه‌های التهابی مانند IL-1 و IL-6 را تحریک می‌کند که باعث افزایش التهاب و تخریب بافت در مفصل می‌شوند (13). افزایش فعالیت استئوکلاست‌ها در پاسخ به TNF-alpha به فرسایش استخوان منجر می‌شود که به روند کلی بیماری کمک می‌کند (13). TNF-alpha همچنین عامل کلیدی در سینوویت یا التهاب غشای سینوویال است که معمولاً در آرتروز مشاهده می‌شود. این التهاب می‌تواند درد مفاصل و اختلال عملکرد را تشدید کند (13).
بسیاری از تحقیقات in vitro و in vivo نشان داده‌اند سلول‌های بنیادی مزانشیمی اثرات ضدّالتهابی و بازسازی قابل‌توجهی در مدل‌های استئوآرتریت دارند. نتایج یک مطالعه تجربی نشان داد سلول‌های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان انسان، تنظیم مثبت COX2- Cyclooxygenase 2  با واسطه TNF-α- Tumor necrosis factor   و اینترلوکین‌های (Interleukin (IL)) پیش‌التهابی، یعنی IL-1α، IL-1β، IL-6، IL-8 را تغییر دادند (11). سلول‌های بنیادی مزانشیمی با کاهش آزادسازی واسطه‌های التهابی (مانند TNFα، IL-6، Prostaglandin E2 (PGE2)  و NO- Nitric oxide و فعالیت MMP- Matrix metalloproteinases (MMPs)، اثرات محافظتی غضروفی نشان دادند، درحالی‌که تولید سایتوکین ضدّالتهابی IL-10 را افزایش دادند. در یک مطالعه اخیر، سلول‌های بنیادی مزانشیمی جنینی با فعال‌سازی مسیرهای AKT- Protein kinase B (PKB)، ERK- Extracellular Signal-Regulated Kinases و AMP-activated protein kinase (AMPK) پاسخ التهابی را کاهش و ترمیم غضروف و ترمیم استخوان زیرغضروفی را افزایش دادند (16).
مکانیسم‌های مولکولی اساسی که توسط آن فعالیت هوازی و تزریق سلول‌های بنیادی اثرات خود را بر استئوآرتریت اعمال می‌کنند، به‌خوبی شناخته نشده است. به‌طور خاص، مسیرهای مولکولی مربوط به التهاب و تخریب غضروف در استئوآرتریت باید بررسی گردد تا مزایای بالقوّه این درمان‌ها روشن شود. در این مطالعه، هدف ما بررسی اثرات فعالیت منظم هوازی و تزریق سلول‌های بنیادی بر بیان دو فاکتور کلیدی درگیر در التهاب و تخریب غضروف زانوی موش‌های صحرایی نر مدل استئوآرتریت است. ما فرض می‌کنیم که فعالیت هوازی و تزریق سلول‌های بنیادی، بیان ژن‌ TNFα و بیان پروتئین MMP13 را در بافت غضروف زانو کاهش می‌دهد که نشان‌دهنده کاهش التهاب و تخریب غضروف است. علاوه‌براین، ممکن است که ترکیب تمرین هوازی و تزریق سلول‌های بنیادی اثر هم‌افزایی بر بیان این ژن‌ها و ترویج ترمیم غضروف داشته باشد. بنابراین در این مطالعه ما این فرضیه را هم بررسی خواهیم کرد. مطالعه حاضر به بررسی اثرات مستقل و تعاملی تمرین هوازی و تزریق سلول بنیادی بر بیان ژن‌ TNFα و بیان پروتئین MMP13 بافت غضروف زانو در موش‌های صحرایی نر مدل استئوآرتریت می‌پردازد.

روش ﮐﺎر
ملاحظات اخلاقی
این مقاله حاصل بخشی از رساله دکتری تصویب‌شده در دانشگاه آزاد اسلامی واحد سنندج است. تمام اصول کار با حیوانات آزمایشگاهی مصوّب وزارت بهداشت جمهوری اسلامی ایران در این مطالعه رعایت شده است. پژوهش حاضر دارای کد اخلاق به شماره  093 .1402 IR.IAU.SDJ.REC. از دانشگاه آزاد اسلامی واحد سنندج است.

طرح پژوهش
آزمودنی‌های پژوهش حاضر را 25 سر موش‌های آزمایشگاهی نر نژاد ویستار (سن: هشت تا 12 هفته، وزن: 180 تا 200 گرم) تشکیل دادند. حجم نمونه با در نظر گرفتن اخلاق پژوهش مبنی‌بر حداقل حیوانات موردنیاز با استناد به مطالعات قبلی 5 سر در هر گروه در نظر گرفته شد (17، 18).  پژوهش حاضر از نوع تجربی است. حیوانات در مرکز تحقیقاتی حیوانات آزمایشگاهی در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری در شرایط استاندارد و قابل‌کنترل (دمای 2 ± 22 درجه سانتی‌گراد، رطوبت 5 ± 55 درصد و چرخه روشنایی به تاریکی 12:12 با تهویه مناسب) نگهداری شدند. همچنین، حیوانات در طی مطالعه با رژیم غذایی استاندارد تغذیه شدند و به‌صورت آزاد ازطریق بطری مخصوص به آب دسترسی داشتند. حیوانات به‌صورت تصادفی به پنج گروه با نام‌های سالم، استئوآرتریت، استئوآرتریت- تمرین، استئوآرتریت- سلول بنیادی و استئوآرتریت- سلول بنیادی- تمرین تقسیم شدند و مداخلات را براساس نام گروه دریافت کردند.

برنامه تمرین هوازی
کلّ دوره تمرین شامل دو مرحله آشنایی و تمرین اصلی است. هدف از مرحله آشنایی، سازگاری با محیط پژوهش و نوار گردان بود. بدین‌منظور و در مدت یک هفته، حیوانات تحت شرایط آزمایش قرار گرفتند و تمرین ورزشی را در مدت 3 روز، هر روز به مدت 10 دقیقه با سرعت 10 متر بر دقیقه و شیب صفر درصد بر روی تردمیل اجرا کردند. برنامه تمرین اصلی شامل 30 دقیقه دویدن روی تردمیل بدون شیب و با سرعت 16 متر در دقیقه، 5 روز در هفته برای هفته اوّل بود که با رعایت اصل اضافه‌بار به‌صورت پیش‌رونده مدت تمرین به 50 دقیقه در هفته هشتم رسید (19).

القای استئوآرتریت
القـای استئوآرتریت با روش جراحی برگرفته از مطالعه آدمیدو لمپروپولو(Lampropoulou-Adamidou) و همکاران (2014) است (20). موش‌ها به‌وسیله کتامین (30-50 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و زایلازین (3-5 میلی‌گرم بر کیلوگرم) بیهوش شدند (21). سپس از زانوی راست یک برش یک سانتی‌متری برای ظاهر ساختن مفصل زانو ایجاد شد و مفصل زانو بلافاصله با جابه‌جایی جانبی استخوان کشکک و لیگامان پتلار باز و یک برش طولی در قسمت مدیال زانو ایجاد گردید. پس از جابه‌جایی جانبی پتلا و لیگامان پتلا، یک برش در لیگامان صلیبی داخلی بدون آسیب به غضروف مفصلی و دیگر لیگامنت‌ها ایجاد و درنهایت کپسول مفصلی با 6 بخیه قابل‌جذب و پوست نیز با 6 بخیه ابریشمی بسته شد (22).

نحوه تهیه و تزریق داخل‌مفصلی سلول مزانشیمی
سلول‌های بنیادی مزانشیمی از مغز استخوان موش‌های نر نژاد ویستار سالم پس از بیهوشی با کتامین (30-50 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و زایلازین (3-5 میلی‌گرم بر کیلوگرم) استخراج شدند. روش کشت با تراکم پایین‌سلولی بود که سلول‌ها با تراکم 6 تا 50 سلول در هر سانتی‌مترمربع کشت داده شدند. پس از پُر شدن نسبی سطح ظرف کشت، پاساژ صورت گرفت و مراحل بالا تا پاساژ 3 یا 4 که مجموعه خالصی از سلول‌هاست، تکرار شدند. سلول‌های بنیادی مزانشیمی جداشده در محیطی با DMEM با FBS 20% در طول یک شبانه‌روز برای انتخاب سلول‌های چسبان انکوبه شدند. کشت ها از محیط فلاسک هر سه روز تعویض شدند تا سلول‌هایی که نچسبیده‌اند، جدا شوند و سلول‌های بنیادی مزانشیمی بعد از 3 تا 4 بار پاساژ شدن به <90% خلوص رسیدند و به هدف تزریق انتخاب شدند. موش‌هایی که در گروه سلول‌های بنیادی مزانشیمی بودند، 106×1 (یک‌میلیون) سلول بر کیلوگرم ازطریق تزریق داخل‌مفصلی  دریافت کردند. سلول‌های بنیادی مزانشیمی در مفصل زانوی راست آن‌ها تزریق شد (23).

تهیه نمونه بافتی و روش‌های آزمایشگاهی
48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی و در حالت 12 ساعت ناشتایی، تمام حیوانات با تزریق درون‌صفاقی مادّه بیهوشی حاوی کتامین (30-50 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و زایلازین (3-5 میلی‌گرم بر کیلوگرم) بیهوش شدند (21). پس از شکافتن حفره زانو، بافت غضروف به‌دقت جدا و پس از شست‌وشو با آب‌مقطّر و توزین وزن، در دمای منفی 80 درجه سانتی‌گراد فریز شد. اندازه‌گیری بیان ژن با استفاده از روش Real-time PCR انجام گرفت (24). RNA کل با هموژن کردن بافت غضروف با استفاده از نیتروژن مایع و کیت مخصوص تخلیص RNA (ساخت شرکت سیناژن، ایران) طبق دستورالعمل شرکت سازنده کیت استخراج شد. درجه خلوص RNA استخراج‌شده با استفاده از اسپکتروفتومتری ارزیابی شد و پس از اطمینان از درجه خلوص مناسب، ساخت cDNA آغاز گردید. cDNA با استفاده از آنزیم کپی‌برداری معکوس و پرایمر غیراختصاصی از RNA با استفاده از کیت مخصوص و دستورالعمل شرکت سازنده ساخته شد. سپس جهت حذف DNA ژنومی از آنزیم DNase I استفاده گردید. 5/0 میکرولیتر cDNA، 1 میکرولیتر پرایمر رفت، 1 میکرولیتر، 5/7 میکرولیتر مستر میکس سایبرگرین و 5 میکرولیتر آب با هم پیپت و با استفاده از دستگاه  به روش PCR Real time طی 35 الی 40 چرخه تکثیر شدند. چرخه‌های دمایی مطابق با مقاله رحمتی احمدآباد و همکاران (2021) انجام شد (25). تسلسل و توالی پرایمرهای مورداستفاده در جدول 1 ارائه شده است. بیان ژن نسبی با استفاده از روش ΔCt-2 و نسبت به GAPDH محاسبه شد. ارزیابی بیان پروتئین با استفاده از روش وسترن‌بلات انجام گرفت. تمامی مراحل انجام کار وسترن‌بلات مطابق با مقاله بختیاری و همکاران (2018) انجام شد (26).

مدل آماری
توصیف کمّی داده‌ها با استفاده از میانگین و انحراف استاندارد انجام شد و جهت تعیین نرمال بودن توزیع داده‌ها از آزمون شاپیروویلک و بررسی تجانس واریانس‌ها از آزمون لوین استفاده گردید. همچنین برای بررسی تغییرات معنی‌داری بین گروه‌های مطالعه، از روش آنالیز واریانس یک‌راهه و در صورت مشاهده تفاوت معنی‌دار آماری از آزمون تعقیبی توکی جهت تعیین محل اختلاف بین‌گروهی استفاده شد. سطح معنی‌داری برای تمام محاسبات 05/0≥ P در نظر گرفته شد. کلّیه عملیات آماری با استفاده از نرم‌افزار SPSS نسخه 22 انجام شد.

جدول 1: توالی پرایمرهای استفاده‌شده
ژن آغازگر برگشت آغازگر رفت
TNFα 5'– TCTGCTTGGTGGTTTGCTACGAC–3' 5'– AAATGGGCTCCCTCTCATCAGTTC–3'
GAPDH 5'–CATACTCAGCACCAGCATCACC–3' 5'–AAGTTCAACGGCACAGTCAAGG–3'

یﺎﻓﺘﻪﻫﺎ

نتایج آنالیز واریانس یک‌طرفه درمورد متغیّر TNFα نشان داد بین گروه‌های پژوهش تفاوت معنی‌داری وجود دارد ( 937/2F=، 046/0 P=). بیان ژن TNFα در گروه استئوآرتریت به‌طور معنی‌داری بیشتر از گروه سالم بود (027/0P= ). تغییر معنی‌دار دیگری بین گروه‌های پژوهش مشاهده نشد (شکل 1).
آنالیز داده‌های مربوط به بیان پروتئین MMP13 با استفاده از آزمون آنالیز واریانس یک‌طرفه نشان داد بین گروه‌های پژوهش تفاوت معنی‌داری وجود دارد (P=0.001, F=124.614). بیان پروتئین MMP13 بافت غضروف در گروه‌های استئوآرتریت (P=0.001)، استئوآرتریت- تمرین ‏(003/0‏P=‎‏)‏، استئوآرتریت- سلول بنیادی ( 011/0P=) و استئوآرتریت- تمرین- سلول بنیادی (P=0.001) به‌طور معنی‌داری بیشتر از گروه سالم بود.
بیان پروتئین MMP13 بافت غضروف در گروه‌های استئوآرتریت- تمرین (P=0.001)، استئوآرتریت- سلول بنیادی ‏(001/0‏P=‎‏)‏ و استئوآرتریت- تمرین- سلول بنیادی (001/0P=) به‌طور معنی‌داری کمتر از گروه استئوآرتریت بود. تفاوت معنی‌دار دیگری بین گروه‌ها وجود نداشت (شکل 2).


شکل 1: تفاوت‌های بین‌گروهی مشخص‌شده به‌وسیله آزمون تعقیبی توکی درمورد بیان ژن TNFα بافت غضروف؛ اطلاعات براساس میانگین و انحراف استاندارد گزارش شده است.
* تفاوت معنی‌دار بین گروه‌های استئوآرتریت و سالم


شکل 2: تفاوت‌های بین‌گروهی مشخص‌شده به‌وسیله آزمون تعقیبی توکی درمورد بیان پروتئین MMP13 بافت غضروف؛ اطلاعات براساس میانگین و انحراف استاندارد گزارش شده است.
*تفاوت معنی‌دار با گروه سالم
# تفاوت معنی‌دار با گروه استئوآرتریت
بحث
مطالعه حاضر با هدف بررسی اثرات فعالیت هوازی و تزریق سلول‌های بنیادی بر بیان ژن‌ TNFα و پروتئین MMP13 در بافت غضروف زانو در موش‌های صحرایی نر دارای مدل استئوآرتریت انجام شده است. درمورد متغیّر TNFα، بیان ژن آن در گروه استئوآرتریت به‌طور معنی‌داری بیشتر از گروه سالم بود. این یافته‌ نشان می‌دهد که TNFα نقش مهمی در پاتوفیزیولوژی استئوآرتریت ایفا می‌کند. این با مطالعات قبلی که TNFα را در فرایندهای التهابی و تخریب غضروف مرتبط با استئوآرتریت دخیل کرده‌اند، مطابقت دارد (27-29). ازسوی‌دیگر، بیان پروتئین MMP13 در بافت غضروف همه گروه‌های دارای استئوآرتریت به‌طور معنی‌داری بیشتر از گروه سالم بود. این یافته نشان‌دهنده اختلال در تنظیم بیان پروتئین MMP13 در شرایط استئوآرتریت است که نقش آن را در تخریب غضروف تأیید می‌کند (30-32). شایان‌ذکر است که گروه‌های استئوآرتریت- تمرین، استئوآرتریت- سلول بنیادی و گروه استئوآرتریت- تمرین- سلول بنیادی بیان کمتری از پروتئین MMP13 را نسبت به گروه استئوآرتریت نشان دادند که نشان می‌دهد هم تمرین هوازی و هم درمان با سلول‌های بنیادی پتانسیل تعدیل بیان MMP13 و به‌طور بالقوّه کاهش تخریب غضروف در استئوآرتریت را دارند.
یافته‌های پژوهش حاضر با پژوهش علی‌نژاد و همکاران (2021) که تغییرات بیان ژن MMP13 متعاقب تمرین هوازی و سلول بنیادی درمانی را بررسی کردند، مطابقت دارد (33). جلیلیان و همکاران (2020) به بررسی اثر تمرین هوازی به همراه سلول های بنیادی بر سطوح شاخص‌های التهابی بافت قلب موش مدل استئوآرتریت پرداختند. نتایج مطالعه آن‌ها نشان داد تمرین هوازی و سلول بنیادی به‌صورت مستقل و ترکیب با هم باعث افـــزایش سطوح IL-10 و کاهـــــش سطوح TNF-α شد (34). فتّاحی و همکاران (2021) به بررسی اثر تمرین هوازی همراه با سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان بر سطوح بیومارکرهای التهابی مغز در مدل موش های مبتلا به استئوآرتریت پرداختند. نتایج مطالعه آن‌ها نشان داد استفاده ترکیبی از سلول‌های بنیادی مزانشیمی و ورزش هوازی منظم باعث بهبود غلظت بیومارکرهای التهابی در مغز مدل موش استئوآرتریت می‌شود (35).
افزایش مشاهده‌شده در متغیّرهای TNFα و MMP13 از این درک رایج حمایت می‌کند که التهاب و تخریب غضروف فرایندهای کلیدی درگیر در پیشرفت استئوآرتریت هستند. TNFα، به‌عنوان یک سیتوکین پیش‌التهابی، می‌تواند پاسخ‌های التهابی را در مفصل آغاز کند و تداوم بخشد و به تجزیه غضروف منجر شود (36). MMP13، به‌عنوان آنزیمی که مسئول تخریب کلاژن است، بیشتر به تخریب ماتریکس غضروف کمک می‌کند (37). بنابراین، هدفْ قرار دادن این مسیرهای سیگنالینگ مولکولی، همان‌طور که توسط اثرات فعالیت بدنی و درمان با سلول‌های بنیادی بر بیان آن‌ها نشان داده شده، ممکن است پتانسیل درمانی در مدیریت استئوآرتریت داشته باشد.
اصلی‌ترین تظاهر آسیب‌شناسی (پاتولوژی) استئوآرتریت در سطح بافتی، تخریب موضعی غضروف مفصلی است که در مفاصل متحرک به‌وسیله تخریب غضروف مفصلی همراه با استخوان‌سازی جدید در سطح و حاشیه مفاصل درگیر تظاهر می‌کند. عوامل متعدد موضعی و یا عمومی در ایجاد و پیشرفت استئوآرتریت نقش دارند. سن، جنس، نژاد، ژنتیک، تراکم استخوان، هورمون‌های جنسی، اختلالات آندوکربن یا متابولیک، تغذیه، چاقی، ضربه‌های مفصلی عمده، فشار بیش‌ازحد به مفصل ناشی از نوع شغل یا ورزش، اختلالات یا نقایص مادرزادی یا رشدی مفصل و بیماری‌های التهابی یا عفونی قبلی مفصل را می‌توان جزء این عوامل برشمرد (2، 38). آسیب ماتریکس که در استئوآرتریت رخ می‌دهد، افزایش تولید آنزیم‌های تجزیه‌کننده ماتریکس ازجمله MMPs توسط غضروف‌هاست. هولجوا (Hulejová) و همکاران بیان کردند که سطوح سایتوکاین‌ها و متالوپروتئینازها در استخوان‌های ساب‌کندرال در بیماران استئوآرتریت افزایش می‌یابد. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که سطوح سایتوکاین‌ها و متالوپروتئینازها به‌صورت معنی‌داری در بیماران استئوآرتریتی بالاتر از گروه کنترل بود و برعکس، سطوح IL-10 سرمی کمتری نسبت به گروه کنترل داشته‌اند. اما غضروف بیماران استئوآرتریتی IL-10، IL-1α، MMP2,3,9 بالاتر و IL-8 در سینویوم بیماران استئوآرتریتی بیشتر بود (39). در مطالعه حاضر با بررسی نتایج بیان ژن TNFα در گروه‌های تیمار، به نظر می‌رسد مداخلات (تمرین هوازی، سلول بنیادی، تمرین- سلول بنیادی) تاحدودی سبب تعدیل بیان افزایش‌یافته TNFα به‌واسطه القای استئوآرتریت شده است. به‌هرحال، این تغییرات ازنظر آماری معنی‌دار نبود. بیان پروتئین افزایش‌یافته MMP13 بافت غضروف گروه‌های استئوآرتریت القاشده به‌واسطه تمرین، استفاده از سلول بنیادی و تعامل آن‌ها تعدیل شد، اما تفاوتی بین گروه‌ها با تیمارهای مختلف وجود نداشت. TNFα ازطریق ایجاد التهاب و MMP13 ازطریق تجزیه کلاژن موجب تجزیه غضروف می‌شوند. مطالعات گذشته نشان می‌دهند که عوامل التهابی تنظیم‌کننده MMP ها هستند. مهار سنتز و یا فعالیت MMP ها در توسعه درمان‌های اصلاح ساختاری برای استئوآرتریت بسیار مهم است. با توجه به عدم تغییر TNFα به‌واسطه مداخلات و تغییر MMP13 به‌واسطه مداخلات، به نظر می‌رسد عوامل التهابی به‌غیر از TNFα در مطالعه حاضر بر بیان پروتئین MMP13 تأثیر داشته باشند. بنابراین برای یافتن مکانیسم دقیق تغییرات MMP13 مطالعاتی لازم است که تغییرات دیگر عوامل التهابی نظیر اینترلوکین‌ها، فاکتورهای رونویسی مانند NFKB و پروتئین‌های AKT و PI3K را بررسی کنند. درحالی‌که مطالعه حاضر بینش‌های ارزشمندی را درمورد اثرات ورزش هوازی و تزریق سلول‌های بنیادی بر بیان ژن TNFα و بیان پروتئین MMP13 در مدل موش آرتروز ارائه می‌دهد، محدودیت‌های دیگری وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. این مطالعه روی موش‌های صحرایی نر متمرکز شد و قابلیت تعمیم آن را به جمعیت‌های ماده محدود کرد. تحقیقات آینده باید شامل مدل‌های حیوانی ماده برای بررسی تفاوت‌های جنسی بالقوّه در پاسخ به فعالیت بدنی و درمان با سلول‌های بنیادی باشد. علاوه‌براین، این مطالعه از مدل حیوانی آرتروز استفاده کرد. اگرچه این مدل جنبه‌های مهم بیماری انسانی را منعکس می‌کند، اما مطالعات بیشتری برای تأیید یافته‌ها در انسان ضروری است.

نتیجه‌گیری
نتایج این مطالعه نشان داد که بیان ژن  TNFα و بیان پروتئین MMP13 در بافت غضروف زانو در مدل موش‌های آرتروز دارای اختلال افزایش می‌یابد. استفاده از فعالیت منظم هوازی و درمان با سلول‌های بنیادی اثرات امیدوارکننده‌ای در تعدیل بیان MMP13 نشان داد که می‌تواند به‌عنوان مداخله درمانی برای بهبود استئوآرتریت با سرکوب این پروتئین مطرح باشد. نتایج مطالعه حاضر همچنین نشان داد به نظر می‌رسد عوامل التهابی، به‌غیر از TNFα، در مطالعه حاضر بر بیان پروتئین MMP13 تأثیر داشته باشند. بنابراین برای یافتن مکانیسم دقیق تغییرات MMP13، مطالعاتی در آینده موردنیاز است تا تغییرات دیگرِ عوامل التهابی نظیر اینترلوکین‌ها، فاکتورهای رونویسی مانند NFKB و پروتئین‌های AKT و PI3K را بررسی کنند.

ﺗﺸﮑﺮ و ﻗﺪرداﻧﯽ

بدین‌وسیله از اساتید دانشگاه آزاد واحد ساری که در انجام این مطالعه کمال همکاری را داشته‌اند، سپاسگزاری می‌شود.

حامی مالی

ندارد

سهم نویسندگان

ندارد

تضاد منافع

نویسندگان هیچ‌گونه تضاد منافع در ارتباط مقاله حاضر ندارند.

References

  1. Sellam J, Berenbaum F (2010) The role of synovitis in pathophysiology and clinical symptoms of osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol. 2010;6(11):625-35. doi: 10.1038/
    nrrheum.2010.159     pmid: 20924410
  2. Skou ST, Pedersen BK, Abbott JH, Patterson B, Barton C. Physical Activity and Exercise Therapy Benefit More Than Just Symptoms and Impairments in People With Hip and Knee Osteoarthritis. J Orthop Sports Phys Ther. 2018;48(6):439-447. doi: 10.2519/jospt.2018.7877 pmid: 29669488
  3. Wang R, Tian H, Guo D, et al. Impacts of exercise intervention on various diseases in rats. J Sport Health Sci. 2019;9(3):211–227. doi: 10.1016/j.jshs.2019.09.008 pmid:
    32444146
  4. Schulz JM, Birmingham TB, Atkinson HF, Woehrle E, Primeau CA, Lukacs MJ, Al-Khazraji BK, Khan MCM, Zomar BO, Petrella RJ, Beier F, Appleton CT, Shoemaker JK, Bryant DM. Are we missing the target? Are we aiming too low? What are the aerobic exercise prescriptions and their effects on markers of cardiovascular health and systemic inflammation in patients with knee osteoarthritis? A systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med. 2020;54(13):771-775. doi: 10.1136/bjsports-2018-100231 pmid:31848152
  5. Bricca A, Juhl CB, Grodzinsky AJ, Roos EM. Impact of a daily exercise dose on knee joint cartilage - a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials in healthy animals. Osteoarthritis Cartilage. 2017;25(8):1223-1237. doi: 10.1016/j.joca.2017.03.009 pmid:28323138
  6. Kabiri S, Halabchi F, Angoorani H, et al. Comparison of three modes of aerobic exercise combined with resistance training on the pain and function of patients with knee osteoarthritis: A randomized controlled trial. Phys Ther Sport. 2018;32:22-28. doi: 10.1016/j.ptsp.2018.04.001
  7. Loew L, Brosseau L, Kenny GP, et al.  An evidence-based walking program among older people with knee osteoarthritis: the PEP (participant exercise preference) pilot randomized controlled trial.  Clin Rheumatol. 2017;36(7):1607-1616. doi: 10.1007/s10067-017-3606-9 pmid: 28332010
  8. Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, et al. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science (New York, NY). 1999;284(5411):143-7. doi: 10.1126/
    science.284.5411.143     pmid: 10102814
  9. Badyra B, Sułkowski M, Milczarek O, et al. Mesenchymal stem cells as a multimodal treatment for nervous system diseases. Stem Cells Transl Med. 2020;9(10):1174–1189. doi: 10.1002/sctm.19-0430 pmid: 32573961
  10. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315-7. doi: 10.1080/146
    53240600855905     pmid: 16923606
  11. Vonk LA, van Dooremalen SFJ, Liv N, et al. Mesenchymal Stromal/stem Cell-derived Extracellular Vesicles Promote Human Cartilage Regeneration In Vitro. Theranostics 2018;8(4):906–920. doi: 10.7150/thno.
    20746     pmid: 29463990
  12. Zhang W, Robertson WB, Zhao J, et al. Emerging Trend in the Pharmacotherapy of Osteoarthritis. Front endocrinol.
    2019;10:431.     doi: 10.3389/fendo.2019.00431 pmid:31312184
  13. Jang DI, Lee AH, Shin HY, et al. The Role of Tumor Necrosis Factor Alpha (TNF-α) in Autoimmune Disease and Current TNF-α Inhibitors in Therapeutics. Int J Mol Sci. 2021;22(5):2719. doi: 10.3390/ijms22052719 pmid: 33800290
  14. Mukherjee A, Das B.  The role of inflammatory mediators and matrix metalloproteinases (MMPs) in the progression of osteoarthritis. Biomater and biosyst. 2024;13:100090. doi: 10.1016/j.bbiosy.2024.100090 pmid:38440290
  15. Sengprasert P, Kamenkit O, Tanavalee A, et al. The Immunological Facets of Chondrocytes in Osteoarthritis: A Narrative Review. J R. 2024;51(1):13-24. doi: 10.3899/jrheum.
    2023-0816    .
  16. Beyth S, Borovsky Z, Mevorach D, et al. Human mesenchymal stem cells alter antigen-presenting cell maturation and induce T-cell unresponsiveness. Blood. 2005;105(5):2214-9. doi: 10.1182/blood-2004-07-2921 pmid: 15514012
  17. Russow L-M. NIH Guidelines and Animal Welfare. In: Humber JM, Almeder RF, editors. Biomedical Ethics Reviews · 1990. Totowa, NJ: Humana Press; 1991. 229-252. Link
  18. Rezaei M, Azarbayjani M, Piree M, et al. (2022) The effect of aerobic exercise with ozone and stem cell on anandamide concentration in desert rat with osteoarthritis. Feyz Med Sci J. 2022, 26(1): 38-46. doi: 10.48307/fmsj.2022.26.1.38
  19. Zhang X, Yang Y, Li X, et al. Alterations of autophagy in knee cartilage by treatment with treadmill exercise in a rat osteoarthritis model. Int J Mol Med. 2018 ;43(1):336–344. doi: 10.3892/ijmm.2018.3948 pmid: 30365059
  20. Lampropoulou-Adamidou K, Lelovas P, Karadimas EV, et al. (2014) Useful animal models for the research of osteoarthritis. Eur J Orthop Surg & Traumatol. 2014;24(3):263-71 . doi: 10.10
    07/s00590-013-1205-2
  21. Rahmati-Ahmadabad S, Azarbayjani MA, Broom DR, et al. Effects of high-intensity interval training and flaxseed oil supplement on learning, memory and immobility: relationship with BDNF and TrkB genes. Comparative Exercise Physiology. 2021;17: 273-284. doi:10.3920/CEP200046.
  22. Bendele AM. Animal models of osteoarthritis. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2001;1(4):363-76. pmid: 15758487
  23. Kim JE, Lee SM, Kim SH, et al. Effect of self-assembled peptide-mesenchymal stem cell complex on the progression of osteoarthritis in a rat model. Int J Nanomedicine. 2014;9:141–157. doi: 10.2147/IJN.S54114
  24. Shirvani H, Rahmati-Ahmadabad S, Kowsari E, et al. Effects of 2-week HMB-FA supplementation with or without eccentric resistance exercise on expression of some genes related to muscle protein turnover and serum irisin and IGF-1 concentrations. Gene. 2020;760:145018. doi:10.1016/j.gene.
    2020.145018    .
  25. Rahmati-Ahmadabad S, Azarbayjani M-A, Farzanegi P, et al. High-intensity interval training has a greater effect on reverse cholesterol transport elements compared with moderate-intensity continuous training in obese male rats. Eur J Prev cardiol. 2021;28(7):692-701. doi: 10.1177/2047487319887828
  26. Bakhtiyari A, Gaeni A, Chobineh S, et al. Effect of 12-weeks high-intensity interval training on SIRT1, PGC-1α and ERRα protein expression in aged rats . Journal of Applied Health Studies in Sport Physiology. 2018; 5(2): 95-102. doi: 10.22049/jassp.2019.
    26555.1223
  27. Raafat N, Gharib AF, Atta DS, et al. Tumor necrosis factor-α: Molecular assessment of gene expression, genetic variants and serum level in Egyptian patients with knee osteoarthritis. Gene Reports. 2020;21: 100922. doi:10.1016/j.genrep.2020.100922.
  28. Li H, Xie S, Qi Y, et al. TNF‑α increases the expression of inflammatory factors in synovial fibroblasts by inhibiting the PI3K/AKT pathway in a rat model of monosodium iodoacetate‑induced osteoarthritis. Exp Ther Med. 2018;16(6):
    4737-4744.     doi: 10.3892/etm.2018.6770 pmid: 30542428
  29. Zhao Y, Li Y, Qu R, et al. Cortistatin binds to TNF-α receptors and protects against osteoarthritis. EBioMedicine. 2019:41:556-570. doi:10.1016/j.ebiom.2019.02.035 pmid: 30826358
  30. Hu Q, Ecker M (2021) Overview of MMP-13 as a Promising Target for the Treatment of Osteoarthritis. Int J Mol Sci 2021;
    22(4):1742.     doi: 10.3390/ijms22041742 pmid: 33572320
  31. Wang M, Sampson ER, Jin H, et al. (2013) MMP13 is a critical target gene during the progression of osteoarthritis. Arthritis Res & Ther. 2013;15(1):R5. doi: 10.1186/ar4133 pmid: 23298463
  32. Xin X, Tan Q, Li F, et al. Potential Value of Matrix Metalloproteinase-13 as a Biomarker for Osteoarthritis. Front Surg. 2021;8:750047. doi: 10.3389/fsurg.2021.75
    0047     pmid: 34778362
  33. Alinejad M, Barari A, Abbasi Daloii A, et al. Effect of Endurance Training and Stem Cell on Fgf2 and Mmp13 Gene Expression in Knee Tissue of Rats with Osteoarthritis. JSSU. 2021; 29 (3) :3599-3610. doi: 10.185
    02/ssu.v29i3.6204
  34. Jalilian J, Behpoor N, Hosseinpour delavar S, et al. Effect of Aerobic Training in Combination with Stem Cells on Inflammatory Biomarker Levels in the Heart Tissue of Rat Model of Osteoarthritis. J. Ilam Uni. Med. Sci. 2020; 28 (1) :12-26. doi: 10.29252/sjimu.28.1.12
  35. Fatahi M, Behpoor N, Hosseinpourdelavar S, et al. (2021) The effect of aerobic exercise combined with bone marrow mesenchymal stem cells on inflammatory
    biomarkers levels of the brain in a model of osteoarthritic rat. J Basic Res Med Sci. 2021; 8 (3):32-39. Link
  36. Wojdasiewicz P, Poniatowski Ł A, Szukiewicz D. The role of inflammatory and anti-inflammatory cytokines in the pathogenesis of osteoarthritis. Mediators of inflamm. 2014:2014:561459 doi: 10.11
    55/2014/561459     pmid: 24876674
  37. Troeberg L, Nagase H. Proteases involved in cartilage matrix degradation in osteoarthritis. Biochim Biophys Acta. 2012;1824
    (1):133-45.     doi: 10.1016/j.bbapap.2011.06.020 pmid: 21777704
  38. Pedersen BK, Saltin B. Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scand J Med Sci Sports. 2015:25 Suppl 3:1-72. doi: 10.1111/
    sms.12581     pmid: 26606383
  39. Hulejová H, Baresová V, Klézl Z, et al. Increased level of cytokines and matrix metalloproteinases in osteoarthritic subchondral bone. Cytokine. 2007;38(3):151-6. doi: 10.1016/j.
    cyto.2007.06.001     pmid:17689092
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: فیزیولوژی
ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA
ارسال پیام به نویسنده مسئول

بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله طب مکمل می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2025 CC BY-NC 4.0 | Complementary Medicine Journal

Designed & Developed by : Yektaweb