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羊膜间充质干细胞(Human amniotic mesenchymal stem cells,hAMSCs)具有获得方便、对供体无损伤、免疫耐受性低、无伦理道德问题等优点,使其成为继骨髓间充质干细胞之后另一备受关注的间充质干细胞,在组织工程、细胞治疗和基因治疗等方面具有广阔的应用前景。由于目前对hAMSCs体外培养环境对其扩增和定向诱导分化的作用及其机制认识有限,难以指导其体外扩增及定向诱导分化,并影响其临床应用。近年来,小分子化合物对干细胞命运调控的研究逐渐兴起,研究发现,丁酸钠(Sodium butyrate,NaBu)作为一种组蛋白去乙酰化抑制剂,能作用于多种间充质干细胞,调控其生长与多向分化,且采用不同的作用时间与作用浓度对细胞的生长与分化产生不同的影响,可作为干细胞的诱导分化剂。 本文以第六代hAMSCs为研究对象,通过在生长培养基中添加不同浓度NaBu,考察体外培养过程中NaBu对hAMSCs扩增的影响,通过改变成骨诱导培养基中NaBu的作用浓度和时间,对比NaBu短期处理与长期处理对hAMSCs成骨分化效果的影响,研究和认识hAMSCs增殖与成骨分化的关系,并进一步探索NaBu作用浓度和时间对hAMSCs诱导成骨分化的影响机制,为建立高效的hAMSCs成骨诱导技术及其将来临床应用奠定基础。 从羊膜组织中分离获得的hAMSCs扩增至第六代时,细胞形态均一,具细长梭形的细胞形态。在生长培养基中添加NaBu,细胞呈宽大扁平状,生长受抑制,且随着NaBu浓度增加,细胞增殖抑制作用逐步增强。当NaBu作用浓度小于5 mM时不引起细胞凋亡,但改变了hAMSCs细胞周期的分布,静息期细胞比例随NaBu浓度的增加而上升。hAMSCs成骨诱导过程中,NaBu对hAMSCs代谢活性的抑制随着其作用浓度和时间的增加而上升。与对照组相比,NaBu长期作用(14 d)组单位细胞钙结节含量没有显著增加,NaBu短期作用(3 d)组钙结节含量显著高于长期作用组,尤以0.5 mMNaBu短期作用组效果最为明显,表明,NaBu短期作用可刺激hAMSCs成骨分化。通过定量PCR分析发现,NaBu短期作用刺激成骨分化可能与Runx-2、OPN表达水平上升相关。通过添加PD98059的方法研究ERK信号途径对NaBu刺激的hAMSCs成骨分化的影响,发现抑制ERK信号途径,促进hAMSCs成骨分化,经NaBu刺激后,成骨分化效果更为明显。 以上研究结果不仅有助于理解NaBu与hAMSCs增殖和成骨分化等生物学特性之间的有机联系,也有助于进一步认识小分子化合物调控细胞增殖与分化的机制,从而为建立高效定向分化方法与hAMSCs在临床上的应用奠定基础。