PDX1联合多种细胞因子调控微环境诱导人胎盘MSCs向胰岛β样细胞分化的研究

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目的:建立人胎盘间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)在体外分离、培养、扩增和鉴定的方法,并探讨其生物学特性及其部分分化潜能。方法:获取人胎盘4-5cm2,肝素化后用密度梯度离心法,利用间充质细胞贴壁生长的特点,不断纯化分离人胎盘MSCs并体外扩增、培养。显微镜仔细观察细胞的形态结构;了解其增值能力并建立细胞生长曲线;RT-PCR检测干细胞特异性标志物SSEA-4和Oct-4在3-4代人胎盘MSCs中表达情况;流式细胞学检测其表面分子标志的表达;采用特殊的培养基孵育3W后,诱导人胎盘MSCs向成骨细胞和脂肪细胞分化,用油红O染色和茜素红染色鉴定。结果:原代细胞接种2-3d后开始贴壁,5-7d后增殖速度增快,12-15d原代细胞汇合达80%-90%,原代细胞及传代细胞形态学观察呈旋涡状生长和典型的成纤维样形态;细胞传代培养5-7d时增殖速度明显,在8-9d时达到平台期。流式检测显示CD29和CD105阳性;人胎盘MSCs表达干细胞标志SSEA-4和Oct-4。诱导后人胎盘MSCs细胞变圆逐渐呈现脂肪油滴,其油红O染色成红色;成骨诱导茜素红染成红色。结论:我们成功分离、纯化出人胎盘MSCs并鉴定。PDX1联合多种细胞因子调控微环境诱导人胎盘MSCs向胰岛β样细胞分化的体外研究目的:构建含胰十二指肠同源框-1基因(pancreatic and duodenal homeobox factor1, PDX1)的重组腺病毒载体,探讨Pdx1修饰人胎盘间充质干细胞(HUC-MSCs)体外分化为胰岛素分泌细胞。方法:将pUC57-PDX1用BglII/XhoI酶酶切下PDX1,连接到pShuttle-GFP-CMV重组穿梭载体,收获pShuttle-GFP-CMV-PDX1质粒,将pShuttle-GFP-CMV-PDX1转接到pAdxsi载体上,收获pAdxsi-GFP-PDX1重组病毒质粒,重组病毒感染293细胞,包装出完整的腺病毒。用携带PDX1基因的重组腺病毒(Adxsi-CMV-PDX1)感染MSCs7d后,实验组联合以下多种生长分化因子分阶段诱导分化:人表皮生长因子(EGF)、B27、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、人β细胞调节素、烟酰胺(NIC)、β-巯基乙醇。RT-PCR检测诱导后细胞PDX1、胰岛素(insulin)、葡萄糖转运体2(Glut2)的表达;Western blot检测PDX1和insulin表达;免疫细胞化学染色、免疫荧光染色和化学发光法检测insulin和C肽表达;再用25mmol/L高糖刺激1h后,检测insulin与C肽的分泌水平变化;用流式细胞术检测诱导后细胞insulin(+)细胞百分率。结果:通过测序、酶切等鉴定PDX1基因正确插入穿梭质粒中,并与病毒骨架质粒重组,重组腺病毒可高效感染HUCMSCs。诱导后的细胞经双硫腙(DTZ)染色胞浆呈亮红色;RT-PCR、免疫细胞化学染色、免疫荧光染色和Western blot可以检测到诱导后的细胞表达PDX1、insulin和glut-2胰岛相关基因和蛋白,实验组在诱导第10d,上清液中胰岛素和C肽的分泌量分别为264.32±21.19mU/L、0.21±0.12ng/mL,第17d胰岛素和C肽的分泌量分别为482.22±56.41mU/L、2.32±0.54ng/mL,在25mmol/L高糖协同作用1h后,胰岛素和C肽的含量分别达972.43±65.28mU/L、3.52±0.93ng/mL。对照组第10d、17d和17d+高糖胰岛素分泌量分别是(6.81±2.71)mU/L、(11.37±3.25)mU/L和(11.25±1.26) mU/L,而C肽未检测到。实验组和对照组之间及实验组不同时间段差异均具有统计学意义(P<0.05)。实验组用流式细胞术检测诱导后insulin(+)细胞百分率为12.31±5.62%,对照组为0.00%(P<0.05)。结论:成功构建了Pdx1腺病毒载体。PDX1修饰胎盘间充质干细胞后,联合细胞因子诱导在体外能够诱导分化为胰岛素分泌细胞,胰岛素和C肽分泌水平较高,且能够响应高糖的刺激。目的:检测人胎盘MSCs体外诱导分化成功的胰岛β样细胞移植对Ⅰ型糖尿病鼠的疗效。方法:通过腹腔注射大剂量的链脲佐菌(STZ)药物诱导免疫缺陷裸鼠建立Ⅰ型糖尿病模型。A组在糖尿病鼠肾包膜下注射诱导后的人胎盘MSCs,B组肾包膜下注射未诱导的人胎盘MSCs。以糖尿病鼠和正常裸鼠为对照组。连续观察鼠血糖、体重及存活时间的变化。于移植后低5天及第30天取移植物行HE和胰岛素染色。结果:糖尿病鼠的成膜率约为85.7%,建模成功的裸鼠有血糖升高,体重减轻等典型的糖尿病症状。移植诱导后的人胎盘MSCs鼠比移植未诱导的人胎盘MSCs鼠血糖下降明显,体重上升,生存时间延长,但均为达到正常小鼠的标准。HE染色第5天可见移植物在肾包膜下有少量血管生成,第30天移植物血供明显;胰岛素染色可见有少量细胞呈阳性。结论:诱导后的人胎盘MSCs在体内有效的调控血糖,减轻糖尿病症状,延长生存时间,对糖尿病有较好的治疗作用。
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