人羊膜来源干细胞促进内皮细胞增殖、迁移及血管生成机制探究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianjuyy
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目的:动脉粥样硬化是一种慢性进展的炎性疾病,由内皮损伤、炎性细胞浸润、脂质代谢紊乱、神经血管功能失调等原因引起,给人民健康带来很大威胁。目前被普遍接受的“损伤反应”学说认为,动脉粥样硬化与血管内皮细胞之间关系密切,血管内皮细胞衬在血管内壁,为血流提供光滑的表面,并作为半透膜,将血管内外分开,起屏障作用,内皮细胞功能性的损伤是动脉粥样硬化形成早期的始动环节。粥样斑块破裂常导致急性心肌梗死,造成心肌永久损伤,若血管内皮细胞可以迅速反应,通过血管生成作用促进侧枝循环,可以部分恢复局部缺血心肌血供,继而促进心梗后心功能的恢复。因此,在心血管疾病中,血管内皮细胞增殖、迁移及血管生成能力至关重要。hAECs和hAMSCs通过促进内皮细胞存活、保护已有血管的稳定作用和促进缺血组织的血管再生在各种细胞治疗中发挥作用。干细胞发挥作用的机制尚不明确,其中旁分泌作用机制引起我们的关注,间充质干细胞旁分泌产生许多生长因子,如肝细胞生长因子(HGF),表皮生长因子(EGF),肝素结合的EGF样生长因子(HBEGF),胰岛素生长因子Ⅰ(IGF-Ⅰ),与内皮细胞的血管发生密切相关,而羊膜上皮细胞相关研究有限。本研究的目的是:1),从人羊膜分离和鉴定人羊膜间充质干细胞及人羊膜上皮细胞;2)研究这些细胞条件培养液对内皮细胞功能影响;3),通过RNA-seq对比人羊膜来源的两种细胞生长因子在mRNA水平差异;4)深入探究上皮细胞旁分泌作用相关的生长因子。  研究方法:入主动脉内皮细胞(hAoECs)从Sciencell(美国)购买,P4-6被用于细胞实验。羊膜组织通过酶消化法原代提取获得间充质干细胞和上皮细胞两类细胞,并通过流式细胞方法、细胞免疫荧光及细胞分化能力进行鉴定。分别从hAoECs、hAECs及hAMSCs收集条件培养基(CdM),用于培养hAoECs,实验分组情况为CdM-hAoEC(对照),CdM-hAEC、CdM-hAMSC及EGM-2(阳性对照)。我们使用细胞划痕实验及Transwell小室实验,以评估主动脉内皮细胞迁移能力;细胞增殖试剂盒(CCK-8)和细胞周期检测来评估主动脉内皮细胞增殖能力;细胞实验基质胶血管生成及实验小鼠体内基质胶栓塞实验以评估血管生成的能力。为了检测血管生成相关基因的表达,我们对羊膜来源两种细胞进行了Illumina HiseqTM2500转录组测序,以FC>2及P<0.05筛选差异表达基因,通过Gene Otology数据库对测序结果分析,以期寻找关键的旁分泌生长因子,并通过qRT-PCR对测序结果进行mRNA水平验证,通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测收集的条件培养液中生长因子浓度;为了进一步探究羊膜上皮细胞旁分泌作用中发挥重要作用的生长因子,我们选择差异表达明显,并已有商品化中和抗体的肝素样表皮生长因子(HBEGF)、转化生长因子A(TGFA)、表皮调节素(EREG)进行研究,通过抗体特异性的中和条件培养液的相应因子,观察其在促进主动脉内皮细胞迁移及成管中的作用。  结果:原代提取得到的上皮细胞,呈多角形,长满后呈上皮细胞特有的铺路石样外观,间充质细胞传至3代以后细胞呈成纤维样形态、鱼群状分布。经流式细胞术,hAEC: CD90(+)、CD44(+)、CD29(+)、CD73(+)、CD105(+)、CD34(-)、CD45(-)、CD49d(-)、CD31(-) HLA-DR(-)、SOX-2(+)、OCT3/4(+)、SSEA-4(+),hAMSC: CD90(+)、CD44(+)、CD29(+)、CD73(+)、CD105(+)、CD34(-)、CD45(-)、CD49d(+)、 CD31(-)HLA-DR(-)、SOX-2(+)、OCT3/4(+)、SSEA-4(+);细胞免疫荧光结果显示:上皮细胞表达CK19,而间充质干细胞不表达CK19,hAECs和hAMSCs均表达干细胞标记物SSEA-4、Oct-4和SOX-2。人羊膜来源两种细胞均可向成骨细胞、成脂细胞及成软骨细胞分化。收集羊膜来源细胞条件培养液(CdM),观察CdM对内皮细胞生物学功能的影响。通过划痕实验及transwell实验检测条件培养液对内皮细胞迁移能力的影响,划痕实验通过IPP软件进行统计,结果显示与CdM hAoEC相比(20.11±7.04%),CdM hAEC(75.86±3.06%)明显促进内皮细胞向划痕区域迁移,而CdMhAMSC(29.16±5.12%)促进迁移作用不明显;为了进一步验证条件培养液对内皮细胞迁移的影响,我们将内皮细胞置于上室,将不同条件培养液置于下室,观察条件培养液对内皮细胞迁移的趋化作用,结果与划痕实验结果相似,CdM hAEC明显促进内皮细胞迁移(184.01±33.66 CdM-hAEC vs.58.82±23.99 CdM-hAMSC;p<0.05,45.20±30.04 CdM-hAoEC);通过CCK-8及细胞周期检测条件培养液对内皮细胞增殖能力的影响,CCK-8实验表明,与CdM hAoEC及阳性对照EGM-2相比,CdM hAMSC明显促进内皮细胞增殖,而CdM hAEC促进增殖作用不明显;我们用流式细胞周期检测进行验证,与CCK-8实验结果相似,间充质干细胞条件培养液培养主动脉内皮细胞后,内皮细胞S期所占比例明显提高(30.56±1.91% CdM-hAMSCvs.21.61±1.54% CdM-hAoEC),而CdM hAEC促进增殖作用不明显;血管生成相关细胞实验及动物实验均表明从hAECs和hAMSCs获得的条件培养液维持内皮细胞生成血管的稳定性。我们通过转录组测序探究可能的旁分泌生长因子,测序数据初步分析得到4152个差异表达基因,将这些差异基因进行Gene Ontology(GO)分析,挑选出可能旁分泌的差异基因,通过qPCR及酶联免疫吸附试验(ELISA)进一步验证测序结果,表明羊膜间充质干细胞分泌较多的血管生成相关因子HGF、bFGF等,羊膜上皮细胞分泌IHBEGF、TGFA、EREG水平较高。我们深入研究羊膜上皮细胞旁分泌生长因子对hAoEC迁移及血管生成的影响。使用不同浓度梯度的中和抗体进行transwell实验,最终选定0.5ug/ml中和抗体浓度继续后续试验,实验结果表明,单独加入TGFA或EREG中和抗体后,可抑制hAoEC迁移,而HBEGF中和抗体对hAoEC迁移影响不大,同时使用三种中和抗体对CdM-hAEC进行中和后,抑制hAoEC迁移作用明显。通过中和抗体中和人羊膜上皮细胞条件培养液,观察CdM-hAEC对hAoEC成管的改变,结果表明,同时使用三种中和抗体对CdM-hAEC进行中和后,明显抑制hAoEC成管作用。  结论:1)通过流式细胞鉴定及细胞分化能力鉴定,我们成功提取了人羊膜上皮细胞及人羊膜间充质干细胞;羊膜来源两种细胞条件培养液均能影响内皮细胞功能,从hAECs获得的条件培养液促进主动脉内皮细胞迁移;从hAMSCs获得的条件培养液促进主动脉内皮细胞增殖;从hAECs和hAMSCs获得的条件培养液维持内皮细胞生成血管的稳定性;2)转录组测序结果表明人羊膜上皮细胞和间充质干细胞均表达多种生长因子,如EGF、HBEGF、VEGFA、bFGF、HGF,TGFA、EREG和IGF-1,qRT-PCR及ELISA进一步验证人羊膜来源两种细胞可旁分泌多种生长因子,hAECs旁分泌高水平的HBEGF、TGFA、EREG; HAMSCs分泌大量的HGF和bFGF;3)人羊膜上皮细胞条件培养液中HBEGF、TGFA及EREG在主动脉内皮细胞迁移及成管能力中起到关键作用。
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