骨髓间充质干细胞通过激活β2-AR信号通路诱导角质形成细胞发生EMT样改变的机制研究

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ipomoea
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目的(1)探究上皮-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)在皮肤创面修复过程中的作用。(2)探究β2-肾上腺素受体(β2-adrenergic receptor,β2-AR)信号通路在皮肤创面愈合过程中的作用,为创面愈合的分子机制研究提供新的思路。(3)探究骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells,BMSCs)在促进皮肤创面愈合过程中的可能机制,为间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的临床应用提供坚实的理论基础。(4)建立小鼠创面模型进行体内实验,验证BMSCs促进皮肤创面愈合的作用及相关机制。方法(1)取人皮肤正常及创面组织,通过免疫荧光染色检测CK19、CK14、钙黏蛋白(E-cadherin)以及α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)在两种组织中表达量与分布的差异。(2)选用人角质形成细胞(human epidermal keratinocyte,HEK)和人永生化表皮细胞(human immortalized keratinocyte,HaCaT)细胞两种表皮细胞系进行体外细胞实验。使用β2-AR激动剂异丙肾上腺素(isoproterenol)、β2-AR选择性抑制剂ICI-118,551以及应用基因沉默技术在体外激活或抑制β2-AR的表达水平,通过逆转录定量聚合酶链反应(RT-qPCR)、蛋白免疫印迹法(Western blot)等方法从基因及蛋白水平检测EMT相关转录因子在表皮角质形成细胞中的表达,探究β2-AR信号通路在角质形成细胞发生EMT样改变过程中的作用;同时,通过细胞划痕实验探究β2-AR信号通路在角质形成细胞迁移中的作用。(3)收集骨髓间充质干细胞培养上清液(bone marrow-derived mesenchymal stem cell conditioned media,BMSC-CM)作用于HEK和HaCaT细胞。MTT法检测BMSC-CM对角质形成细胞增殖能力的影响;使用isoproterenol、ICI-118,551以及应用基因沉默技术在体外激活或抑制β2-AR的表达水平,通过RT-qPCR、Western blot法从基因及蛋白水平探究BMSC诱导角质形成细胞发生EMT样改变的可能机制及其在皮肤创伤修复过程中的作用。(4)建立C57BL/6J小鼠创伤模型,分别给予BMSC和生理盐水对照治疗。观察并统计各处理组创面的愈合情况;取创伤后第3、6、9天皮肤创缘组织,通过Western blot法检测β2-AR、E-cadherin及α-SMA的表达情况,探究BMSC促进创面愈合的相关机制;同时对创缘组织进行免疫荧光染色,观察EMT相关蛋白的分布情况。结果(1)人皮肤正常及创面组织表皮层角质形成细胞增殖能力存在明显差异,相较于正常组织,创面组织中CK19、CK14阳性细胞分布广泛,且创面组织表皮层角质形成细胞同时表达上皮化标志物E-cadherin以及间质化标志物α-SMA,提示EMT样改变在创面修复中扮演着重要角色。(2)RT-qPCR与Western blot结果显示isoproterenol可通过激活β2-AR在HEK及HaCaT细胞中的表达,从而使其间质化标志物α-SMA、Snail在基因及蛋白水平表达增高,而上皮化标志物E-cadherin表达降低;同时isoproterenol还可以在体外促进角质形成细胞的迁移能力。上述isoproterenol作用可被β2-AR选择性抑制剂ICI-118,551逆转;HEK及HaCaT细胞β2-AR基因沉默后,isoproterenol对其EMT相关蛋白表达水平的影响减弱。结果表明β2-AR信号通路参与体外调控角质形成细胞发生EMT样改变,这对皮肤创面愈合过程中的再上皮化具有重要意义。(3)MTT法及细胞划痕实验结果显示BMSC-CM可于体外促进HEK和HaCaT细胞的增殖及迁移能力;经BMSC-CM处理后的角质形成细胞,β2-AR在基因及蛋白水平表达明显上调,随之上皮化标志物E-cadherin表达下调,而间质化标志物ɑ-SMA和Snail表达水平增加;β2-AR选择性抑制剂ICI-118,551可以逆转BMSC-CM对E-cadherin、ɑ-SMA及Snail表达水平的影响;HEK和HaCaT细胞β2-AR基因沉默后,BMSC-CM对其EMT相关蛋白表达水平的影响减弱。进一步研究结果显示,使用β2-AR下游效应分子PKA抑制剂H89处理角质形成细胞,其间质化标志物ɑ-SMA在蛋白水平表达显著减少,BMSC-CM可在一定程度上减轻H89的抑制作用。由此可知,BMSC通过旁分泌作用激活角质形成细胞的β2-AR,诱导细胞发生EMT样改变。(4)小鼠创伤模型实验证实BMSC加速皮肤创面的愈合;Western blot结果显示,创伤后第3、6、9天,BMSC治疗组与空白对照组比较,创缘组织表皮细胞β2-AR表达增加,随之α-SMA表达上调,而E-cadherin表达下调;免疫荧光染色发现,创缘组织表皮靠近基底层的多层细胞CK14阳性,提示创伤愈合过程中表皮层细胞增殖活跃,并且BMSC治疗组小鼠创缘组织毛囊外根鞘上部存在α-SMA和E-cadherin双阳性表达细胞。综上可知,BMSC促进创面愈合与其诱导角质形成细胞发生EMT样改变有关。结论本研究对BMSC促进皮肤创面愈合的机制进行了初步探索,发现BMSC通过旁分泌作用激活创缘残余角质形成细胞β2-AR,从而促进其EMT过程,加快细胞迁移至创口处,实现加速再上皮化与创面愈合的功能,为今后MSCs广泛应用于临床创面治疗提供了扎实的理论基础,并为后续从神经-内分泌角度探究创面愈合的分子机制提供了新的思路。
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