Dickkopf-1在子宫内膜再生细胞抑制溃疡性结肠炎进展中的应用研究

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背景:溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis,UC)是一种发生在结直肠的慢性非特异性炎症,是炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)的一种主要形式。其病程常常反复发作,迁延不愈,并发症多。截至目前,UC的病因复杂不清,普遍认为其发病主要和自身遗传、免疫、环境等因素有关。临床上UC的治疗更是缺乏有效手段,往往达不到患者预期的效果。近年来随着间充质干细胞(Mesenchymal stromal cells,MSCs)研究的迅速发展,干细胞治疗溃疡性结肠炎取得新的突破性进展。子宫内膜再生细胞(Endometrial Regenerative Cells,ERCs)是一种从月经血中提取的新型干细胞,具有间充质干细胞(MSC)的表型特征、多向分化潜能、自我更新能力和免疫调节作用。相比于普通来源的MSC,ERC有着增殖能力强、来源无创、低免疫原性等独特优势。研究证明ERCs亦能够诱导机体产生免疫耐受,对于机体炎症反应发挥着更强的免疫调节作用。Dickkopf-1(DKK1)是一种在多种生物细胞广泛表达的分泌型糖蛋白,可被MSC大量分泌。且人源性与鼠源性的DKK1在基因编码序列及氨基酸排序上有86%以上的同源性,这表明人源性DKK1可以跟小鼠体内的相应受体结合而发挥作用。DKK1是公认的Wnt/β-catenin信号通路的特异性抑制剂,它可以竞争性结合该通路的LRP5/6受体从而抑制Wnt/β-catenin通路的激活。Wnt/β-catenin信号通路是一条保守的信号转导途径,在胚胎发育,干细胞的增殖和分化以及组织稳态中都发挥着重要作用。近年来,研究发现Wnt/β-catenin通路同样调控着体内各种免疫细胞的增殖和分化,并参与诱导机体免疫性耐受的形成;Wnt/β-catenin通路与体内免疫介导的慢性炎症以及肿瘤介导的免疫反应有着密切关系。据此,我们假设ERCs同样能分泌大量DKK1因子,并且DKK1low-ERCs可能发挥更强大的免疫调节作用,能够更有效地减轻小鼠溃疡性结肠炎的进展。目的:1)分离提取ERCs,明确ERCs能否分泌DKK1因子,探究糖皮质激素(GC)和IL-1β对ERCs分泌DKK1的影响;2)利用葡聚糖硫酸钠(DSS)建立小鼠结肠炎模型,探讨DKK1low-ERCs(低表达DKK1的ERCs)是否对结肠炎小鼠有更好的免疫调节作用和治疗效果。方法:1)分离培养ERCs,测定ERCs是否分泌DKK1因子,并探讨糖皮质激素(GC)和IL-1β对DKK1分泌的影响。(1)在月经期第2-3日收集经血。利用密度梯度离心法分离单核细胞层于培养皿中,加入培养基,37℃,5%CO2的孵育温箱中培养,即可得子宫内膜再生细胞。体外传代扩增,取第五代(p5)细胞进行表型鉴定。(2)收集第三代(p3)到第七代(p7)ERCs于六孔板中,将每一代细胞分成三组:未经处理ERC组、GC-预处理ERC组和IL-1β-预处理ERC组,给予各组相应处理。收集各组各代细胞培养上清液,用ELISA法检测上清液中DKK1含量。(3)取p5代ERCs,提取细胞总RNA,用实时荧光定量PCR(RT-PCR)检测其DKK1的m RNA表达。2)探究不同DKK1表达量的ERCs在结肠炎中的治疗效果。(1)造模方法:利用3%DSS的蒸馏水自由饮用的方法诱导UC模型。(2)实验分组及处理:(1)分组:将6-8周龄,体重22±2g的24只雄性BALB/c小鼠随机分为四组(n=6);未治疗组、未经处理ERC治疗组、DKK1high-ERC治疗组和DKK1low-ERC治疗组。(2)造模组处理:给予含3%DSS的蒸馏水7天,随后更换蒸馏水;(3)实验干预:在造模开始的第2、5、8天,未治疗组经腹腔注射200μl的PBS作为阴性对照,未经处理ERC治疗组、DKK1high-ERC治疗组和DKK1low-ERC治疗组分别给予注射200μl含有1×106不同处理ERCs的PBS。(3)造模期间每天记录小鼠的生存情况,一般状态,体重、大便性状、有无便血情况等,计算小鼠疾病活动指数(DAI),评估疾病活动性。(4)造模第10天取材,测量结肠长度,用HE染色结肠组织观察评估结肠病理损伤。ELISA法检测结肠组织匀浆液中炎症因子以及小鼠脾肠中β-catenin的蛋白含量。RT-PCR检测结肠组织中炎症因子和β-catenin的m RNA表达水平。流式细胞术分析小鼠脾脏中各免疫细胞的比例。结果:1)(1)通过密度梯度离心法成功分离出ERCs。细胞呈梭形,巢状或编织状排列。第3代后,ERCs形态学特征以及生物学特性趋于一致。表型鉴定结果显示ERC分子表型与MSC相似,高表达CD29、CD44和CD90,而几乎不表达造血干细胞特异性抗原CD45。(2)ELISA结果显示,p3-p7 ERCs能够分泌大量DKK1因子,并且DKK1在p5代细胞中分泌量最少。在每一代细胞的不同处理组中,GC-预处理ERC组的DKK1分泌量明显高于未经处理ERC组;而IL-1β-预处理ERC组的DKK1分泌量则显著降低。(3)RT-PCR分析p5代ERC的m RNA显示,GC-预处理ERC的DKK1 m RNA表达量是未经处理ERC表达量的3倍,而IL-1β-预处理ERC组的表达量约为未经处理ERC的0.4倍,两组比较均有统计学差异。结果表明无论在蛋白水平还是转录水平上,GC均能够刺激ERC高表达DKK1,而IL-1β能有效减少DKK1的分泌。2)在探究不同DKK1表达量的ERCs在结肠炎的治疗效果中,我们发现:(1)DKK1low-ERCs明显改善了结肠炎小鼠的一般状态、体重丢失、大便性状以及便血情况等症状;(2)DKK1low-ERC治疗组的小鼠结肠长度较其他实验组增加,肠管僵直、肠壁充血以及扩张狭窄等情况显著减轻。(3)病理表现,相对于未经处理ERC治疗组,DKK1low-ERCs能够进一步缓解DSS诱导的肠道粘膜以及腺体隐窝的结构损伤,维持黏膜结构的完整性,减少肠壁炎症浸润和充血水肿。(4)DKK1low-ERCs相对于未经处理ERCs,能有效地提高Th2、Treg、M2型巨噬细胞在脾脏细胞中的比例,抑制Th1、Th17和成熟DC细胞的比例。有意思的是,在我们提高了DKK1分泌后,ERCs的这些调节功能均被显著减弱,表现出比未经处理ERCs较差的调节效果。(5)DKK1low-ERCs能够有效抑制结肠组织中促炎症因子TNF-α,IFN-γ,COX-2,i NOs和MPO的表达,提高IL-4,IL-10,SOD等具有保护作用的炎症介质的合成与分泌,减轻肠道的损伤。(6)与未经处理ERC治疗组相比,DKK1low-ERCs显著增强了结肠和脾脏中β-catenin的表达,而在DKK1high-ERC治疗组,β-catenin水平明显降低。结论:1)ERCs能够大量分泌DKK1因子;ERCs中DKK1的分泌量可被GC刺激后显著增高,被IL-1β刺激后明显降低。2)相比于未经处理ERCs,低表达DKK1的ERCs(DKK1low-ERCs)拥有更强的免疫调节功能,在治疗DSS诱导的结肠炎中发挥着更有效的作用。
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