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目的:(1)通过观察体外培养人脐血间充质干细胞(Umbilical cordblood-mesenchymal stem cells,UCB-MSCs)并作诱导成骨分化,探讨其作为组织工程的骨种子细胞的可行性。(2)通过建立混合淋巴细胞反应体系模拟成骨分化的UCB-MSCs移植入体内的免疫微环境条件,并观察在不同免疫微环境条件下成骨分化的UCB-MSCs免疫相关膜蛋白的表达与可溶性细胞因子的分泌水平,研究成骨分化UCB-MSCs产生免疫原性的相关机制。 方法:体外分离培养UCB-MSCs,流式细胞仪检测细胞表面抗原的表达及其变化规律;体外成骨诱导人UCB-MSCs2周,采用Alizarin Red染色和钙离子半定量测定的方法评价细胞成骨活性。取P2代UCB-MSCs细胞,流式细胞仪检测加入IFN-γ前后的HLA-Ⅰ、HLA-Ⅱ、CD40、CD80等分子的表达情况;流式细胞仪检测UCB-MSCs在成骨诱导分化前后HLA-Ⅰ类分子、HLA-Ⅱ类分子的表达情况以观察成骨诱导分化的MSCs免疫抗原性的变化。体外分离外周血T淋巴细胞,成骨分化与未分化的UCB-MSCs分别与淋巴细胞共培养,模拟移植入宿主体内的未激活状态的免疫微环境,3H-TdR掺入法检测IFN-γ刺激前后的异体淋巴细胞增殖情况,以评测成骨分化前后的UCB-MSCs对异体淋巴细胞增殖的影响。建立隔离腔(Transwell)非接触共培养混合淋巴细胞反应体系,评价成骨诱导分化前后的UCB-MSCs对淋巴细胞增殖反应的影响。ELISA定量检测培养上清中IFN-γ和IL-4的含量,观察成骨诱导分化的UCB-MSCs对IFN-γ、IL-4分泌水平的影响。 结果:第1、3、5代细胞的CD29、CD105和CD166均呈阳性表达,而造血细胞系的表面标记CD31、CD34和CD45则呈低表达,且随传代次数增加含量逐渐下降。UCB-MSCs成骨诱导2周后,Alizarin Red染色为阳性。对照组则无明显钙盐沉积。钙离子半定量的检测结果则表明,UCB-MSCs成骨诱导2周后的钙离子含量远高于未诱导组。 流式细胞检测结果显示,人UCB-MSCs高表达HLA-Ⅰ类分子,不表达HLA-Ⅱ类分子和CD40,CD80等共刺激分子;经IFN-γ刺激诱导后,HLA-Ⅰ类分子的表达未发生改变,HLA-Ⅱ类分子呈阳性表达,而CD40和CD80的表达仍为阴性。人UCB-MSCs在成骨诱导分化前后HLA-Ⅰ类分子均为阳性表达;而HLA-Ⅱ类分子在成骨分化前为阴性,诱导后阳性表达率增高。 UCB-MSCs单向刺激淋巴细胞增殖反应的结果显示,无论是否有HLA-Ⅱ类分子的表达(IFN-γ的刺激),UCB-MSCs对异体淋巴细胞增殖均有明显的抑制效果,并且淋巴细胞的增殖在不同比例的共培养组之间也有显著性差异。而成骨诱导分化的UCB-MSCs对淋巴细胞增殖的抑制作用明显减弱(不随细胞数量的改变而改变),并且在IFN-γ作用后,反而有刺激淋巴细胞增殖的效果。1×104及以上数量级的未诱导UCB-MSCs可以抑制PHA刺激的淋巴细胞增殖,但加入IL-2后,这种抑制作用被逆转。而成骨诱导分化的UCB-MSCs则不具有抑制淋巴细胞增殖的作用。 Transwell共培养实验结果表明,与直接接触培养相似,UCB-MSCs能够显著抑制淋巴细胞增殖反应,而成骨诱导分化的UCB-MSCs的免疫抑制能力明显减弱。未诱导UCB-MSCs与淋巴细胞共培养7天,培养液上清中IFN-γ分泌水平下降,IL-4含量则显著上调。而成骨分化的UCB-MSCs与淋巴细胞共培养7天后,IFN-γ分泌水平较对照组明显上调,IL-4含量则没有未诱导组的高。 结论:(1)UCB-MSCs能诱导分化为成骨细胞,有望成为较理想的组织工程骨种子细胞。(2)成骨分化UCB-MSCs的免疫原性会发生相应变化。(3)成骨诱导分化的UCB-MSCs对淋巴细胞增殖的抑制作用明显减弱,在IFN-γ作用后,反而有刺激淋巴细胞增殖的效果。其机制可能与成骨诱导分化的UCB-MSCs促进IFN-γ分泌,增强免疫细胞功能有关。