关键词:
间充质干细胞(MSCs)
Trolox
PGE-2
巨噬细胞
细胞衰老
摘要:
目的:间充质干细胞(MSCs)在再生医学和临床治疗中具有广阔的应用前景。MSC治疗作用要归因于其强大的增殖、分化及免疫调节能力。但MSC在体外扩增传代培养的过程中,随着细胞代数的增加将不可避免的出现复制性衰老。MSCs衰老的同时也伴随着诸多变化的发生,如分化能力、增殖能力的降低,并且免疫调节能力随之减弱,这些变化在很大程度上限制了MSCs的应用。本研究以间充质干细胞PGE-2的分泌作为衡量指标,通过化合物库筛选获得了具有抗氧化特性化合物trolox(6-羟基-2,5,7,8-四甲基苯并吡喃-2-羧酸),系统探究了其对MSCs的衰老和免疫调节能力等生物学特性的影响及机制。方法:在该研究中,我们首先探究了低代次的脐带间充质干细胞(UC-MSCs)的形态,检测了其分化特性。利用流式技术检测了其表面标志物(CD90、CD105、CD146、CD34、CD11b、CD45),以及ELISA检测了其细胞因子(PGE-2)的分泌能力。然后利用β-半乳糖苷酶染色、流式细胞术、酶联免疫吸附实验、q PCR等方法对比了低代次和高代次的MSCs的差别。为探明trolox对MSCs生物学特性的影响,我们在该研究中首先利用CCK-8增殖实验及ELISA检测PGE-2的分泌,以确定探求trolox处理MSCs的最适浓度。之后利用流式细胞学技术检测了trolox处理前后MSCs表面标记物的变化,并将trolox处理前后的MSCs与巨噬细胞进行transwel共培养,以探明trolox的处理对MSCs免疫调节能力将产生何种影响。此外,利用q PCR检测了trolox处理前后MSCs中衰老蛋白P16、P21的表达以及mi R-17-92簇的表达。为了探明trolox对MSCs发挥作用的机制,我们将mi R-17-92簇高标达质粒转入MSCs,使其高表达,以此对比高表达前后MSCs的衰老及免疫调节的变化。此外,A20蛋白为mi R-17-92簇的下游靶点,因此我们通过蛋白印迹实验验证了衰老前后的MSCs、trolox处理前后的MSCs以及高表达mi R-17-92簇前后的MSCs中A20蛋白的表达情况。另外,由于MSCs体外培养过程中易衰老可能与氧化应激相关,并且trolox作为一种抗氧化性物质,因此在本研究中我们利用比色法对比了trolox处理前后细胞中最具代表性的抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)的活性以及检测了抗氧化家族prdx的表达变化。结果:光镜下可观测到,年轻的MSCs贴壁旋涡状生长,形态细小狭长,并且具有良好的成骨成脂分化能力。流式结果显示MSCs细胞表面标志物CD90、CD105、CD73呈阳性,CD34、CD11b、CD45呈阴性,符合UC-MSC表面标志物的标准,并且年轻的UC-MSC具有良好的PGE-2分泌能力。UC-MSC高代次后,相较于低代次的MSCs而言,其β-半乳糖苷酶阳性染色率更高,并且停留于G0/G1期的MSCs比例上升。此外,UC-MSC高代次后成骨成脂成软骨三系分化能力下调,以及重要的免疫调节因子PGE-2的分泌能力下降。Trolox处理间充质干细胞24h和48h时,trolox的最佳浓度分别为0.25μM(P<0.0001)和2.0μM(P<0.0001)。增殖实验结果显示,trolox浓度超过5μM(P<0.01)能促进MSCs的增殖。此外,trolox处理前后MSCs的表面标记物未发生变化,仍表现为CD45、CD34阴性,CD73、CD90、CD105阳性。Trolox处理组中,间充质干细胞β-半乳糖苷酶染色阳性的细胞更少以及衰老相关蛋白P16的表达下调,并且,经trolox处理后,MSCs的增殖能力以及PGE-2的分泌能力能维持更多代数。此外,将经trolox处理的MSCs与巨噬细胞共培养,促进了巨噬细胞向M2(抗炎型)型巨噬细胞极化以及抑制了其吞噬能力。在trolox处理后,MSCs中的mi R-17-92簇的表达上调以及下游靶点A20的表达下调。在使间充质干细胞高表达mi R-17-92簇后,β-半乳糖苷酶阳性染色细胞及A20的表达下调,并且与巨噬细胞共培养后,更多的巨噬细胞向M2型极化,并且也表现为吞噬能力的下降。另外,比色法实验结果表明,trolox处理后,MSCs的抗氧化酶CAT、SOD、GSH-PX的活性以及prdx5、prdx6、gpx4基因的表达上调。结论:综上所述,本研究证明,trolox通过抗氧化途径和mi R-17-92簇-A20通路来延缓了体外培养过程中出现的MSCs的衰老,进而有利于MSCs的增殖。此外,还改变了MSCs的免疫调节能力,包括:促进免疫调节因子PGE-2的分泌、促进巨噬细胞的M2型极化、以及降低巨噬细胞的吞噬能力。因此,抗