低氧对 MSCs 增殖和分化的影响

摘要： 间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是具有自我更新、 多向分化和强可塑性的细胞, 具有分化为血液、 骨、 软骨、 脂 肪、 肌肉、 表皮、 上皮、 神经等组织的潜能, 受到再生医学研究的关注。目前已有研究表明将 MSCs 移植到多种损伤组织中都能改 善损伤组织的功能。文章在简要回顾了低氧环境对 MSCs 增殖和分化的研究内容和有关理论争论基础上重点介绍了缺氧诱导因 子 （ HIF ）通路对 MSCs 增殖和分化的影响。文章阐述了低氧环境对 MSCs 向成骨,成软骨,成脂及成神经元方向分化的影响。 由于 人体组织内生理条件下的氧张力远远小于大气中的氧张力 （21% ）, 采用低氧培养 MSCs 的研究方法得出的结论将更加贴近实际 MSCs 在人体内的增殖、分化情况。因此研究 MSCs 在低氧张力环境中增殖、分化的能力将为 MSCs 能成功移植到体内并发挥作 用提供保障。     

黄芪多糖对低氧环境中BMSCs成脂分化的影响

探讨黄芪多糖(APS)对低氧环境中骨髓间充质干细胞(BMSCs)成脂诱导分化的影响。采用四甲基偶氮唑盐(Methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)法筛选促进BMSCs增殖的最佳APS浓度,干预不同氧浓度下(3%、6%、10%和20%)成脂诱导培养的BMSCs,通过油红O染色观察细胞内脂滴形成,Real-time PCR和Western blotting检测成脂相关基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ_2(PPAR-γ_2)和脂蛋白脂肪酶(LPL)的mRNA和蛋白水平。结果表明,与对照组相比,40μg/mL APS能显著促进不同氧浓度下BMSCs的增殖(P0.05);含有40μg/mL APS的成脂诱导剂能提升低氧环境中BMSCs内脂滴含量及PPAR-γ_2和LPL的蛋白和mRNA水平,在氧浓度为10%时其促进作用较显著(P0.05),差异有统计学意义。40μg/mL APS具有促进低氧环境中BMSCs增殖和成脂诱导分化的作用,其促分化作用与细胞培养的氧环境相关。     

低氧对间充质干细胞成骨相关基因表达的影响

目的：观察低氧对间充质干细胞（MSC）成骨相关基因表达的影响。方法：取第2代MSC,分别在常氧和3％氧浓度下培养,采用real-timeRT-PCR检测骨桥蛋白（OPN）、核心结合因子α1（Cbfal）、骨形态发生蛋白（BMP）和血管内皮生长因子（VEGF）mRNA的表达。结果：2种氧浓度下MSC的形态无明显差异,但3％氧浓度下MSC集落形成能力增强。常氧下MSC中Cbfal和BMPmRNA的表达高于3％氧浓度,差异有显著性（P〈0．05）;而OPN和VEGFmRNA的表达虽高于3％氧浓度,但差异无显著性（P〉0．05）。结论：3％氧浓度对MSC的形态没有明显影响,但增强其增殖能力,抑制其成骨分化能力。     

氨基修饰的纳米纤维对人和大鼠 MSCs增殖分化的影响

目的:探讨氨基修饰后的静电纺丝纳米纤维对大鼠和人骨髓来源的间充质干细胞(Rat and human bone marrow mesenchymal stem cells, r MSCs and hMSCs)增殖及成骨分化的影响。方法:采用静电纺丝法制备聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)纳米纤维,用氨气等离子体处理其表面来接枝氨基;通过测量PLGA纳米纤维(NF)及氨基修饰后的纳米纤维(NF-NH_2)接触角来证明修饰效果;将r MSCs和hMSCs分别接种于NF和NF-NH_2,用CCK-8试剂盒检测接种后1, 3 (4), 7天的细胞增殖;接种后的21天,用茜素红S染色(ARS)法检测细胞成骨分化情况。结果:氨气等离子体处理后纳米纤维接触角从81.28±0.33降低至53.99±0.79,说明氨基修饰后的PLGA NF亲水性增加;CCK-8结果显示氨基修饰增加了r MSCs的黏附,接种24 h后r MSCs在NF和NF-NH_2上的检测吸光值分别为0.096±0.011和0.175±0.014(P0.001),而对hMSCs黏附和增殖没有影响,接种24 h后hMSCs在NF和NF-NH_2上的检测吸光值分别为0.237±0.004和0.238±0.006(P0.05);ARS染色结果显示氨基修饰后r MSCs成骨分化增多(在NF和NF-NH_2表面ARS染色区域比例分别13.147±3.223%和36.677±5.230%),而hMSCs在修饰前后的纳米纤维上均有表达(修饰前后ARS染色比例分别为50.283±2.942%和38.254±3.272%)。结论:氨基修饰的NF可以促进大鼠来源的MSCs黏附增殖以及成骨分化,而对人骨髓来源的MSCs没有显著影响,这提示我们MSCs的增殖分化行为可能具有种属依赖性。     

力学微环境影响间充质干细胞分化的研究现状

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具有很强的自我复制能力和多向分化潜能,是近年来热门研究的种子细胞。MSCs的生长微环境可以影响调控干细胞的生长、分化,力学刺激是MSCs分化的影响因素之一。细胞外基质硬度、机械应力(剪切力、静压力、牵张力)、微重力等因素对MSCs的分化作用是当前研究的热点。就细胞外基质硬度、机械应力以及机械应力作用于三维支架培养对MSCs分化的影响等方面进行综述。     

缺氧环境下MSCs促进血管内皮细胞增殖和血管形成

目的 探讨成人骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells BMSCs)在体外缺氧环境下对人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)增殖和血管形成能力的影响及其可能机制.方法密度梯度离心法收集分离成人骨髓血MSCs并进行体外培养扩增,传代至4代进行实验,流式细胞仪鉴定MSCs表面标志.BMSCs缺氧培养0h(对照组)、12h、24h和48h后,RT-PCR检测SDF-1和VEGF基因表达,ELISA法检测细胞上清液中SDF-1和VEGF蛋白含量.HUVECs传代培养后分成三组进行实验:对照组、BMSCsCMN-HUVECs组,BMSCsCMH-HUVECs组,MTT检测三组细胞增殖能力,体外血管形成实验分析三组细胞在Matrigel上管腔样结构形成情况.结果 (1) BMSCs呈旋涡状长梭形即纤维母细胞样生长;(2) 人BMSCs阳性表达CD29、CD44和CD90,而CD34、CD45和CD106为阴性;(3) BMSCs缺氧培养后SDF-1和VEGF在mRNA和蛋白水平表达均较常氧培养显著增高(P均<0.05);(4) BMSCsCMH明显提高HUVECs增殖能力(P<0.05),显著增加HUVECs在Matrigel上形成管腔样结构的能力(P<0.05).结论 人BMSCs在缺氧环境下通过旁分泌SDF-1和VEGF提高血管内皮细胞增殖和管腔样结构形成能力,促进血管新生.     

低氧对人骨髓间充质干细胞基因表达谱的影响

低氧可以促进人骨髓间充质干细胞（human bone marrow-derived mesenchymal stem cells,hMSCs）增殖。为探讨其可能机制,本实验采用cDNA芯片技术动态检测低氧促进hMSCs增殖过程中基因表达的变化,用RT-PCR验证芯片结果。结果显示,在含21 329条基因探针的芯片上,检测到282个基因差异表达,其中代谢类基因最多;差异表达基因的数目随低氧时间不同而变化,其中24 h时差异表达基因的数目最多。差异表达基因中4个为已知的低氧诱导因子-1（hypoxia- inducible factor 1,HIF-1）靶基因,在低氧处理36 h时都基本上调。此外,差异表达基因中有10个连续变化的基因,这些基因中既有上调基因也有下调基因。4个HIF-1靶基因和连续变化的基因的RT1-PCR结果大部分与cDNA芯片结果一致。结果提示,低氧促进hMSCs增殖是多基因参与的过程,可能与HIF-1及其下游信号通路有关。     

大气压冷等离子体对人脐带间充质干细胞增殖和分化的影响

人脐带间充质干细胞(hUC-MSCs)是一种具有多向分化潜能的干细胞,具有广阔的应用前景,但是由于其体外大量增殖和定向分化等问题尚未解决,制约了其进一步应用。既往研究表明,大气压冷等离子体(CAP)可促进离体培养的脂肪或骨髓来源MSCs的增殖和分化,但对hUC-MSCs的影响国内外尚未见报道。因此,本研究的目标是探讨CAP对hUC-MSCs增殖和成骨分化的影响。在电源频率(17 kHz)和气体流量(4 slpm)保持不变的条件下,原代培养的hUC-MSCs经不同放电电压下产生的氦(He)等离子体处理后,在不同时间点收集细胞,采用CCK-8法检测细胞活力,微板法检测碱性磷酸酶(ALP)的活性,茜红素染色检测钙化结节的形成。结果显示,与对照组相比,纯氦气组上述指标无明显变化,而CAP组的细胞活力显著降低,并且与等离子体放电电压和处理时间呈负相关; CAP处理10 s和30 s后,ALP活性则无明显变化,而处理60 s后ALP活性显著下降,同时CAP处理30 s后钙化结节面积无显著变化。以上结果表明,本试验条件下的CAP处理可抑制hUCMSCs的增殖,但对其体外成骨分化无明显影响。     

生长因子对骨髓间充质干细胞增殖、分化的影响

骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stemcell,BMSC)是骨髓基质细胞的重要组成部分,由于其不但能与其他细胞一起支持造血干细胞造血,而且还具有较强的增殖功能及多向分化潜能,在一定诱导因素下可定向分化成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等,近年来已成为生物学和医学的研究热点。本文简要介绍了不同生长因子如血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子-β等对BMSC增殖、分化的影响。     

补骨脂素对大鼠成骨细胞增殖与分化的影响

为探讨补骨脂素体外对大鼠成骨细胞增殖与分化的影响,用改良的组织块法分离培养新生大鼠颅骨成骨细胞,补骨脂素以不同浓度加入细胞培养体系,作用不同时间后,用MTT法检测成骨细胞的增殖情况;用对硝基苯二钠基质动力学法测定细胞内碱性磷酸酶的活性,用改良的Lowry法测蛋白含量。补骨脂素浓度在1μmol/L 24 h,5~20μmol/L浓度范围内48 h,1、10、20μmol/L浓度范围内72 h促进成骨细胞增殖,在10~15μmol/L范围内48 h及72 h提高成骨细胞内碱性磷酸酶的活性。补骨脂素体外能促进成骨细胞的增殖与分化。     

1950 MHz射频电磁场对人脐带间充质干细胞增殖和成骨分化的影响研究

目的:间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)具有广阔的临床应用前景,但由于其体外增殖和定向分化等问题,制约了其进一步应用。本研究拟探讨1950MHz射频电磁场(Radio-frequency electromagnetic fields,RF-EMF)对人脐带间充质干细胞(Human umbilical cord mesenchymal stem cells,hUC-MSCs)增殖和成骨方向分化的影响,以期为MSCs的体外增殖和定向分化提供一条新途径。方法:华通氏胶组织块法分离培养人脐带间充质干细胞,流式细胞仪检测间充质干细胞特异性标志物。选择鉴定后的第3至第6代(P3-P6)hUC-MSCs用于实验。将hUC-MSCs细胞暴露或假暴露于频率为1950 MHz,比吸收率(Specific absorption rate,SAR)分别为0.5,1.0和2.0 W/kg的RF-EMF中,每天暴露1 h(5 min开,10 min关),连续暴露7 d。暴露结束后,流式细胞仪检测细胞周期,免疫荧光检测增殖相关蛋白Ki67表达,连续6天用CCK-8方法检测细胞数。在成骨分化研究中,将P3代的hUC-MSCs随机分为假暴露(sham)组,射频辐射暴露(RF)组,成骨诱导培养基组(Induction medium,OM)和成骨诱导培养基联合射频辐射暴露(OM+RF)组,暴露SAR值为2.0 W/kg,其它参数不变。暴露结束后立即检测细胞的碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)活性。结果:原代培养的细胞具有MSC典型外观,且表达MSCs特异性表面抗原。与sham组相比,不同SAR值RF暴露后,hUC-MSCs的增殖能力无明显变化,S期细胞比例及Ki67蛋白水平也无显著改变。此外,hUC-MSCs经SAR值为2.0W/kg的RF暴露7 d,与sham组相比其ALP活性无显著变化。与OM组相比,OM+RF组的ALP活性亦无显著改变。结论:华通氏胶组织块法能够培养出纯度较高的间充质干细胞,本实验条件下的1950 MHz射频电磁场对hUC-MSCs的增殖和成骨分化均无显著影响。     

磷离子对BM-hMSCs增殖及成骨分化的影响

目的:探讨磷离子对人骨髓来源的间充质干细胞(Human bone marrow mesenchymal stem cells,BM-h MSCs)增殖及成骨分化的影响。方法:从Scien Cell实验室购买的BM-hMSCs分别在无血清生长培养基(对照组)和添加4mmol(4P组)、8mmol(8P组)磷离子的无血清生长培养基中培养21天,通过CCK8比色法评估细胞的增殖情况;RT-PCR检测成骨分化标记性基因胶原蛋白Ⅰ、骨钙素、碱性磷酸酶的表达水平;茜素红染色检测BM-hMSCs成骨分化产生的矿化结节。结果:在培养4、7、14天时,4P和8P组中BM-hMSCs的增殖都明显高于对照组,且8P组中BM-h MSCs的增殖高于4P组;培养21天时,4P和8P组中BM-hMSCs的增殖明显低于对照组。与对照组相比,在培养7天时,4P和8P组OC的表达下调,而14、21天时,OC的表达上调。4P和8P组中ALP的表达水平与对照组无明显差异。7天时,4P、8P组ColⅠ的表达水平均明显高与对照组;14天时,8P组ColⅠ的表达水平与对照组表达无明显差异;21天时,4P、8P组中ColⅠ的表达水平都均与对照组表达无明显差异。培养21天时,4P、8P组矿化结节的形成明显增加。结论:磷离子在早期可以促进BM-hMSCs的增殖,晚期诱导其成骨分化。     

钙离子浓度对脂肪干细胞增殖和成肌分化的影响

摘要 目的：本研究旨在探讨钙离子浓度对脂肪干细胞（ADSCs）增殖和成肌分化的影响。方法：利用抽脂手术废弃脂肪提取脂肪干细胞,进行体外细胞培养和鉴定。设立正常细胞培养液为对照组,在培养液中添加不同浓度的钙离子（分别为0.001 mol/mL、0.002 mol/mL、0.003 mol/mL、0.004 mol/mL、0.005 mol/mL共5组）为实验组,测定在48 h和96 h条件下不同浓度钙离子(Ca²⁺)对cck8反应细胞增殖的影响。同时通过TGF-β诱导成肌分化,测定不同钙离子浓度下Ca²⁺信号相关蛋白的表达,并通过CCK-8检测评价其分化水平。另外通过免疫荧光和PCR检测细胞表面特异性抗原(α-SMA,SMMHC)的表达水平。各组间比较应用独立样本 t 检验,P<0.05为差异具有统计学意义。结果：显微镜下观察可见原代ADSCs细胞培养0.5 天后贴壁生长,形态呈圆或椭圆形,而TGF-β诱导ADSCs成肌分化可见细胞呈梭形;实验组中,钙浓度<0.002 mmol/mL时,脂肪干细胞增殖得到显著促进（t=10.08, df=10, P<0.05）;钙浓度<0.003 mmol/mL时,脂肪干细胞的成肌分化也显著增加,同时免疫荧光和PCR检测发现低浓度下α-SMA,SMMHC的表达均显著增加（P<0.05）,而高钙浓度下两者均受到抑制（P<0.05）。结论：低钙浓度(钙浓度<0.002 mmol/mL)可显著促进脂肪干细胞增殖和成肌分化,而高钙浓度下两者均受到抑制。     

Increased Proliferation and Analysis of Differential Gene Expression in Human Wharton's Jelly-derived Mesenchymal Stromal Cells under Hypoxia

Multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) from Wharton''s jelly (WJ) of umbilical cord bear higher proliferation rate and self-renewal capacity than adult tissue-derived MSCs and are a primitive stromal cell population. Stem cell niche or physiological microenvironment plays a crucial role in maintenance of stem cell properties and oxygen concentration is an important component of the stem cell niche. Low oxygen tension or hypoxia is prevalent in the microenvironment of embryonic stem cells and many adult stem cells at early stages of development. Again, in vivo, MSCs are known to home specifically to hypoxic events following tissue injuries. Here we examined the effect of hypoxia on proliferation and in vitro differentiation potential of WJ-MSCs. Under hypoxia, WJ-MSCs exhibited improved proliferative potential while maintaining multi-lineage differentiation potential and surface marker expression. Hypoxic WJ-MSCs expressed higher mRNA levels of hypoxia inducible factors, notch receptors and notch downstream gene HES1. Gene expression profile of WJ-MSCs exposed to hypoxia and normoxia was compared and we identified a differential gene expression pattern where several stem cells markers and early mesodermal/endothelial genes such as DESMIN, CD34, ACTC were upregulated under hypoxia, suggesting that in vitro culturing of WJ-MSCs under hypoxic conditions leads to adoption of a mesodermal/endothelial fate. Thus, we demonstrate for the first time the effect of hypoxia on gene expression and growth kinetics of WJ-MSCs. Finally, although WJ-MSCs do not induce teratomas, under stressful and long-term culture conditions, MSCs can occasionally undergo transformation. Though there were no chromosomal abnormalities, certain transformation markers were upregulated in a few of the samples of WJ-MSCs under hypoxia.     

缺氧对食管癌细胞增殖及凋亡的影响

目的:探讨缺氧对人食管癌细胞Eca109增殖及凋亡的影响及其作用机制,为食管癌的诊断和治疗提供新的思路和路径。方法:以终浓度为250μmol/L氯化钴模拟缺氧环境,将人食管癌细胞Eca109于常氧及缺氧条件下分别培养12 h、24 h、36 h、48 h,采用倒置相差显微镜观察细胞生长情况,MTT法检测细胞增殖情况,利用细胞活力分析仪NC-3000检测各组细胞凋亡情况。结果:相对于常氧对照组而言,缺氧后各组Eca109细胞增殖减弱,凋亡细胞比率明显升高,其中以缺氧24 h的凋亡细胞比率最高,缺氧36 h的凋亡细胞比率较缺氧24 h时有所回落。结论:缺氧可以抑制人食管癌细胞Eca109的增殖并诱导其凋亡。     

Notch信号通路对神经干细胞增殖分化的作用

神经干细胞作为一种具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,它的增殖和分化受到多种源于自身或外在、邻近或远程细胞信号通路的调控,各种细胞因子及胞间通讯在神经干细胞的增殖和分化中发挥着重要的作用。近年来的多种研究表明,Notch信号通路正是这样一种可以通过相邻细胞的配体与受体相互作用,从而传递信号,进一步发挥其生物学功能的重要信号通路。该通路参与了神经干细胞维持自我形态及向多种具有不同功能的神经细胞分化的过程．对于研究神经干细胞的增殖和分化具有巨大的意义。该文将就当前Notch信号通路对神经干细胞增殖分化影响的相关研究进行简要综述。     

MSCs在自组装多肽纳米纤维支架中的三维培养及脂向分化研究

拟采用自组装多肽RADA16水凝胶建市MSCs的三维培养体系,以观察MSCs在RADA16中的黏附、形态及脂向分化情况.将第3代细胞置于RADA16水凝胶中进行三维培养.实验组细胞-材料复合物以脂向诱导液诱导,对照组以DMEM培养液培养,然后进行形态学观察,油红O染色及Western blot检测.荧光染色显示,绝大多数MSCs在RADA16水凝胶中能存活,且在不同的三维平面上生长.经诱导后,细胞内有大量油红O染色阳性的脂滴聚集,Western blot分析结果显示有脂肪细胞特异的蛋白PPARγ表达,且表达量随诱导时间的延长而增加.以上结果表明,RADA16水凝胶支架为MSCs的黏附、生长提供良好的三维环境,经定向诱导后支架内的MSCs可向脂肪组织方向分化.     

miRNA在人骨髓来源间充质干细胞软骨诱导分化过程中的表达

目的：研究miRNAs在人骨髓来源间充质干细胞软骨诱导分化过程中的表达情况。方法：以从骨髓中分离培养的MSCs及软骨诱导培养后的细胞为实验对象,利用基因芯片检测miRNAs的表达情况,由SAM分析得到MSCs较其诱导培养细胞中差异表达的miRNAs,再进行生物信息学分析。结果：①分离培养出的MSCs经软骨诱导培养21天后,已具有软骨细胞特性,经芯片检测并SAM分析,软骨诱导培养的细胞较MSCs高表达的miRNAs有6个：hsa-miR-572、hsa-miR-130b、hsa-miR-193b、hsa-miR-28、hsa-miR-152、hsa-miR-560;软骨诱导培养的细胞较MSCs低表达的miRNAs有2个：hsa-miR-424、hsa-miR-122a。②利用TargetScan预测其靶基因,并行生物信息学分析,其中hsa-miR-130b、hsa-miR-193b、hsa-miR-152及hsa-miR-424的预测靶基因中多为参与细胞分化、骨形成、软骨形成及干细胞表型相关的基因。结论：hsa-miR-130b、hsa-miR-193b、hsa-miR-152和hsa-miR-424等对人骨髓来源间充质干细胞的软骨分化起着重要调控作用。