RUNX2对BMP9诱导的间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化的影响

目的:研究和确认RUNX2在骨形态发生蛋白9(BMP9)诱导的间充质干细胞C3H10T1/2成骨分化中的作用。方法:通过Western blot、RT-PCR、荧光素酶活性分析检测BMP9对RUNX2表达的影响;分别在过表达RUNX2和RNA干扰抑制RUNX2表达的情况下,利用碱性磷酸酶(ALP)活性测定和染色、钙盐沉积实验,免疫细胞化学和裸鼠皮下异位成骨实验分析RUNX2对于BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化的影响。结果:BMP9可以促进RUNX2的表达;RUNX2体外可促进BMP9诱导的C3H10T1/2的ALP活性和钙盐沉积,却抑制了OCN表达,RUNX2还可促进BMP9诱导的裸鼠皮下异位成骨;而在降低RUNX2表达后,BMP9诱导的C3H10T1/2细胞的ALP活性、钙盐沉积、OCN表达和裸鼠皮下异位成骨均受到抑制。结论:RUNX2可以促进BMP9诱导的间充质干细胞C3H10T1/2细胞成骨分化。     

软骨寡聚基质蛋白过表达对BMP-2诱导骨髓间充质干细胞分化的影响

目的：研究软骨寡聚基质蛋白（cartilage oligomeric matrix protein,COMP）过表达对BMP-2诱导骨髓间充质干细胞成骨及成软骨分化的影响。方法：BMP-2诱导骨髓间充质干细胞分化,通过脂质体转染含人COMP基因的质粒使骨髓间充质干细胞过表达COMP,采用实时定量PCR和Western blotting分析COMP基因过表达、成骨相关基因Ⅰ型胶原、RUNX2、骨钙蛋白以及成软骨相关基因Ⅱ型胶原、SOX9、蛋白聚糖、X型胶原的表达变化;通过茜素红染色观察成骨终末阶段矿化结节的生成情况,阿利新蓝染色观察细胞基质蛋白多糖的合成情况。结果：质粒转染后骨髓间充质干细胞COMP基因蛋白和mRNA表达水平显著提高（P<0.05）。COMP基因过表达后,成骨标记基因RUNX2、Ⅰ型胶原（Col1a1）mRNA水平均显著低于对照组（P<0.05）,RUNX2、骨钙蛋白（Osteocalcin）蛋白表达水平明显低于对照组（P<0.05）,而成软骨标记基因SOX9、蛋白聚糖（Aggrecan）mRNA水平均显著高于对照组（P<0.05）,SOX9、Ⅱ型胶原（Col2a1）蛋白表达均明显多于对照组（P<0.05）。细胞成骨茜素红染色弱于对照组,而阿利新蓝染色强于对照组。过表达组细胞X型胶原（Col10a1）基因表达显著低于对照组（P<0.05）,结论：骨髓间充质干细胞COMP基因过表达可抑制BMP-2诱导其成骨分化,促进骨髓间充质干细胞成软骨分化,并抑制软骨细胞的成熟肥大,为软骨组织工程研究提供新的方向。     

DDR2基因缺失对小鼠骨髓间充质干细胞生物学特性的影响

目的:骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells,BMSCs)是骨再生工程中重要的种子细胞,它对骨组织缺损的修复有着良好的效果。但是BMSCs向成骨细胞分化并修复骨组织缺损是是由细胞外因子共同作用产生的结果。DDR2(Discoidin Domain Receptor 2)作为I型胶原的特异性受体在成骨细胞的分化中发挥重要的调节作用。而对于其在BMSCs向成骨细胞的分化过程中的所起到的作用还鲜有研究,对其作用机理尚不明确。因此我们希望通过分离、培养并鉴定比较DDR2基因缺失小鼠与野生型小鼠来源的骨髓间充质干细胞了解其生物学特性,为后续的实验奠定理论基础。方法:采用改良型的全骨髓贴壁细胞分离方法分离培养两种小鼠来源的骨髓间充质干细胞,采用流式细胞技术鉴定其表面标记物的表达,并利用诱导培养液诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞和成脂肪细胞分化。结果:分离培养的两种骨髓间充质干细胞形态一致,增殖能力和自我更新能力强,流式细胞术检测其表面标记物CD29,Sca-1均表达阳性,CD105,CD45表达为阴性,分离得到的两种细胞均有向成骨细胞和成脂肪细胞分化的能力,但可以明显观察到DDR2基因缺失小鼠的骨髓间充质干细胞的成骨分化能力减弱。结论:本实验通过对于DDR2基因缺失小鼠BMSCs分离、培养和鉴定,初步探索DDR2基因缺失在在成骨过程中的作用结果,为进一步研究提高BMSCs的成骨分化能力奠定理论基础。经实验证明,DDR2基因缺失小鼠来源的骨髓间充质干细胞虽然仍具备干细胞的生物学特性,但其向成骨细胞的分化能力明显减弱,说明DDR2基因缺失对其骨髓间充质干细胞的成骨分化等有着重要的影响。     

黄精多糖对小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化中PINP和BMP-2表达的影响

探讨黄精多糖(PSP)对小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化作用中I型前胶原N端前肽(Procollagen typeⅠN-terminal Propeptide,PINP)和骨形态发生蛋白2(Bone morphogenetic protein-2,BMP-2)表达的影响。取8周龄雄性BALB/C小鼠1只,无菌操作分离小鼠股骨和胫骨,注射器冲出骨髓制成细胞悬液,传代3次后分为6组用于实验。空白诱导组仅加入等量成骨诱导培养基;阳性对照诱导组加入等量成骨诱导培养基及雌二醇(10-8mol/L);各PSP诱导组:加成骨诱导培养基和各自浓度的PSP(200、300、400、500 mg/mL)。每天在倒置显微镜下观察各组细胞的生长情况及形态变化。倒置相差显微镜镜下观察细胞形态变化。在培养第7 d、第14 d采用ELISA酶联免疫吸附法分别测量细胞PINP和BMP-2的表达量。实验结果显示小鼠骨髓间充质干细胞原代培养呈长梭形,有接触抑制现象,诱导后细胞呈三角形、多角形、不规则形状,细胞生长密集时可重叠生长。各不同浓度PSP诱导组均比非诱导组高表达PINP和BMP-2(P0.01)。表明PSP呈剂量相关性促进体外培养的小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化,高浓度PSP可显著促进骨髓间充质干细胞骨向分化过程中BMP-2和PINP的表达。     

补骨脂素对大鼠骨髓间充质干细胞成骨及成脂分化的影响

目的:探讨补骨脂素对大鼠骨髓间充质干细胞成骨及成脂分化的影响及其可能机制。方法:选取3月龄无特定病原体级健康雌性SD大鼠25只,通过切除卵巢建立绝经大鼠模型。6周后,通过全骨髓贴壁法分离BMSCs并进行原代和传代培养,传至3代后进行成骨和成脂诱导,并按补骨脂素浓度梯度0、5、10、15、20μmol/L进行处理。细胞增殖2周后,通过碱性磷酸酶(ALP)染色实验和油红O染色观察BMSCs成骨和成脂的分化,应用蛋白免疫印迹法测定核心结合蛋白因子RUNX2、骨钙素(OCN)、增强子结合蛋白β(C/EBP-β)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)的表达。结果:成骨诱导BMSCs在补骨脂素的作用下ALP染色呈阳性反应,且补骨脂素的浓度为15μmol/L时阳性反应最强。RUNX2、OCN蛋白的表达随着补骨脂素浓度的升高而升高,差异具有统计学意义(P0.05)。与空白组比较,成脂诱导BMSCs在补骨脂素的作用下油红O染色阳性反应程度出现下降,补骨脂素浓度为20μmol/L时,油红O染色阳性率最低。C/EBP-β、PPAR-γ蛋白的表达均随着补骨脂素浓度的升高而降低,差异具有统计学意义(P0.05)。结论:补骨脂素体外可增强BMSCs成骨分化作及抑制BMSCs成脂分化,可能与其调节RUNX2、OCN、C/EBP-β和PPAR-γ蛋白的表达有关。     

脐血间充质干细胞诱导向神经元样细胞分化的实验研究

目的:研究脐血间充质干细胞生物学特性及向神经元样细胞分化的潜能。方法:采用密度梯度离心结合贴壁培养法自脐血中分离间充质干细胞,观察细胞生长情况,描绘生长曲线,流式细胞仪检测细胞表面标志物,分别向成骨细胞、脂肪细胞、神经元样细胞进行诱导分化,通过茜素红染色、油红O染色检测脐血间充质干细胞成骨、成脂肪细胞诱导分化能力,而以免疫组织化学检测诱导后细胞表面神经标志物的表达。结果:纯化的脐血间充质干细胞贴壁生长,呈均一梭形,生长曲线呈S型,并以P3代增殖能力最强,细胞表面不表达或弱表达CD34、CD35、CD106,高表达CD29、CD44、CD105。成骨诱导2周后,可检测到钙化基质的形成,成脂肪诱导3周后,可检测到脂滴的形成。向神经元样细胞诱导分化后,可观察到典型的神经元样形态改变,且NSE、NF、GFAP阳性表达。结论:分离纯化的脐血间充质干细胞具有较强的增殖能力与分化潜能,并在体外诱导条件下可以向神经元样细胞定向分化。     

Wnt 信号通路与骨髓间充质干细胞成骨之间的关系

Wnt信号通路是由Wnts诱发的一系列相互作用的分子组成。Wnt信号对骨髓间充质干细胞的影响在所有研究中均证实有明显作用,其可调节干细胞增殖、分化及凋亡。研究表明,抑制Wnt信号通路转导可使成骨细胞分化进程受阻,从而抑制骨形成;若诱导Wnt家族成员表达则可使成骨细胞特异性基因表达增加,促进骨形成。本文就Wnt信号通路的作用过程及其与骨髓间充质干细胞成骨诱导的关系做一综述。     

microRNA499 慢病毒载体转染诱导大鼠骨髓间充质干细胞 向心肌样细胞分化*

目的:探讨microRNA 499(miR-499)慢病毒转染对诱导大鼠骨髓来源间充质干细胞(BM-MSCs)向心肌样细胞分化的作用。方法:取第四代Wistar大鼠骨髓来源间充质干细胞进行流式细胞检测,鉴定干细胞表面特异标记物。使用符合干细胞鉴定标准的细胞批次用于后续实验。实验设置miR499慢病毒转染、慢病毒空白转染2个处理组,分别于处理后即日、1d,3d,5d,7d收集细胞进行下列实验:实时荧光定量PCR检测心肌重要转录因子GATA4、NKx2.5和MEF2C的mRNA表达,western-blot检测心肌特异蛋白I(cTnI)的表达。结果:培养第四代Wistar大鼠骨髓来源间充质干细胞表达干细胞表面特异标记物,可用于实验。大鼠骨髓来源间充质干细胞microRNA 499慢病毒载体转染后microRNA 499表达明显升高,且转染后1d,3d,5d,7d,GATA4、NKx2.5和MEF2C的mRNA表达逐渐增强。慢病毒空白转染组未见明显变化。western-blot检测自第3天开始可见cTnI阳性表达条带,慢病毒空白转染组未检测到明显阳性表达条带。结论:microRNA 499可诱导大鼠骨髓来源间充质干细胞向心肌样细胞分化。     

阻断ERK1/2激酶可增强骨形态发生蛋白9诱导的间充质干细胞成骨分化

骨形态发生蛋白9(bone morphogenetic protein 9,BMP9)具有很强的诱导间充质干细胞定向成骨分化的能力.但对于其所涉及的相关分子机理了解并不深入.利用BMP9重组腺病毒感染间充质干细胞,Western blot检测ERK1/2激酶的磷酸化,ERK1/2的特异性抑制剂PD98059阻断ERK1/2活性,或以RNA干扰抑制ERK1/2表达,通过体外细胞实验和体内动物实验,初步分析和揭示ERK1/2对于BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化的调控作用及其可能机制.结果发现:BMP9可以促进ERK1/2激酶的磷酸化,ERK1/2抑制剂PD98059可增强由BMP9诱导的碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达和钙盐沉积,并促进由BMP9诱导的Runx2基因的表达和转录活性,以及Smad经典途径的活化;而RNA干扰导致ERK1/2基因沉默同样也可进一步促进BMP9诱导的ALP活性和钙盐沉积,并促进BMP9诱导的间充质干细胞在裸鼠皮下异位成骨.因此,BMP9可以促进ERK1/2蛋白激酶的活化,而阻断ERK1/2蛋白激酶可进一步增强BMP9诱导的成骨分化,ERK1/2极可能对于BMP9诱导的间充质干细胞成骨分化起着负向调控作用.     

脐血间充质干细胞诱导向神经元样细胞分化的实验研究

目的：研究脐血间充质干细胞生物学特性及向神经元样细胞分化的潜能。方法：采用密度梯度离心结合贴壁培养法自脐血中分离间充质干细胞,观察细胞生长情况,描绘生长曲线,流式细胞仪检测细胞表面标志物,分别向成骨细胞、脂肪细胞、神经元样细胞进行诱导分化,通过茜素红染色、油红O染色检测脐血间充质干细胞成骨、成脂肪细胞诱导分化能力,而以免疫组织化学检测诱导后细胞表面神经标志物的表达。结果：纯化的脐血间充质干细胞贴壁生长,呈均一梭形,生长曲线呈S型,并以P3代增殖能力最强,细胞表面不表达或弱表达CD34、CD35、CD106,高表达CD29、CD44、CD105。成骨诱导2周后,可检测到钙化基质的形成,成脂肪诱导3周后,可检测到脂滴的形成。向神经元样细胞诱导分化后,可观察到典型的神经元样形态改变,且NSE、NF、GFAP阳性表达。结论：分离纯化的脐血间充质干细胞具有较强的增殖能力与分化潜能,并在体外诱导条件下可以向神经元样细胞定向分化。     

Myokine Irisin promotes osteogenesis by activating BMP/SMAD signaling via αV integrin and regulates bone mass in mice

Irisin is well-known to contribute to bone homeostasis due to its bidirectional regulation on osteogenesis and osteoclastogenesis. However, the mechanisms of irisin involved in mesenchymal stem/stromal cells (MSCs)-derived osteogenesis are still under investigated. Fibronectin type III domain-containing protein 5 (FNDC5) is the precursor protein of irisin, compare with wild type (WT) littermates, FNDC5^-/- mice lost bone mass significantly, collectively evidenced by the decrease of bone mineral density (BMD), impaired bone formation and reduced N-terminal propertied of type I procollagen (P1NP) in sera. Meanwhile, the bone resorbing of FNDC5^-/- mice has enhanced accompanied by increased tartrate phosphatase (TRAP) staining cells morphologically and cross-Linked C-telopeptide of type 1 collagen (CTX) level in sera. In vitro study showed that lack of irisin impeded the MSC-derived osteogenesis of FNDC5^-/- mice. The addition of irisin promote the osteogenesis of WT and irisin-deficient MSCs, by activating αV integrin-induced ERK/STAT pathway, subsequently enhancing bone morphogenetic protein 2 (BMP2) expression and BMP/SMAD signaling activation. Taken together, these findings further indicate that irisin regulates bone homeostasis. Moreover, irisin promotes MSC-derived osteogenesis by binding to αV integrin and activating BMP/SMAD signaling consequently. Thus, irisin may be a promising therapeutic target for osteoporosis and bone defects.     

Development of Stepwise Osteogenesis-mimicking Matrices for the Regulation of Mesenchymal Stem Cell Functions

An extracellular microenvironment, including an extracellular matrix (ECM), is an important factor in regulating stem cell differentiation. During tissue development, the ECM is dynamically remodeled to regulate stem cell functions. Here, we developed matrices mimicking ECM remodeling during the osteogenesis of mesenchymal stem cells (MSCs). The matrices were prepared from cultured MSCs controlled at different stages of osteogenesis and referred to as “stepwise osteogenesis-mimicking matrices.” The matrices supported the adhesion and proliferation of MSCs and showed different effects on the osteogenesis of MSCs. On the matrices mimicking the early stage of osteogenesis (early stage matrices), the osteogenesis occurred more rapidly than did that on the matrices mimicking undifferentiated stem cells (stem cell matrices) and the late stage of osteogenesis (late stage matrices). RUNX2 was similarly expressed when MSCs were cultured on both the early stage and late stage matrices but decreased on the stem cell matrices. PPARG expression in the MSCs cultured on the late stage matrices was higher than for those cultured on the stem cell and early stage matrices. This increase of PPARG expression was caused by the suppression of the amount of β-catenin and downstream signal transduction. These results demonstrate that the osteogenesis-mimicking matrices had different effects on the osteogenesis of MSCs, and the early stage matrices provided a favorable microenvironment for the osteogenesis.     

Bortezomib enhances the osteogenic differentiation capacity of human mesenchymal stromal cells derived from bone marrow and placental tissues

Bortezomib (BZB) is a chemotherapeutic agent approved for treating multiple myeloma (MM) patients. In addition, there are several reports showing that bortezomib can induce murine mesenchymal stem cells (MSCs) to undergo osteogenic differentiation and increase bone formation in vivo. MSCs are the multipotent stem cells that have capacity to differentiate into several mesodermal derivatives including osteoblasts. Nowadays, MSCs mostly bone marrow derived have been considered as a valuable source of cell for tissue replacement therapy. In this study, the effect of bortezomib on the osteogenic differentiation of human MSCs derived from both bone marrow (BM-MSCs) and postnatal sources such as placenta (PL-MSCs) were investigated. The degree of osteogenic differentiation of BM-MSCs and PL-MSCs after bortezomib treatment was assessed by alkaline phosphatase (ALP) activity, matrix mineralization by Alizarin Red S staining and the expression profiles of osteogenic differentiation marker genes, Osterix, RUNX2 and BSP. The results showed that 1 nM and 2 nM BZB can induce osteogenic differentiation of BM-MSCs and PL-MSCs as demonstrated by increased ALP activity, increased matrix mineralization and up-regulation of osteogenic differentiation marker genes, Osterix, RUNX2 and BSP as compared to controls. The enhancement of osteogenic differentiation of MSCs by bortezomib may lead to the potential therapeutic applications in human diseases especially patients with osteopenia.     

过表达SCD1对骨髓间质干细胞成骨分化的影响及其基因表达谱变化研究

目的:研究固醇辅酶A去饱和酶1(SCD1)过表达后对骨髓间质干细胞(BM-MSCs)成骨分化作用的影响,并利用基因芯片技术分析基因表达谱的变化。方法:利用已构建成功的SCD1慢病毒转染BM-MSCs,采用RT-PCR及C14技术检测SCD1在BM-MSCs中过表达情况及其活性。成骨诱导培养BM-MSCs后,采用Western blot和茜素红染色技术检测骨钙素(OC)等相关成骨指标,进一步运用全基因芯片检测过表达SCD1对BM-MSCs成骨分化表达谱的影响。结果:SCD1在BM-MSCs中成功过表达,过表达组SCD1活性明显高于对照组。成骨诱导7天、14天时,过表达组中的碱性磷酸酶(APL)活性和骨钙素水平均明显高于对照组(P<0.05)。成骨诱导一周、两周时,过表达组的碱性磷酸酶染色和茜素红染色均多于对照组。基因表达芯片的结果显示,过表达SCD1改变骨髓间质干细胞表达谱,检测出差异基因2896个。基因通路分析提示干扰素通路为表达差异最显著通路(P<0.05)。结论:过表达SCD1可以促进BM-MSCs的成骨分化,可能通过作用于干扰素通路影响成骨分化功能。这一发现可能为骨折愈合提供重要的思路和潜在治疗策略,值得深入研究。