生理性低氧及缺氧再复氧对小鼠骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化的影响

目的 探索生理性低氧及缺氧再复氧对于骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)增殖、成骨分化能力的影响。方法 体外分离培养C57BL/6J小鼠的BMSCs,置于生理性低氧(3%O_(2))、常氧(21%O_(2))、缺氧再复氧环境,通过CCK8检测BMSCs增殖情况,同时成骨诱导,通过茜素红染色检测体外矿化能力,RT-PCR检测成骨向分化相关基因(Alp、Runx2、Opn)mRNA水平;Western blot检测RUNX2、OPN、LC3-Ⅱ/LC3-I、P62、cleaved-caspase3蛋白表达量。结果 生理性低氧较常氧CCK8表达显著升高,增加成骨相关基因(Runx2、Alp、Opn)mRNA水平并促进RUNX2、OPN蛋白表达;缺氧复氧后,常氧组LC3-Ⅱ/LC3-I表达减弱,cleaved-caspase3表达增强,Opn、OPN较低氧组降低。结论 生理性低氧较常氧能促进BMSCs的增殖、成骨分化能力。缺氧复氧过程中,生理性低氧较常氧可减缓无氧干预对细胞增殖、成骨分化的抑制作用。

生理性低氧条件下脐带和经血来源间充质干细胞的生物学特性

背景:间充质干细胞具有治疗糖尿病、移植物抗宿主病、卵巢早衰等多种疾病的潜能,但是传统培养方法存在着细胞增长缓慢、容易衰老等问题。生理性低氧有望改善间充质干细胞的生物学性能,因而有可能作为优化的培养方法。目的:探究生理性低氧对脐带间充质干细胞和经血源性间充质干细胞生物学特性的影响。方法:将脐带间充质干细胞和经血源性间充质干细胞分别在21%、5%氧体积分数条件下培养,测定细胞的表面标志物、贴壁效率、增殖能力、细胞凋亡、细胞衰老、葡萄糖乳酸代谢和细胞分化等指标。结果与结论:①低氧可以促进两种来源间充质干细胞的增殖,低氧条件下两种来源间充质干细胞的群体倍增时间均减小(脐带:P<0.001;经血:P<0.05);②低氧条件下,两种细胞乳酸代谢增强(脐带:P<0.05;经血:P<0.01),脐带间充质干细胞葡萄糖代谢增多(P<0.001);③低氧抑制高代数经血源性间充质干细胞的衰老;④低氧提高两种来源间充质干细胞的贴壁效率(P<0.01);⑤低氧对两种来源间充质干细胞的干性没有影响;⑥结果提示,生理性低氧可以改善脐带和经血来源间充质干细胞的增殖能力和贴壁效率,可以对衰老细胞起到抗衰老作用,同时对表面标志物无显著性影响。此外,低氧对不同来源间充质干细胞在分化上的影响存在着差异。

生理性低氧通过HIF1α上调PLOD2参与绒毛外滋养细胞分化

生理性低氧在胎盘发育及滋养细胞分化中具有重要作用。HIF1α是响应低氧诱导的关键因子之一,但生理性低氧通过HIF1α影响胎盘发育的具体分子机制尚不明确。该研究首先通过生物信息学方法分析了HIF1α的下游靶基因和绒毛外滋养细胞分化过程中的差异表达基因,并筛选出两者交集基因作为HIF1α调控绒毛外滋养细胞分化的潜在靶标基因。实验验证发现,生理性低氧条件下(8% O_(2)),HIF1α和其下游靶基因PLOD2、HPCAL1、SLC16A3、FAM174B、SYDE1均被诱导上调表达,而NREP和CD4表达下调。过表达HIF1α后,上述靶基因被调控并呈现与生理性低氧诱导相同的表达模式。通过体外Transwell侵袭、细胞划痕和绒毛外植体实验发现,敲低靶基因PLOD2后可显著抑制滋养细胞的侵袭、迁移和外植体外延水平,并能进一步阻碍滋养细胞的细胞骨架重塑及滋养细胞上皮–间质转换过程。该研究初步发现,生理性低氧可以诱导HIF1α上调,并进一步介导其下游靶基因PLOD2等的选择性表达,促进EVT分化。

低氧适应相关基因及其研究策略的思考

低氧适应基因是指一类低氧诱导表达并参与低氧适应反应的基因群。目前已发现低氧适应基因30余个,其主要通过对机体红细胞生成、血管生长和舒缩、糖代谢和应激反应等生理功能的调节,提高机体的氧摄取和氧利用能力。HIF-1作为重要转录因子在这类基因的表达调控方面具有关键作用。系统认识低氧适应基因及其生物学功能,对于探索低氧损伤防护和促进低氧适应的医学策略和相关医药措施具有重要的科学意义。现阶段我国开展低氧适应相关基因的研究策略应考虑:(1)重视生物性低氧适应相关基因的研究;(2)重点开展生理性低氧适应相关基因的研究;(3)以低氧应激为导向进行低氧适应相关基因的研究;(4)注重低氧适应相关基因多态性的研究;(5)应用现代生物技术研究低氧适应相关基因。