巨噬细胞迁移抑制因子对人胚胎干细胞存活、增殖和分化的影响

背景:巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)是一种具有多效性作用的细胞因子,可以在不同类型干细胞中自分泌并且能调控细胞的增殖、分化和迁移。课题组前期研究证实人胚胎干细胞自分泌MIF,且在培养液中浓度基本固定。然而,MIF是否参与了人胚胎干细胞的存活、增殖和分化尚不清楚。目的:探究MIF对人胚胎干细胞存活、增殖和分化的作用。方法:(1)培养人胚胎干细胞H9,CCK-8法检测并绘制细胞生长曲线,采用酶联免疫吸附法定量检测培养基中MIF水平。(2)为了明确外源性MIF对人胚胎干细胞存活、增殖的影响,分为:对照组,细胞在干细胞培养基中正常培养;外源性MIF组,在干细胞培养基中分别添加30,100,300 ng/m L的MIF;MIF抑制剂ISO-1组,在干细胞培养基中分别添加2,7,21μmol/L的ISO-1;MIF+ISO-1组,在不同浓度ISO-1组中分别添加100 ng/m L MIF,采用CCK-8法检测上述各组细胞活力。(3)为进一步阐明MIF基因对人胚胎干细胞存活、增殖的影响,采用CRISPRCas9技术构建MIF敲除的H9细胞系,观察建系情况。(4)为了明确高浓度MIF对人胚胎干细胞初步分化是否有影响,在培养基中分别添加100 ng/m L MIF和100 ng/m L CXCR4中和抗体,采用实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-q PCR)、免疫细胞荧光、蛋白质印迹法(Western blot)检测干细胞自我更新因子(KLF4、c-MYC、NANOG、OCT4、SOX2)及分化转录因子(FOXA2、OTX2)的表达水平。结果与结论:(1)人胚胎干细胞H9的对数生长期为3-6 d,正常生长的情况下自分泌MIF水平约为20 ng/m L,与细胞量无关;(2)与对照组相比,添加不同质量浓度MIF对人胚胎干细胞的增殖无影响(P>0.05);ISO-1明显抑制人胚胎干细胞的增殖,ISO-1浓度越大,抑制越明显(P<0.05);ISO-1中添加MIF可以减少ISO-1的抑制作用(P<0.05);(3)RT-q PCR检测MIF基因敲除约50%后,人胚胎干细胞生长活力显著降低并且无法建系成功;(4)在培养基中添加100 ng/m L外源性MIF,自我更新转录因子KLF4的m RNA、蛋白及荧光表达水平均下降;分化因子FOXA2的m RNA、蛋白及荧光表达水平均上升;(5)在培养基中添加100 ng/m L CXCR4中和抗体,KLF4的m RNA及蛋白表达水平均上升;FOXA2的m RNA及蛋白表达水平均下降,与MIF组表达趋势相反。综上所述,人胚胎干细胞自分泌的MIF是其存活所必需的;培养基中额外添加MIF并不能促进人胚胎干细胞增殖,但可以使自我更新因子KLF4表达下降,转录因子FOXA2表达上升,为下一步探明MIF对人胚胎干细胞分化的影响及机制提供了线索,MIF-CXCR4轴在其中起到一定的调控作用。

Wnt信号通路与自身免疫调节因子共同参与胚胎干细胞向胸腺上皮祖细胞的分化

背景:自身免疫调节因子(autoimmune regulator gene,Aire)及Wnt信号通路在小鼠胚胎干细胞多能性的维持及分化中都发挥着重要作用,但Wnt信号与Aire是否参与了小鼠胚胎干细胞向胸腺上皮祖细胞的分化尚未可知。目的:探讨Wnt信号通路和自身免疫调节因子与胚胎干细胞分化的关系。方法:采用两步分化方法定向诱导小鼠胚胎干细胞分化为内胚层再分化为胸腺上皮祖细胞,然后用Aire shRNA慢病毒感染小鼠胚胎干细胞,嘌呤霉素筛选单克隆稳定株,再采用两步分化方法进行诱导分化,分别于定向诱导分化第0,3,10天,采用细胞免疫荧光、流式细胞术、Western blot、Real-Time qPCR检测相关基因及蛋白的表达变化。结果与结论:①定向诱导分化第0天,免疫荧光染色显示SSEA1、OCT4表达呈阳性;②定向诱导分化第3天,免疫荧光染色显示SOX17、FOXA2表达呈双阳性;③定向诱导分化第10天,流式细胞术结果显示EPCAM1、K5、K8表达呈阳性;④与未分化的小鼠胚胎干细胞相比,诱导分化的胸腺上皮祖细胞中Wnt7a、β-catenin、Gsk-3β蛋白表达升高,Aire蛋白表达降低;⑤与未分化的小鼠胚胎干细胞相比,诱导分化的胸腺上皮祖细胞中Wnt7a、β-catenin、Gsk-3β及Aire mRNA表达升高;⑥与正常培养的小鼠胚胎干细胞及其最终分化的胸腺上皮祖细胞相比,敲低Aire基因的小鼠胚胎干细胞及其最终分化的胸腺上皮祖细胞中Wnt7a、β-catenin、Gsk-3β蛋白表达水平降低。综上所述,Wnt信号通路和Aire共同参与了小鼠胚胎干细胞定向诱导分化为小鼠胸腺上皮祖细胞的过程。

H9胚胎干细胞源细胞外囊泡促进子宫内膜损伤修复的研究

目的:探究H9人胚胎干细胞(H9-hESCs)细胞外囊泡(EVs)对子宫内膜损伤修复的影响。方法:从H9-hESCs培养上清中提取EVs并鉴定。建立小鼠子宫内膜损伤模型,将其双侧子宫分为EVs实验组和PBS对照组,分别进行EVs和PBS注射,HE染色观察子宫内膜组织病理学变化、免疫组化法分析增殖细胞核抗原(PCNA)表达情况。通过EdU法、Western blot法评估EVs对人子宫内膜基质细胞(hEndoSCs)增殖的影响。结果:H9-hESCs-EVs是粒径为(144.7±2.1)nm并且具有膜结构的纳米小体,表达CD63和TSG101特征蛋白。与PBS组相比,EVs实验组子宫内膜组织形态完整、厚度及腺体数量增加,EVs实验组PCNA表达的平均光密度较PBS组显著升高(P<0.05)。EdU、Western blot检测结果显示H9-hESCs-EVs促进hEndoSCs增殖,且与EVs呈现蛋白浓度正相关(P<0.05)。结论:H9-hESCs-EVs通过提高子宫内膜基质细胞增殖促进子宫内膜损伤修复。

基于胚胎干细胞模型的Cry1Ab蛋白发育毒性

目的:通过胚胎干细胞发育毒性评价模型研究Cry1Ab蛋白对于细胞增殖和分化能力的影响,以评估其发育毒性。方法:设置Cry1Ab蛋白7个剂量组(31.25、62.50、125.00、250.00、320.00、1 000.00、2 000.00μg/L),以5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)为阳性对照,以磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffer saline, PBS)为溶剂对照,分别处理小鼠胚胎干细胞D3(embryonic stem cell line D3,ES-D3)和小鼠成纤维细胞3T3。通过CCK-8法检测细胞活性,计算受试物对于不同细胞的增殖半抑制浓度(50%inhibition concentration of growth and viability, IC_(50))。设置Cry1Ab蛋白5个剂量组(125.00、250.00、320.00、1 000.00、2 000.00μg/L),设置溶剂对照(PBS),同时以5-FU为受试物进行模型验证,分别处理细胞后,通过拟胚胎体(embryonic bodies, EBs)培养法诱导ES-D3分化出心肌细胞;镜下观察EBs生长情况并测量其第3天和第5天的直径,观察并记录同批次EBs分化出搏动心肌细胞的比例,计算受试物的心肌分化半抑制浓度(50%inhibition concentration of differentiation, ID50),根据发育毒性判别函数对受试物的胚胎发育毒性进行分类;收集培养终点的EBs样本,进行实时定量聚合酶链式反应(real-time quantitative po-lymerase chain reaction, qPCR),检测心肌分化相关标志物(Oct3/4、GATA-4、Nkx2.5和β-MHC)的mRNA表达情况。结果:5-FU的IC_(50,3T3)为46.37μg/L,IC_(50,ES)为32.67μg/L,ID_(50,ES)为21.28μg/L,根据判别函数结果将5-FU分类为强胚胎毒性物质。不同浓度的Cry1Ab蛋白处理组的3T3细胞和ES-D3细胞活性与对照组相比差异均无统计学意义(P>0.05)。与对照组相比,Cry1Ab蛋白处理组分化第3天和第5天的EBs直径差异无统计学意义(P>0.05),EBs形态也未见明显差异;不同浓度Cry1Ab蛋白处理组的心肌分化率与对照组相比差异无统计学意义(P>0.05)。5-FU使β-MHC、Nkx2.5和GATA-4的mRNA表达水平降低(P<0.05),且具有剂量依赖趋势(P<0.05),而与细胞多能性相关的标志物Oct3/4 mRNA表达水平则呈升高趋势(P<0.05);Cry1Ab蛋白处理组的成熟心肌标志物β-MHC、心肌早期分化标志物Nkx2.5和GATA-4、多能性相关标志物Oct3/4的mRNA表达水平与对照组相比差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:本实验模型中未观察到31.25~2 000.00μg/L的Cry1Ab蛋白具有发育毒性。

利用胚胎干细胞骨分化实验评价Cry1Ab蛋白的发育毒性

目的通过小鼠胚胎干细胞骨分化实验研究Cry1Ab蛋白对胚胎干细胞成骨分化过程的影响,以评估Cry1Ab蛋白的发育毒性。方法以Cry1Ab蛋白为受试物,设置5个剂量(125,250,320,1000,2000 ng/ml)染毒小鼠胚胎干细胞形成的拟胚胎体(embryonic body,EB),设置溶剂对照和阳性对照,同时向培养基中添加β-甘油磷酸盐(10 mmol/L)、抗坏血酸(50μg/ml)和维生素D3(500μmol/L)诱导EB向骨细胞分化,通过茜素红S染色和吸光度检测确定骨细胞钙化结节生成情况;收集EB制备细胞裂解液,通过BCA法测量细胞总蛋白浓度,采用碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)检测试剂盒检测细胞裂解液中ALP活性;收集EB样本提取总RNA,通过qPCR检测骨细胞分化相关标志物Runx2、SPARC和I型胶原的基因表达情况。结果与对照组相比,不同浓度Cry1Ab蛋白处理组的EB细胞团大小、钙化结节数量无统计学差异(P>0.05);Cry1Ab蛋白各浓度组的细胞总蛋白浓度和ALP活性与对照组相比无统计学差异(P>0.05);Cry1Ab蛋白各浓度组的Runx2、SPARC和I型胶原基因表达水平与对照组相比均无统计学差异(P>0.05)。结论本次试验中,未观察到Cry1Ab蛋白对小鼠胚胎干细胞成骨分化过程产生影响,125~2000 ng/ml的Cry1Ab蛋白不具有发育毒性。

LMO4在小鼠胚胎干细胞分化为血管内皮细胞和血管生成中的作用

目的探讨转录因子LIM结构域蛋白4(LMO4)在小鼠胚胎干细胞(mESC)分化为血管内皮细胞及新生血管中的作用。方法使用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)方法从小鼠红系白血病细胞系MEL)中克隆小鼠Lmo4的cDNA,并亚克隆到含有小鼠胎肝激酶-1(Flk-1)启动子驱动表达Gfp的载体(pFG),构建成血管细胞特异性表达的LMO4的载体pFLG。将表达载体转染mESC,通过遗传霉素(G418)筛选,获得mESC/pFG和mESC/pFLG的细胞株;将这些mESC在体外进行自我分化,以形成4 d和10 d的胚胎体(EB),并进行成血管细胞的集落细胞形成实验(BL-CFC);以10 d-EB进行新生血管出芽实验,观察和分析出芽长短、数目;运用蛋白免疫印迹(Western blot)或定量RT-PCR方法对目的基因的表达进行检测。结果PCR结果证实成功构建了成血管细胞特异性表达的LMO4的表达载体pFLG。通过G418筛选获得mESC/pFG和mESC/pFLG的细胞株。这些mESC通过自我分化形成4 d-EB和10 d-EB,荧光显微镜下观察到EB内均可见绿色荧光标记的细胞。Western blot检测显示:与mESC相比,4 d-EB和10 d-EB的LMO4的表达显著增加。过量表达LMO4的mESC/pFLG产生BL-CFC效率为(7.70%±1.27%),而mESC/pFG细胞产生BL-CFC效率为(1.15%±0.48%),二者差异有统计学意义(P=0.021)。定量RT-PCR结果显示,Flk-1、C-kit、Tie-2、Ve-cad基因在10 d-EB/pFLG中的表达,均较10 d-EB/pFG中表达增加2倍以上。新生血管出芽实验结果显示,10 d-EB/pFLG的新生血管数量和长度均较10 d-EB/pFG增加(P<0.05)。结论过量表达LMO4促进mESC形成成血管细胞,并有利于血管内皮细胞的分化和血管的新生。

TNF-α和VEGF协同作用小鼠胚胎干细胞衍生的血管内皮祖细胞促伤口愈合

皮肤伤口愈合是世界范围内的重大临床难题之一,血管生成和炎症反应是影响伤口愈合和组织再生的关键环节。内皮祖细胞(endothelial progenitor cell,EPC)在血管内皮修复和招募炎症细胞促伤口愈合过程中发挥重要作用。然而,体内直接输送EPC低效且会损害细胞存活力和功能进而影响治愈效率。因此,改善EPC的生物学功能以促进伤口愈合很有必要。本研究将小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESC)在10 ng/mL VEGF和5 ng/mL bFGF的作用下诱导获得CD133+CD34+EPC。以mESC衍生的EPC为研究对象,将外源性肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)作用于mESC-EPC,结果表明,10 ng/mL TNF-α和10 ng/mL VEGF协同处理组相比于单因子处理显著促进EPC的黏附、细胞迁移和管腔形成能力(P<0.01)。进一步通过建立小鼠局部皮肤全层创伤模型,在创周处注射10 ng/mL TNF-α和10 ng/mL VEGF协同EPC治疗明显加速伤口愈合(P<0.05),再生皮肤真皮层增厚(P<0.001),促进血管生成素ANG1和ANG2介导CD31+内皮细胞构成的毛细血管网络成熟。随着伤口愈合程度的加深,促炎因子TNF-α在蛋白质水平的表达下调(术后13 d,PBS组、EPC组、VE组、TE组和VTE组的TNF-α相对表达量分别为0.73±0.01、0.60±0.02、0.42±0.02、0.36±0.01和0.34±0.03),创造有利于伤口愈合的炎症微环境。综上所述,10 ng/mL TNF-α和10 ng/mL VEGF的协同作用强化EPC的生物学功能,并通过促进新血管生成和早期炎症反应加速小鼠皮肤伤口闭合和组织重塑,为细胞干预伤口愈合治疗提出新的思路。

人类胚胎干细胞法律规制的路径研究

人类胚胎干细胞具有很高的研究和临床应用价值,而目前我国关于人类胚胎干细胞研究的法规还在探索阶段,故尚存在临床研究备案制不足以防范伦理风险、对科研机构及其工作人员法律责任的认定不够细化、有关捐赠者与受赠者的知情同意规定不完善等问题;由剖析英、美、德等对人类胚胎干细胞研究的法律规范,对我国人体胚胎干细胞研究之科学立法原则、机构准入、科研机构及其工作人员法律责任和相关人员知情同意书等提出有针对性的完善性建议。

哺乳动物多能干细胞:在创建疾病模型、发病机制、药物发现和个性化治疗中的作用

背景:多能干细胞的自我更新和多向分化的特征有可能彻底改变人们对生物学、医学、发育和疾病的理解。干细胞在胚胎发育的早期发挥着重要作用,研究干细胞可以深入理解生物体发育和组织器官形成的基本原理,探索各种疾病的潜在机制,研究受损组织和器官的修复和再生,以及推动药物发现和个性化治疗。目的:回顾多能干细胞的研究历程,并对多能干细胞的基本类别进行归纳总结,同时阐述常见哺乳动物中各类多能干细胞的建系情况。方法:应用计算机检索PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库,检索词为“多能干细胞,胚胎干细胞,诱导多能干细胞,扩展多能干细胞,家畜多能干细胞,Pluripotent stem cells,Embryonic stem cells,Induced pluripotent stem cells,Expanded potential stem cells,Livestock pluripotent stem cells等”,根据纳入标准和排除标准系统地筛选与哺乳动物多能干细胞相关的文献99篇进行综述分析。结果与结论:(1)小鼠胚胎干细胞经典理论认为,干细胞的多能态分为“初始”(na?ve)态和“始发”(primed)态两种,na?ve态对应于早期胚胎未植入子宫壁前的囊胚内细胞团;primed态对应于植入后的上胚层,二者在表观遗传特征、转录活性、外部信号依赖性和代谢表型等方面存在显著的特征差异;后来研究发现在初始态和始发态之间,还存在一个过渡状态——“形成态”(formative态);事实上,胚胎干细胞的多能性属于连续阶段的发展进程,而不是某种独立的细胞状态。(2)除了从囊胚内细胞团获得多能干细胞之外,还有多种多能干细胞获得方式和建系方法:如利用来源于小鼠胎儿原始生殖细胞所建立的胚胎生殖干细胞;利用Oct3/4,Sox2,c-Myc和Klf4因子诱导成年小鼠和人的成纤维细胞去分化所建立的诱导多能干细胞;体细胞核移植,孤雌激活,以及从新生或成体睾丸组织或卵巢组织中分离并进行类胚胎干细胞培养所建立的胚胎干细胞样细胞系;来源于多种成体组织的极小胚胎样干细胞和来源于前囊胚期的扩展多能干细胞,这些多能干细胞的共同特征为不断自我更新,表达核心多能因子,并具备原始三胚层分化能力。(3)目前,多能干细胞正在被用于疾病建模,以便研究不同疾病的机制并开发新的药物。同时,科学家正在尝试用多能干细胞培养各种组织和器官,为再生医学和移植提供新的可能性。然而,多能干细胞的临床应用面临着安全性挑战,包括细胞畸变和免疫排斥问题。不断改进多能干细胞的产生方法,将使其更安全、高效地适用于临床。(4)借鉴小鼠和人多能干细胞的获得方式和建系方法,研究者们已经在家畜中建立了各类多能干细胞,包括胚胎干细胞、诱导性多能干细胞、生殖细胞谱系的多能干细胞和扩展多能干细胞,这将为动物繁殖育种、基因工程、疾病模型、新药筛选和野生濒危动物保护提供新的途径。

干细胞在小口径人工血管内皮化中的应用

背景:小口径人工血管移植后由于血栓形成和内膜增生等原因造成管腔狭窄甚至闭塞,运用干细胞作为种子细胞实现人工血管的内皮化有助于改善血管移植后的远期通畅率。目的:总结干细胞在小口径人工血管内皮化中应用的研究进展。方法:由第一作者检索Pub Med和万方数据库2013-2023年发表的相关文献,英文检索词为“vascular graft,tissue-engineered blood vessel/vascular tissue engineering,endothelialization,stem cells,endothelial progenitor cells,mesenchymal stem cells,induced pluripotent stem cells,embryonicstemcells”,中文检索词为“人工血管,组织工程血管/血管组织工程,内皮化,干细胞,内皮祖细胞,间充质干细胞,诱导多能干细胞,胚胎干细胞”,检索近10年国内外关于干细胞应用于小口径人工血管内皮化的相关文献,初检文献552篇,根据纳排标准最终选取81篇文献进行综述。结果与结论:(1)远期通畅率不理想限制了小口径人工血管的临床应用,造成远期通畅率低下的主要原因是血栓形成和内膜增生。天然血管内皮层具有良好的抗血栓及内膜增生性能,内皮化可以模拟天然血管的特性,是提升远期通畅率的有效手段。(2)小口径人工血管植入体内后会经历体内内皮化过程,但难以形成完整的内皮层。干细胞具有分化为内皮细胞的潜能,体内招募干细胞或将其作为种子细胞种植在人工血管内表面是实现内皮化的研究策略。(3)将内皮祖细胞、间充质干细胞、诱导多能干细胞及胚胎干细胞等作为种子细胞种植均能够一定程度改善小口径人工血管的远期通畅率,且它们各具优势。内皮祖细胞便于获取且可直接用于种植;间充质干细胞来源广泛且具有旁分泌和调节免疫的功能;诱导多能干细胞来源丰富且可消除免疫原性;胚胎干细胞增殖能力强且能多向分化。(4)将干细胞用于人工血管的研究目前仍未转化至临床,未来需要进一步研究并促进临床转化。

Pladienolide B对牛胚胎干细胞多能性相关基因表达及细胞活力的影响

【背景】牛胚胎干细胞(bovine embryonic stem cells,BESCs)因具备较高的多能性,在牛品种保存、品种选育及研究家畜胚胎发育调控机制方面具有重要的应用价值。然而,BESCs多能性维持及分化调控的研究相对缺乏,很多机制仍不清楚。【目的】探究不同浓度Pladienolide B(PlaB)对BESCs多能标记基因、全能标记基因、胚胎细胞谱系基因表达及细胞活力的影响,为提高BESCs多能性提供参考和理论依据。【方法】利用免疫荧光检测牛BESCs多能标记基因的表达,利用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)检测不同浓度PlaB对BESCs剪接体、全能标记基因及胚胎细胞谱系基因表达的影响,利用RT-qPCR和Western Blot分别检测不同浓度PlaB对BESCs多能标记基因mRNA和蛋白表达的影响,利用CCK8和EDU染色检测不同浓度PlaB对BESCs增殖的影响。【结果】RT-qPCR结果显示,PlaB浓度为0.5—1.5 nmol·L^(-1)时显著下调EPSCM-BESCs中SF3B1和SF3B2的mRNA表达水平;PlaB浓度为1.5nmol·L^(-1)时,CTFR-BESCs中SF3B1和SF3B2的mRNA表达下降;PlaB浓度范围为0.5—1.5 nmol·L^(-1)时,CTFR-BESCs和EPSCM-BESCs的SF3B4和SF3B5的mRNA表达水平呈剂量依赖性增加。此外,PlaB显著下调CTFR-BESCs中SF3B6的mRNA表达。PlaB浓度为0.5—1.5 nmol·L^(-1)时,EPSCM-BESCs和CTFR-BESCs中剪接体LSM4的mRNA表达显著下调。PlaB浓度为0.5—1.5 nmol·L^(-1)时,显著下调CTFR-BESCs的EFTUD2 mRNA表达水平;PlaB浓度为1—1.5 nmol·L^(-1)时能显著下调BEPSCM-BESCs的EFTUD2 mRNA表达水平。浓度为0.5—1.5 nmol·L^(-1)范围内,PlaB均以剂量依赖性上调CTFR-BESCs和EPSCM-BESCs中多能标记基因OCT4、SOX2及NANOG的mRNA表达水平和蛋白水平。在PlaB浓度为0.5—1.5 nmol·L^(-1)范围内,PlaB以剂量依赖性上调CTFR-BESCs和EPSCM-BESCs中全能标记基因MDM2、PID1及BTG2的mRNA表达水平,而下调DDIT4和PDRG1的mRNA表达水平。CTFR-BESCs中添加PlaB均上调胚胎细胞谱系基因的表达,而EPSCM-BESCs中添加PlaB显著降低GATA4、GATA6、SOX7等胚胎细胞谱系基因的表达,但是对于ZIC1没有显著影响。随着PlaB剂量增加和处理时间延长,CTFR-BESCs和EPSCM-BESCs细胞活力均呈下降趋势,但CTFR-BESCs比EPSCM-BESCs更敏感。【结论】PlaB显著上调CTFR-BESCs和EPSCM-BESCs中多能标记基因和部分全能标记基因的表达;降低EPSCM-BESCs中胚胎细胞谱系基因的表达和细胞活力。PlaB对两种BESCs发挥作用的浓度及对基因表达的影响并不完全一致。由于PlaB降低BESCs的细胞活力,仍需要进一步研究以优化培养体系。

基于RNA-seq的甲氨蝶呤处理sv129胚胎干细胞的转录组学分析

目的利用转录组测序(RNA sequencing,RNA-seq)技术探讨抗叶酸代谢药物甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)处理的小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESC)基因转录表达的变化,并探讨其可能影响的生物学过程和关键信号通路。方法将mESC分为两组,其中对照组采用完全培养基培养,MTX组在此基础上加入0.12μmol/L MTX药物处理。MTX处理24 h分别收集细胞,提取总RNA进行RNA-seq,获得胚胎早期全基因转录组图谱并采用Deseq2软件筛选差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),采用生物信息学R软件包对MTX组与对照组进行差异基因的功能及通路分析。结果MTX组与对照组的转录组相比,共有365个DEGs,其中144个显著上调表达,221个显著下调。GO(Gene Ontology)功能富集分析显示,生物学过程(biological process,BP)分类集中在肌肉系统发育、肌肉收缩、肌纤维发育等肌肉系统发育过程,细胞组分(cellular component,CC)分类集中在细胞膜组分、肌原纤维、收缩纤维、肌丝、肌节等肌肉组分,分子功能(molecular function,MF)分类集中在跨膜转运蛋白结合活性及膜通道活性。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)生物功能分析显示DEGs显著性富集的通路在钙信号通路、紧密连接。结论抗叶酸代谢药物甲氨蝶呤能够引起mESC基因组的转录改变,DEGs功能主要与肌肉发育以及肌肉纤维发育相关,同时DEGs富集的关键信号通路主要有肌肉发育相关的膜通道的钙离子信号通路和紧密连接。

S100A9促进胚胎干细胞向神经前体细胞分化中顶端—基底极化和神经管形成

目的 探讨胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)向神经前体细胞(neural progenitor cells, NPCs)分化过程中S100A9促进顶端-基底极化(apical-basal polarity, ABP)和神经管结构形成的作用。方法 采用免疫荧光观察体外培养ESCs向NPCs分化1、2、3和6 d时细胞管腔样结构排列,神经巢蛋白(Nestin)和配对盒因子6(paired box protein 6, Pax-6)表达,以及S100A9、N-钙粘蛋白(N-cadherin)和zonula occludens 1(ZO-1)定位变化。慢病毒转染下调S100A9及外源性S100A9重组蛋白干预细胞后检测对N-cadherin和ZO-1定位的影响。Western blot分析S100A9在ESCs向NPCs分化过程中不同时间点表达差异,同时观察S100A9对Notch1及下游centromere binding factor 1(CBF1)的调控。结果 ESCs在体外定向分化后第3天起表达Nestin和Pax-6,N-cadherin和ZO-1定位于顶端侧并呈现出ABP特征性神经玫瑰花状结构(neural rosette),细胞在第6天形成神经管结构。S100A9在分化后第3天起表达明显增加(P<0.01)并定位于顶端侧。下调S100A9后ESCs仍能分化为NPCs,但neural rosette数量明显减少(P<0.01)。予以外源性S100A9重组蛋白可部分恢复neural rosette数量(P<0.01)。在此分化过程中,下调S100A9降低Notch1及下游CBF1表达。结论 S100A9可能通过调控Notch1/CBF1参与ESCs向NPCs分化过程中ABP和神经管结构形成。

孤雌胚胎干细胞在细胞移植和治疗上的应用

研究发现,卵子孤雌激活后,从囊胚中获得孤雌胚胎干细胞(parthenogenetic embryonic stem cells, pESCs),pESCs表达多能性标志物,发生表观遗传修饰重编程。它们具有高度的分化潜能,在体内可产生畸胎瘤,在体外能形成类胚体。pESCs能分化成多种类型的细胞,已被用于细胞移植治疗研究。用pESCs分化来的成纤维细胞构建皮肤组织,移植到皮肤缺损处,能促进伤口愈合。源自pESCs的成骨细胞、成软骨细胞和肌腱细胞接种到支架上并移植到皮下后,能再生出骨、软骨和肌腱组织,从而可以为治疗这些组织的损伤提供细胞来源。pESCs分化产生的心肌细胞移植到患急性心肌梗死的宿主心脏后,可改善心脏功能。由pESCs分化的神经干细胞或神经元移植到受损大脑或患帕金森病的宿主大脑后,也能促进大脑皮层的修复,改善宿主的运动缺陷。因此,pESCs在临床上具有重要的应用和推广价值,从而为疾病的细胞移植治疗提供理论依据和临床应用策略。

人胚胎干细胞自分泌巨噬细胞迁移抑制因子及受体表达

背景:胚胎干细胞由于其自我更新和多向分化特性在帮助理解细胞发育以及再生医学、组织工程和细胞治疗方面潜力巨大,为能更加深入理解和有效运用人胚胎干细胞,探索发现影响人胚胎干细胞增殖存活的潜在分子是十分必要的。巨噬细胞迁移抑制因子在人类多种细胞中表达,起初认为主要参与炎症发生,但后来发现它在细胞增殖、分化、血管生成和肿瘤发生中发挥重要作用,但是人胚胎干细胞是否表达这种重要因子以及其在人胚胎干细胞中的功能仍不清楚。目的:明确人胚胎干细胞是否表达巨噬细胞迁移抑制因子及其相关受体,确定何种受体与巨噬细胞迁移抑制因子相互作用,初步探索巨噬细胞迁移抑制因子对人胚胎干细胞增殖存活的影响。方法:培养人胚胎干细胞,酶联免疫吸附实验检测细胞培养液中巨噬细胞迁移抑制因子水平,免疫荧光共聚焦显微镜观察巨噬细胞迁移抑制因子在细胞中的分布定位情况,细胞免疫荧光、免疫印迹方法检测胚胎干细胞中相关因子的表达;免疫荧光共聚焦显微镜、免疫共沉淀检测巨噬细胞迁移抑制因子与其受体的结合情况。分组干预:分别以巨噬细胞迁移抑制因子抑制剂ISO-1(0,12,24,48,96,192μmol/L)干预处理人胚胎干细胞24 h,确定最佳抑制浓度,然后将不同质量浓度巨噬细胞迁移抑制因子(30,100,300μg/L)与最佳抑制浓度ISO-1共孵育24 h。CCK-8法检测细胞增殖活性,TUNEL染色法检测细胞凋亡水平。结果与结论:①巨噬细胞迁移抑制因子在人胚胎干细胞的胞质、胞膜、培养基中均有表达;②人胚胎干细胞表达巨噬细胞迁移抑制因子,主要表达其受体CXCR2和CXCR7;③巨噬细胞迁移抑制因子主要结合受体CXCR7;④巨噬细胞迁移抑制因子抑制剂ISO-1对细胞增殖存活的影响:与空白组相比,随着ISO-1浓度增大,细胞间隙明显增大,细胞活力逐渐降低(P<0.0001),TUNEL法检测细胞凋亡率明显增加(P<0.0001);⑤加入不同质量浓度的巨噬细胞迁移抑制因子(30,100,300μg/L)后,能减弱ISO-1(192μmol/L)诱导的细胞负相作用,细胞活性显著提高(P<0.05),细胞凋亡率明显降低(P<0.01);⑥结果表明,人胚胎干细胞表达分泌巨噬细胞迁移抑制因子这一重要因子,在胞质、胞膜、细胞外均可以检测到,人胚胎干细胞主要表达巨噬细胞迁移抑制因子的受体CXCR2和CXCR7,而不是经典受体CD74,在人胚胎干细胞上与巨噬细胞迁移抑制因子互作的蛋白受体是CXCR7,没有发现与CXCR2相互作用的证据,其作用还需进一步研究。另外,研究发现巨噬细胞迁移抑制因子对维持人胚胎干细胞的增殖存活发挥重要作用。

巨噬细胞迁移抑制因子促进人胚胎干细胞分化为腹侧中脑多巴胺能神经祖细胞

背景:细胞替代疗法是一种可以治疗帕金森病的非常有前景的方法。目前将人多能干细胞进行神经分化的主要方案是“双SMAD”抑制方案,利用阻断糖原合酶激酶3β来激活WNT通路信号,随后利用音猬因子信号与骨形态发生蛋白信号之间的调控相结合,可以精确地控制人多能干细胞从底板区域到顶板区域特异性的细胞命运。巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)是一类具有独特结构的多效免疫调节细胞因子,在多项研究中证明MIF对神经发育和分化非常重要。然而,MIF是否参与诱导干细胞的分化还是未知的。目的:在“双SMAD”抑制分化方案的基础上,通过在培养基中添加不同浓度MIF及其抑制剂(S,R)-3-(4-羟基苯基)-4,5-二氢-5-异噻唑乙酸甲酯(ISO-1),观察其对人胚胎干细胞分化为中脑多巴胺能祖细胞的影响,以期寻找解决人胚胎干细胞分化为中脑多巴胺能祖细胞过程异质性问题的新途径。方法:CCK8检测添加不同浓度MIF和ISO-1培养人胚胎干细胞的存活情况。免疫荧光法检测人胚胎干细胞上MIF受体CD74、CD44、CXCR7的表达。在胚胎干细胞分化16 d后,通过RT-qPCR和Western blot分别检测腹侧中脑标志物LMX1A、FOXA2、EN1、前脑标记物FOXG1、后脑标记物HOXA2、中脑基板标记物PAX6和Wnt1/β-catenin信号通路转录因子SOX6的表达水平。同时,通过免疫荧光法检测LMX1A、FOXA2、EN1、MAP2的表达。将胚胎干细胞继续分化到42 d后用免疫荧光法检测LMX1A、FOXA2、TH和GIRK2在多巴胺能神经元中的表达。结果与结论:(1)MIF在人胚胎干细胞内表达,其相关受体CD44和CXCR7也表达,但CD74不发生表达;(2)添加MIF后,促进了LMX1、FOXA2、EN1的蛋白表达,促进了LMX1、FOXA2的基因表达,同时明显抑制了FOXG1和HOXA2以及PAX6的基因与蛋白表达,有效抑制了分化的异质性;(3)添加MIF后,多巴胺能神经祖细胞中SOX6并未如预期那样高表达,反而在基因层面表达下降,而其抑制剂ISO-1则使SOX6表达在基因水平上轻度升高;(4)该研究证明了MIF在人胚胎干细胞的多巴胺能分化潜能与腹侧中脑命运决定中起着重要作用,MIF的干预进一步优化了神经诱导的区域定位。

糖尿病治疗“双剑合璧”:干细胞移植与人工胰腺的未来之旅

糖尿病这一被称为“甜蜜的痛苦”的疾病,困扰着全球数亿人,许多患者每天不得不与胰岛素、降糖药物等接触。然而,科技的魔力正在改变这一切。近年来出现的干细胞移植和人工胰腺就像为糖尿病患者量身定制的“魔法钥匙”,有望开启糖尿病治愈的大门。干细胞移植:重塑胰腺功能干细胞移植治疗糖尿病的原理主要基于干细胞的自我更新和分化的潜能,医生通过移植具有多向分化潜能的干细胞,如胚胎干细胞或诱导多能干细胞等,让患者体内分化出更多的胰岛β细胞,进而恢复胰岛素的分泌功能,调节血糖水平。

几种培养方法对ES/GFP小鼠胚胎干细胞系增殖和分化能力作用比较

目的 观察采用不同的饲养层和培养基对永久表达绿色荧光蛋白的小鼠胚胎干细胞系ES/GFP的增殖、分化和绿色荧光蛋白表达的影响。方法 分别采用小鼠胚胎成纤维细胞和人胚胎成纤维细胞为饲养层 ,采用含重组人白血病抑制因子的DMEM/FCS培养基和Buffalo条件培养基培养ES/GFP细胞系。N2 无血清培养基诱导ES/GFP小鼠胚胎干细胞为神经前体细胞 ,Nestin免疫组化染色。结果 小鼠胚胎成纤维细胞和人胚胎成纤维细胞为饲养层 ,常规LIF培养液和Buffalo条件培养基均能较好维持ES/GFP细胞的高增殖能力和全能分化能力 ,对绿色荧光蛋白的表达和胚体形成、神经前体细胞的分化无明显差异。结论 人胚胎成纤维细胞可替代小鼠胚胎成纤维细胞作为ES/GFP饲养层 ,减少饲养层制备的工作量和污染的机会。Buffalo条件培养基可完全替代LIF培养基 ,降低细胞培养的成本。

Olig2对胚胎干细胞向神经前体细胞分化过程中Nestin蛋白表达的影响

目的:探讨碱性螺旋-环-螺旋家族的少突胶质细胞转录因子2(Olig2)对小鼠胚胎干细胞(mESCs)向神经前体细胞(NPCs)分化过程中巢蛋白(Nestin)表达的影响。方法:将mESCs分为正常组、空载体组和Olig2转染组,用含有RA、Purmorphamine、bF GF和PDGF-AA的培养基将其诱导分化为NPCs;分别在诱导分化的第11 d和14 d,用免疫细胞化学荧光染色和蛋白免疫印迹法检测其神经前体细胞特异性标记物巢蛋白(Nestin)的表达情况。结果:经Olig2-GV218慢病毒转染后的mE SCs,Olig2蛋白的表达较正常组和空载体组明显增强;诱导分化后11 d,三组细胞Nestin蛋白表达无明显区别;14 d时,正常组和空载体组仍能检测到较高的Nestin蛋白表达,而Olig2转染组Nestin蛋白的表达明显减弱。结论:mESCs向NPCs分化过程,过表达Olig2可降低Nestin蛋白的表达。

人胚胎干细胞在无血清mTeSR1培养基中维持培养和向内皮细胞的诱导分化

背景:传统的人胚胎干细胞培养扩增方法中应用含动物血清培养基,并依赖饲养层细胞培养,这种培养方法显著制约了干细胞的体外培养规模;另外异源动物血清成分介入,使病原污染及免疫排斥的概率显著增加。目的:明确应用无血清培养基mTeSR1对人胚胎干细胞进行长期体外培养的可行性,并建立诱导人胚胎干细胞分化为血管内皮细胞的相关技术平台。方法:采用无血清培养基mTeSR1以非饲养层细胞依赖的方式体外培养、扩增人胚胎干细胞株H9。经过40余次体外传代后,于倒置显微镜下观察其生长形态,并利用免疫荧光染色方法评估其细胞表型。此外,应用条件培养基诱导H9细胞株向内皮细胞方向分化。利用免疫荧光染色技术,定量RT-PCR以及低密度脂蛋白摄取实验对该胚胎干细胞源内皮细胞的表型及功能进行评价、分析。结果与结论:mTeSR1培养基能够支持H9细胞株在体外以非饲养层依赖的方式进行长期扩增,同时维持其未分化的干细胞潜能。添加血管内皮细胞的条件培养基能够定向诱导H9细胞向内皮细胞方向分化。该胚胎干细胞源内皮细胞不但表达内皮细胞的标志基因(kdr,pecam)和标记蛋白CD31,而且还能够摄取低密度脂蛋白,形成类似微血管结构。提示实验中所提供的培养及诱导分化体系能够支持胚胎干细胞的增殖与分化行为。