颌骨来源骨髓间充质干细胞成骨分化的特点、优势与应用

背景:颌面部骨组织缺损修复是目前研究的热点与难点,而种子细胞的选择是关键。颌骨来源骨髓间充质干细胞是存在于颌骨内的成体间充质干细胞,在颌面部组织再生方面的应用更具优势。目的:综述颌骨来源骨髓间充质干细胞的生物学特性和成骨分化优势以及药物、体内环境、微小RNA对其成骨分化影响的相关研究进展。方法:利用计算机在PubMed和中国知网进行文献检索。中文检索词为“口腔,骨组织工程,干细胞”,英文检索词为“oral,bone tissue engineering,stem cells”。共检索下载文章405篇,根据纳入与排除标准对文章进行筛选,最终纳入70篇文献进行综述。结果与结论:颌骨来源骨髓间充质干细胞是口腔骨组织工程的优良种子细胞,与长骨骨髓间充质干细胞相比,颌骨来源骨髓间充质干细胞具有更强的增殖能力和成骨分化能力。药物、体内环境、微小RNA均可以调控颌骨来源骨髓间充质干细胞的成骨分化,但目前对颌骨来源骨髓间充质干细胞的研究尚处于初始阶段,因此需要更多论证力较强的研究来证实其在颌面部骨组织再生领域的应用更具优势。

Osteonectin促进骨髓来源间充质干细胞成骨分化的机制及其与青少年特发性脊柱侧凸的相关性研究

目的 探究Osteonectin在促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的分子机制,以及Osteonectin在青少年特发性脊柱侧凸(AIS)中的作用。方法 将2020年5月—2022年5月就诊的20例AIS及健康体检20例分别作为AIS组和健康组。使用qRT-PCR技术测定2组BMSCs中Osteonectin、BMP2以及Wnt/β-catenin信号通路相关基因(Tcf7、Lef1)和成骨分化相关基因(Runx2、Osteocalcin)的表达水平。通过X线检测AIS患者的Cobb角度,并分析上述基因表达水平与Cobb角度的相关性。在BMSCs中,加入Osteonectin和BMP2抑制剂Noggin,并分为对照组、Osteonectin组和Osteonectin+Noggin组。通过qRT-PCR检测BMSCs中BMP2、Tcf7、Lef1、Runx2和Osteocalcin mRNA表达水平。采用ChIP-qPCR检测β-catenin在Runx2和Osteocalcin基因转录起始位(TSS)的富集水平。结果 与健康组比较,AIS组BMSCs中Osteonectin、BMP2、Tcf7、Lef1、Runx2和Osteocalcin mRNA表达水平均降低(P<0.05);Osteonectin、BMP2、Tcf7、Lef1、Runx2和Osteocalcin mRNA表达水平与AIS患者Cobb角度呈负相关(r=-0.466 3、-0.369 1、-0.272 7、-0.543 4、-0.606 5、-0.343 3,P<0.05,P<0.01)。与对照组比较,Osteonectin组BMSCs中BMP2、Tcf7、Lef1、Runx2和Osteocalcin mRNA表达水平升高,且β-catenin在Runx2和Osteocalcin mRNA TSS富集水平增加(P<0.05)。相比Osteonectin组,Osteonectin+Noggin组BMSCs中Tcf7、Lef1、Runx2和Osteocalcin mRNA表达水平降低,β-catenin在Runx2和Osteocalcin mRNA TSS富集水平降低(P<0.05)。结论 在AIS患者中,BMSCs中Osteonectin、BMP2-Wnt/β-catenin的表达以及成骨分化水平与AIS疾病的发展呈负相关。Osteonectin通过激活BMP2-Wnt/β-catenin信号通路,促使β-catenin转录激活成骨分化相关基因,从而促进BMSCs的成骨分化。

生长分化因子5诱导兔骨髓间充质干细胞的软骨分化

背景:生长分化因子5属于转化生长因子超家族成员之一,也是关节发育的最早标志之一,对软骨修复具有重要作用。目的:探讨生长分化因子5诱导骨髓间充质干细胞向软骨分化的作用机制。方法:分离培养兔骨髓间充质干细胞,CCK-8法检测不同质量浓度生长分化因子5对骨髓间充质干细胞增殖活性的影响,RT-PCR检测不同质量浓度生长分化因子5诱导骨髓间充质干细胞成软骨分化相关基因的表达;为进一步探讨生长分化因子5诱导骨髓间充质干细胞成软骨分化的作用机制,加入Wnt/β-catenin信号通路抑制剂XAV-939和激活剂Laduviglusib诱导培养14 d,RT-PCR和Western blot检测软骨相关基因和Wnt/β-catenin信号通路中相关蛋白的表达。结果与结论:①CCK-8结果表明生长分化因子5对骨髓间充质干细胞增殖没有明显影响;②生长分化因子5促进了软骨相关基因Ⅱ型胶原、蛋白聚糖、Sox9的表达,其中以50 ng/mL组软骨相关基因上调明显;③加入Wnt/β-catenin信号通路激活剂Laduviglusib之后,Sox9、β-catenin和Ⅱ型胶原表达上调(P<0.05),加入Wnt/β-catenin信号通路抑制剂XAV939之后,Sox9、β-catenin和Ⅱ型胶原表达下调(P<0.05);④综上,生长分化因子5诱导骨髓间充质干细胞向软骨分化可能与激活Wnt/β-catenin信号通路有关。

胰岛素样生长因子1基因转染骨髓间充质干细胞对骨折愈合及血管形成的作用研究

目的探究胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF1)基因转染骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC)对大鼠骨折愈合及血管形成的影响。方法建立大鼠股骨骨折模型,采用BMSC、含IGF1基因慢病毒转染的BMSC分别处理模型大鼠。X线影像系统、micro-CT扫描仪观察骨折愈合情况,HE染色观察股骨组织病理学变化,免疫荧光染色观察血管内皮标记物CD31表达,蛋白质印迹检测骨形态发生蛋白2(BMP-2)、骨桥蛋白(OPN)、骨钙素(OCN)与血管内皮生长因子(VEGF)、血管生成素-1(Ang-1)表达。结果与模型组比较,BMSC组与IGF1-BMSC组大鼠的骨折线模糊,有愈合性骨痂形成,BMD、BV/TV升高(P<0.05),Tb.N增加(P<0.05),Tb.Sp降低(P<0.05),CD31荧光表达增强,BMP-2、OPN、OCN及VEGF、Ang-1蛋白相对表达量均上调(P<0.05)。与BMSC组比较,IGF1-BMSC组大鼠骨折线几乎消失,愈合效果更佳,BMD、BV/TV升高(P<0.05),Tb.N增加(P<0.05),Tb.Sp降低(P<0.05),CD31荧光表达更强,BMP-2、OPN、OCN及VEGF、Ang-1蛋白相对表达量也进一步上调(P<0.05)。结论IGF1基因转染BMSC能够有效促进大鼠股骨骨折愈合,加速血管形成,且效果优于BMSC单独作用。

骨髓间充质干细胞来源的外泌体静脉移植对脊髓损伤的修复作用研究

目的:分析骨髓间充质干细胞来源的外泌体静脉移植对脊髓损伤的修复作用。方法:选择2013年10月—2014年3月河南省洛阳正骨医院实验室试验的78例大鼠为研究对象,应用随机抛球法将大鼠分为手术组(n=26)、对照组(n=26)、外泌体组(n=26)。通过脊髓法建立大鼠脊髓损伤模型后,对照组不作处理,手术组在对照组的基础上实施切开减压术,而外泌体组在对照组的基础上实施全骨髓培养法培养大鼠BMSCs,收集P2代细胞上清,应用ExoQuickPrecipitation提取法分离并纯化外泌体,通过透射电镜观察鉴定外泌体形态,采用Westernblot鉴定外泌体表面标志蛋白CD9、CD63,在造模1 h后尾静脉给予外泌体移植500μL。分别采用BBB评分、斜板实验在术后1、3、7、14、21、28 d评价大鼠的运动功能恢复情况,并于术后28 d处死试验大鼠,采用苏木精-伊红(HE)染色、髓鞘(LFB)染色观察各组脊髓组织形态学改变,尼氏(Nissl)染色观察神经元存活数目。结果:术后各时间点手术组大鼠BBB评分高于对照组和外泌体组,术后7、14、21、28 d外泌体组大鼠BBB评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。手术组术后各时间点斜板评分高于对照组及外泌体组,差异有统计学意义(P<0.05)。造模后28 d,手术组的脊髓组织HE染色体等均正常,神经元数目减少。结论:BMSCs外泌体静脉移植对脊髓损伤有明显的改善作用,可以提高患者的运动能力,减轻脊髓损伤,加速脊髓损伤的恢复。

骨髓间充质干细胞治疗骨关节炎的研究进展

骨关节炎(OA)是全球最普遍且高致残率的疾病之一,特征是累及全关节的病变,包括软骨退化、骨重塑、骨赘形成和滑膜炎症。目前OA的非手术治疗均不能阻止OA的进展。骨髓间充质干细胞(BMSCs)是从骨髓中提取出的一种多能成体干细胞,具有多向分化、自我增殖、内分泌、旁分泌因子调节细胞和组织的增殖、凋亡、免疫反应等特点,发挥诱导细胞增殖、刺激血管生成、保护细胞免于凋亡和免疫调节等作用。在OA的治疗中BMSCs也得到越来越多的应用。该文对近年来BMSCs治疗OA的研究进展作一综述。

高表达软骨调素1骨髓间充质干细胞来源外泌体促进骨关节炎软骨细胞的增殖

背景:软骨调素1(chondromodulin-1,Chm-1)在正常软骨中大量表达,具有抑制血管生成、阻止软骨细胞肥大、缓解骨关节炎发展的功能,在骨关节炎发生和发展中发挥着重要作用。目的:探讨高表达Chm-1骨髓间充质干细胞来源外泌体对骨关节炎环境中软骨细胞增殖的影响。方法:分离大鼠骨髓间充质干细胞并进行培养及鉴定;Chm-1慢病毒和空载慢病毒转染骨髓间充质干细胞,超高速离心法提取细胞培养上清液中外泌体(Chm-1-Exos和NC-Exos)。白细胞介素1β作用软骨细胞24 h构建体外骨关节炎模型,随后分别用2种外泌体处理7 d,将PBS处理的骨关节炎软骨细胞作为对照组。共聚焦显微镜观察骨关节炎软骨细胞对外泌体的摄取情况;CCK-8评估各组骨关节炎软骨细胞增殖能力;Western blot检测2种外泌体中Chm-1的表达;Western blot和RT-qPCR方法分别检测各组骨关节炎软骨细胞中Ⅱ型胶原、SOX9、AGG蛋白和mRNA的表达。结果与结论:(1)骨髓间充质干细胞呈典型纺锤状形态且具备三系分化能力;(2)带有绿色荧光的慢病毒成功转染骨髓间充质干细胞;(3)外泌体直径在40-150 nm之间,且均表达其特异性标志蛋白CD63、CD81、TSG101,能够被骨关节炎软骨细胞摄取;(4)相比于NC-Exos,Chm-1-Exos中Chm-1的表达更高(P<0.05);(5)NC-Exos和Chm-1-Exos分别作用骨关节炎软骨细胞24 h后,Chm-1-Exos组骨关节炎软骨细胞活性更强;(6)NC-Exos和Chm-1-Exos分别作用骨关节炎软骨细胞7 d后,Chm-1-Exos组的Ⅱ型胶原、SOX9、AGG蛋白和mRNA表达更高(P<0.05);(7)上述实验结果表明,Chm-1-Exos能够显著促进骨关节炎软骨细胞的增殖。

牛膝醇提物诱导兔骨髓间充质干细胞软骨分化的蛋白组学分析

背景:前期研究发现牛膝醇提物具有诱导骨髓间充质干细胞定向软骨细胞分化的作用,但具体作用蛋白靶点和网络机制不详。目的:观察牛膝醇提物诱导兔骨髓间充质干细胞软骨分化的蛋白质组学分析及蛋白质相互作用网络构建。方法:采用密度梯度离心联合细胞贴壁法分离培养新西兰大白兔骨髓间充质干细胞,取第3代细胞随机分成5组:空白组、对照组、牛膝醇提物低、中、高剂量组,连续成软骨诱导培养21 d后,用qRT-PCR检测Ⅱ型胶原mRNA表达及甲苯胺蓝染色鉴定软骨细胞形成,应用绝对定量同位素标记(iTRAQ)结合双向液相色谱-串联质谱(2DLC-MS/MS)技术对各组差异表达蛋白质进行鉴定,并对差异蛋白进行GO分析、KEGG分析及蛋白质网络相互作用分析。结果与结论:(1)qRT-PCR结果显示牛膝醇提物高剂量组较其他组Ⅱ型胶原mRNA表达明显增高(P<0.05),牛膝醇提物高剂量组甲苯胺蓝染色阳性,蛋白组学分析共鉴定到1354个差异蛋白点,上调蛋白633个,下调蛋白721个。(2)根据qRT-PCR结果对空白组、牛膝醇提物高剂量组、对照组3组差异表达蛋白进行生物信息分析。GO分析发现这些差异表达蛋白参与代谢、细胞分化、细胞周期与凋亡、炎症反应、免疫调控、氧化应激、磷酸化、泛素化、癌相关等;KEGG分析获得与骨关节病最相关的10个典型信号通路:白细胞介素17信号通路,Toll样受体信号通路,Wnt信号通路,PI3K-Akt信号通路,mTOR信号通路,Jak-STAT信号通路,NF-kappa B信号通路,MAPK信号通路,AMPK信号通路,HIF-1信号通路;根据组间差异蛋白,使用Cytoscape3.6.0软件成功构建蛋白互作网络图。(3)结果表明,牛膝醇提物可以通过调控氧化、细胞周期与凋亡、细胞结构改变、细胞分化、代谢及炎症损伤等环节诱导兔骨髓间充质干细胞成软骨分化,具有多靶点、多中心的网络调控作用,其具体作用机制有待进一步研究。

BACE-1修饰的人骨髓间充质干细胞对创伤性颅脑损伤大鼠脑组织的保护作用

目的探究β-位点淀粉样前体蛋白剪切酶-1(BACE-1)修饰的人骨髓间充质干细胞(BMSCs)对创伤性颅脑损伤(TBI)大鼠脑组织的保护作用。方法将敲低BACE-1基因的腺病毒及空载体腺病毒感染BMSCs,并检测绿色荧光和BACE-1表达。将100只大鼠随机分为假手术(Sham)组、TBI组、空载体腺病毒感染BMSCs(Ad-BMSCs)组和敲低BACE-1基因的腺病毒感染BMSCs(Ad-si-BACE-1-BMSCs)组,每组各25只。采用Marmarou′s自由落体方法建立大鼠TBI模型,Sham组仅切开、缝合头皮,不致伤。建模2 h后,Ad-si-BACE-1-BMSCs组和Ad-BMSCs组分别经尾静脉注射敲低BACE-1基因的腺病毒及空载体腺病毒感染的BMSCs,Sham组和TBI组均给予等体积生理盐水。BMSCs移植7 d后,Morris水迷宫实验检测大鼠认知能力;苏木精-伊红染色和尼氏染色评估大鼠海马组织损伤;TUNEL染色检测海马神经元凋亡;硫黄素-S染色、免疫组化染色检测海马组织β-淀粉样蛋白(Aβ)含量;硫代巴比妥酸法和全自动生化分析仪检测海马组织丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)水平;免疫荧光染色检测海马组织离子钙结合接头分子1(Iba-1)^(+)肿瘤坏死因子-α(TNF-α)+、Iba-1^(+)白细胞介素(IL)-6^(+)、Iba-1^(+)IL-1β^(+)、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)+TNF-α^(+)、GFAP+IL-6^(+)、GFAP+IL-1β^(+)水平;蛋白免疫印迹(Western blot)检测海马组织BACE-1、Aβ、TNF-α、IL-6、IL-1β水平。结果与Sham组比较,TBI组大鼠逃避潜伏期增加、到达先前平台的次数和在平台停留的时间减少,海马神经元排列紊乱,尼氏小体减少,TUNEL阳性率增加,海马组织Aβ、BACE-1、TNF-α、IL-6、IL-1β蛋白、MDA含量、Iba-1^(+)TNF-α^(+)、Iba-1^(+)IL-6^(+)、Iba-1^(+)IL-1β^(+)、GFAP+TNF-α^(+)、GFAP+IL-6^(+)、GFAP+IL-1β^(+)细胞数增加,SOD含量减少(P均<0.05);与TBI组比较,Ad-BMSCs组和Ad-si-BACE-1-BMSCs组大鼠逃避潜伏期减少、到达先前平台的次数和在平台停留的时间增加,神经元排列较规则,尼氏小体增加,TUNEL阳性率减少,海马组织Aβ、BACE-1、TNF-α、IL-6、IL-1β蛋白、MDA含量、Iba-1^(+)TNF-α^(+)、Iba-1^(+)IL-6^(+)、Iba-1^(+)IL-1β^(+)、GFAP+TNF-α^(+)、GFAP+IL-6^(+)、GFAP+IL-1β^(+)细胞数减少,SOD含量增加(P均<0.05);且Ad-si-BACE-1-BMSCs对大鼠上述指标的影响优于Ad-BMSCs(P<0.05)。结论BACE-1修饰的人BMSCs能够抑制TBI大鼠氧化应激和炎症反应,对TBI大鼠脑组织具有保护作用。

bFGF和IGF-1对骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化促进作用及相关机制探讨

目的 探讨成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)和胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)单独或联合使用对骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells, BMSCs)向心肌细胞(cardiomyocytes, CMs)分化的影响,以及IGF-1和bFGF促分化的作用机制。方法 IGF-1和bFGF单独或联合使用,以及IGF-1和bFGF分别与LY294002联用,诱导4周后,采用免疫细胞化学、免疫荧光检测心肌特异性蛋白表达水平;Western blot检测心肌特异性蛋白和通路相关蛋白表达水平;透射电镜观察细胞的超微结构。诱导1、2和4周后,采用RT-qPCR检测心肌转录因子表达水平。结果 IGF-1和bFGF单独或联合组,均提高心肌特异性蛋白和基因表达水平,且最高表达水平出现在IGF-1和bFGF联合组。IGF-1和bFGF联用组,透射电镜可观察到平行排列的肌丝,以及线粒体和内质网等丰富细胞器。IGF-1和bFGF分别与LY294002联用组,相较于IGF-1和bFGF单独诱导组降低心肌特异性蛋白和基因的表达水平,降低通路相关蛋白Akt磷酸化水平。结论 IGF-1和bFGF均可诱导BMSCs向CMs的定向分化,且两种生长因子的联合是一种更加高效的诱导方法。PI3K/Akt信号通路参与了IGF-1和b FGF促进BMSCs向CMs分化的过程。

转化生长因子β诱导骨髓间充质干细胞分化为半月板纤维软骨细胞

背景:骨髓间充质干细胞可被诱导分化为纤维软骨细胞作为组织工程中的种子细胞,而细胞因子转化生长因子β(transforming growth factor beta,TGF-β1)和TGF-β3在诱导分化中的作用,目前仍是研究热点。目的:综述TGF-β1和TGF-β3诱导骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞的相关文献,为进一步指导TGF-β诱导骨髓间充质干细胞分化为纤维软骨细胞提供理论依据,同时为今后的临床上半月板损伤和退化的治疗提供新策略。方法:计算机检索PubMed、中国知网和万方医学网数据库1990年1月至2022年3月收录的文献。英文数据库检索词:“Transforming Growth Factor beta 1,Transforming Growth Factor beta 3,Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,meniscus,fibrochondrocyte”,中文数据库检索词:“TGF-β1,TGF-β3、骨髓间充质干细胞、半月板、纤维软骨细胞”,根据筛选标准,最终纳入78篇文献进行综述。结果与结论:①TGF-β主要分为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3共3种亚型,其中研究较多的细胞因子是TGF-β1和TGF-β3。②TGF-β主要通过TGF-β/Smad信号通路激活细胞核内的SOX9转录因子进而诱导骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞。③TGF-β1可诱导骨髓间充质干细胞向透明软骨细胞分化,伴随培养时间的延长,透明软骨细胞可发生去分化变成纤维软骨细胞;④TGF-β3主要诱导骨髓间充质干细胞向纤维软骨细胞分化,同时促进Ⅰ型胶原和蛋白聚糖合成分泌。⑤目前,关于半月板损伤和退化的治疗,临床上采用的治疗方案均不理想,组织工程的出现为其治疗提供了新的策略,具体方法是将诱导因子和骨髓间充质干细胞植入到半月板损伤部位,可以起到恢复半月板功能及再生纤维软骨组织的作用,但是目前实验尚处于体外和动物模型阶段,其在临床上用于半月板受损的治疗和可用性仍需要后续大量的临床研究去研究探索。

骨髓间充质干细胞对间充质样成釉细胞瘤细胞功能影响的研究

目的:研究骨髓间充质干细胞(BMSC),对间充质样成釉细胞瘤细胞(M-AMC)的增殖、侵袭、迁移以及自噬水平的影响,初步探讨BMSC对M-AMC功能影响的部分作用和机制。方法:组织块结合酶消化法分离培养M-AMC并鉴定,构建非接触M-AMC/BMSC共培养体系,通过EdU检测M-AMC增殖变化,利用结晶紫染色、Western blot等检测M-AMC迁移、侵袭功能和自噬相关蛋白的改变。结果:通过原代分离培养得到的M-AMC,主要来源于间质,并具有一定的干性和自我更新能力。共培养组3、7 d M-AMC增殖的细胞数量明显高于对照组(P<0.01),共培养组在24、48、72 h的Transwell迁移和侵袭出的细胞数量均高于对照组(P<0.01),M-AMC在和BMSC共培养后,自噬表达水平显著增强(P<0.01)。结论:BMSC的旁分泌作用可以上调M-AMC自噬水平,从而促进M-AMC增殖、迁移、侵袭能力。

骨髓间充质干细胞基于Rho/ROCK信号通路对膝骨性关节炎模型大鼠软骨细胞凋亡的影响

目的分析骨髓间充质干细胞(BMSCs)基于鼠抗Ras同源基因(Rho)/Rho相关螺旋蛋白激酶(ROCK)信号通路对膝骨性关节炎(KOA)模型大鼠软骨细胞凋亡的影响。方法随机选取30只健康大鼠,其中正常组10只,模型组10只、BMSCs组10只,分别进行干预。对比各组软骨组织Mankin评分,检测基质金属蛋白酶(MMP)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-10、凋亡蛋白B细胞淋巴瘤(Bcl)-2、Bcl-2相关X蛋白(Bax)及RhoA、ROCK蛋白表达水平,分析BMSCs对KOA大鼠软骨细胞凋亡的影响。结果BMSCs组Mankin评分高于正常组、低于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。BMSCs组血清MMP-1、TNF-α、Bax、RhoA、ROCK表达水平低于模型组、高于正常组,IL-10、Bcl-2表达水平高于模型组、低于正常组,差异有统计学意义(P<0.05)。BMSCs组软骨细胞凋亡指数低于模型组、高于正常组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论基于Rho/ROCK信号通路调控BMSCs可改善KOA大鼠膝关节软骨病理状态、抑制炎症反应蔓延、调控Bax、Bcl-2蛋白表达、抑制软骨细胞凋亡,其机制可能与抑制Rho/ROCK信号通路相关,证实BMSCs具有良好的抗软骨细胞凋亡疗效。

IGF-1过表达的骨髓间充质干细胞保护软骨细胞免受IL-1β诱导的损伤

目的探讨胰岛素样生长因子-1(IGF-1)过表达的骨髓间充质干细胞(BMSCs)对白细胞介素1β(IL-1β)诱导的软骨细胞损伤的影响及相关机制。方法慢病毒转染构建IGF-1过表达的BMSCs,使用倒置显微镜观察细胞形态,流式细胞仪鉴定骨髓间充质干细胞表面抗原表达,实时定量PCR和Western blot法检测IGF-1 mRNA及蛋白表达情况。将IGF-1慢病毒转染的BMSCs、空载体慢病毒转染的BMSCs、BMSCs分别与5 ng/mL IL-1β诱导的大鼠软骨细胞共同培养24 h后,CCK-8检测软骨增殖情况;Tunel法检测软骨细胞凋亡率;Western blot法检测Bcl-2相关X蛋白(Bax)、B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)、细胞色素C(Cytc)蛋白表达;酶联免疫吸附试验(ELISA)检测细胞提取液中IL-1β、白细胞介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平。结果IGF-1过表达的BMSCs提高IL-1β处理的软骨细胞增殖活性,抑制IL-1β诱导的软骨细胞凋亡,并降低细胞提取液中IL-1β、IL-6和TNF-α水平(P<0.05),下调软骨细胞中Bax、Caspase-3、Cytc等凋亡蛋白的表达水平,上调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达水平(P<0.05)。结论IGF-1过表达的骨髓间充质干细胞可抑制IL-1β诱导的软骨细胞凋亡及炎性因子的表达,提高软骨细胞增殖活性。

维甲酸和甲状腺激素在骨髓间充质干细胞软骨分化中的作用

目的 探讨甲状腺素(thyroxine,T3)和维甲酸(retinoic acid,RA)对骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)软骨形成的影响。方法 在3种条件培养基中培养和诱导猪BMSCs成软骨分化:对照组使用软骨生成培养基(含10-7mol/L地塞米松和10 ng/mL转化生长因子β1),RA组采用软骨生成培养基加1μmol/L RA,T3组采用软骨生成培养基加100 nmol/L T3。采用MTT法单层检测BMSCs的增殖情况。收获第3代BMSCs,离心形成细胞颗粒,分为3组分别进行软骨细胞诱导。4周后采集3组的细胞颗粒,通过组织学染色和半定量基因表达分析进行软骨形成评估。结果 T3组BMSCs增殖高于对照组(P<0.05);RA组BMSCs增殖低于对照组(P<0.05);对照组BMSCs颗粒中观察到软骨特征的类腔隙结构和甲苯胺蓝阳性染色,RA组未见;RA组软骨发生标志基因ColⅡ、蛋白聚糖(aggrecan)和Sox9的表达与对照组相比显著降低,而肥大标志基因ColX的表达在RA组显著增加,成骨相关基因ColⅠ和Runx2的表达也明显降低,差异有统计学意义(P<0.05);T3组ColⅡ、aggrecan和Sox9的表达显著增加,Col X的表达也显著增加,差异有统计学意义(P<0.05),2组间ColⅠ和Runx2表达,差异无统计学意义(P>0.05)。结论 RA可抑制BMSCs的增殖和软骨形成,T3可促进BMSCs的增殖和软骨形成,但可诱导软骨细胞肥大。

RNAi干扰MHCⅡ基因表达后的骨髓间充质干细胞向血管内皮样细胞分化的研究

目的 慢病毒沉默BMSCs中的MHCⅡ基因表达,再向血管内皮样细胞诱导分化;检测慢病毒感染后的BMSCs的增殖活性、分化效应及分化后的免疫原性变化。方法 从大鼠骨髓中分离、培养BMSCs,用慢病毒(LV)沉默MHCⅡ基因的表达,观察其增殖情况。使用血管内皮生长因子(VEGF)诱导感染后的BMSCs向血管内皮样细胞(VEC)分化,观察分化后细胞的形态、蛋白及mRNA是否有变化,电镜下观察细胞质是否出现Weibel-Palade小体。结果 慢病毒感染后的BMSCs生长曲线与未感染的BMSCs无明显差别,增殖活性不受影响。LV-CIITA-BMSCs、LV-NC-BMSCs及BMSCs经过诱导后细胞形态发生变化,细胞质中出现Weibel-Palade小体,诱导后BMSCs的表面标志物CD34、Ⅷ因子及Flt-1 mRNA明显高于未诱导组,各个诱导组之间无统计学意义;LV-CIITA-BMSCs的MHCⅡ蛋白及mRNA表达明显低于LV-NC-BMSCs及诱导后的BMSCs。结论 BMSCs经过慢病毒感染后,不影响其增殖活性及向VEC分化。BMSCs经过分化后,其MHCⅡ蛋白及mRNA表达升高;但是LV-CIITA-BMSCs诱导后MHCⅡ蛋白及mRNA的上升幅度较LV-NC-BMSCs及BMSCs低。

骨髓间充质干细胞的成软骨分化及其在骨关节炎软骨损伤修复中的研究进展

骨关节炎(OA)软骨损伤修复一直是临床治疗面临的难题,目前尚无合适的药物和外科手术能够完全修复受损软骨。随着干细胞疗法的不断进步,骨髓间充质干细胞(BMSCs)在治疗软骨损伤方面体现出独特优势。BMSCs具有增殖能力强、免疫原性低及良好的成软骨分化潜能等生物学特性,现已逐步应用于OA软骨损伤的再生和修复,成为软骨组织工程中的热门种子细胞,但目前临床应用BMSCs的治疗方式较为单一。未来应加强BMSCs成软骨分化的机制研究,从生物支架材料、转化生长因子以及理化诱导环境等多方面探索高效的BMSCs成软骨转化过程,以期优化BMSCs在OA软骨损伤修复中的应用。

胰岛素样生长因子1对骨髓间充质干细胞软骨分化及基质金属蛋白酶表达的影响

背景:以往促进骨髓间充质干细胞软骨分化的研究,多将胰岛素样生长因子1作为辅助因子与其他细胞因子联合应用,而胰岛素样生长因子1单独应用能否促进骨髓间充质干细胞分泌软骨特异性胶原仍存在争议,其对骨髓间充质干细胞软骨分化及软骨胶原纤维稳定性的影响尚不清楚。目的:观察胰岛素样生长因子1对骨髓间充质干细胞软骨分化以及基质金属蛋白酶表达的影响。方法:构建含有胰岛素样生长因子1基因完整编码区的表达载体,稳定转染至大鼠骨髓间充质干细胞,设为胰岛素样生长因子1稳定转染组,同时设未转染组作对照。结果与结论:MTT检测结果显示,实验成功筛选得到胰岛素样生长因子1稳定过表达的骨髓间充质干细胞,转染后4d,细胞增殖能力显著增强(P<0.05)。RT-PCR,Westernblot法及免疫细胞化学检测结果显示,与未转染组相比,胰岛素样生长因子1稳定转染组细胞胰岛素样生长因子1,Ⅱ型胶原mRNA和蛋白的表达水平均显著升高(P<0.01),基质金属蛋白酶1,2,3mRNA表达显著降低(P<0.01)。结果证实,单独应用胰岛素样生长因子1能够有效促进骨髓间充质干细胞的增殖以及软骨分化,并维持软骨胶原纤维的稳定性。

体外诱导骨髓间充质干细胞定向分化为软骨细胞:转化生长因子β1、胰岛素样生长因子1的协同刺激作用

背景:目前诱导骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞主要以使用诱导因子的方法为主。目的:分析转化生长因子β1、胰岛素样生长因子1体外诱导骨髓间充质干细胞定向分化为软骨细胞的协同刺激作用,以求获得最佳的诱导效应。方法:取SD大鼠骨髓,采用全骨髓培养+贴壁纯化法分离培养骨髓间充质干细胞。按添加诱导因子不同分4组:转化生长因子β1+胰岛素样生长因子1组、转化生长因子β1组、胰岛素样生长因子1组、对照组。在基础诱导液基础上添加相应诱导因子诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化。诱导21 d后行Ⅱ型胶原免疫荧光染色,诱导7,14,21 d后行免疫细胞化学染色检测Ⅱ型胶原表达。结果与结论:(1)诱导21 d后,转化生长因子β1+胰岛素样生长因子1组、转化生长因子β1组免疫荧光显示胞浆呈棕红色,高度表达Ⅱ型胶原,而胰岛素样生长因子1组和对照组结果呈阴性;(2)免疫细胞化学染色显示,转化生长因子β1+胰岛素样生长因子1组在各个时间段的Ⅱ型胶原表达量明显高于转化生长因子β1组(P<0.01),且随着时间的延长,表达量逐渐增加。胰岛素样生长因子1组和对照组免疫细胞化学染色呈阴性;(3)结果表明,体外诱导骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞时,转化生长因子β1与胰岛素样生长因子1具有协同刺激作用,二者联合使用可获得较佳的诱导效应。

人骨髓间充质干细胞的扩增培养及向成软骨样细胞的定向诱导分化

从人骨髓中分离和培养间充质干细胞(MSCs),在原代和传代培养中其形态学上均为贴壁、纤维状的细胞,随着代次的增加细胞形态更加趋于一致.流式细胞仪鉴定CD45、CD34、CD117、HLA-DR阴性,CD29、CD166阳性,并随着培养代次的增加,阳性比率和阴性比率出现相应的上升和降低,说明细胞中MSCs纯度增加.第三代细胞大约有80%处于G0/G1期,S+G2+M期约20%,说明MSCs有强大的增殖潜能.在传代培养中的最适接种密度为5000个/cm2左右.MSCs在体外经历了滞缓期、对数生长期、平稳期3个时期,传代培养的MSCs生长速度比原代的MSCs明显快很多.采用程序降温法对MSCs进行冻存,60～90d后对冻存的MSCs进行复苏,发现MSCs仍可在体外良好生长4～6代,特定的MSCs样本可以扩增10代,说明经过冻存的细胞仍具有良好的增殖能力.对4例标本的前三代MSCs在体外利用TGF-β1和维生素C诱导两周后,用RT-PCR证明MSCs表达软骨特异性的II型前胶原的mRNA,说明培养的细胞具有向成软骨样细胞分化的潜能,由此进一步证实其为MSCs.