【摘要】:本研究首先基于傳統(tǒng)的細胞貼壁分離法和組織塊貼壁分離法技術(shù),發(fā)明了一種半貼壁的分離技術(shù),成功有效快速地獲得了大量的臍帶間充質(zhì)干細胞(MSC),并發(fā)現(xiàn)獲取的臍帶MSC具有通過IDO分子介導抑制T細胞的功能:其次,構(gòu)建了Thl細胞誘導的小鼠子癇前期(PE)模型,發(fā)現(xiàn)MSC移植能降低PE模型鼠蛻膜和脾臟淋巴細胞中TNF-α及脾臟淋巴細胞中IFN-γ和IL-4的表達水平,并首次報道MSC移植能有效的緩解孕鼠的PE癥狀;再次,發(fā)現(xiàn)miR-181a在PE患者臍帶和蛻膜來源的MSC中高表達,并且首次證明了miR-181a可通過TGF-β通路影響MSC細胞的增殖,高表達miR-181a的MSC可明顯上調(diào)IL-6和IDO表達水平,且IL-6和IDO的高表達與miR-181a誘導JNK和p38的磷酸化有關(guān);最后,發(fā)現(xiàn)高表達miR-181a的MSC可促進T細胞的增殖和IFN-γ分泌;miR-181a可降低MSC實驗性結(jié)腸炎的保護作用,提示miR-181a對MSC免疫調(diào)節(jié)功能的抑制可能是PE發(fā)病的一種新見解。 1、臍帶MSC分離技術(shù)的完善及其調(diào)控T細胞的機制 間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSC)具有免疫調(diào)節(jié)功能,該細胞易于分離、培養(yǎng)、擴增和純化,多次傳代擴增后仍具有干細胞特性,且具有強大的增殖能力、多向分化潛能及免疫原性低等特性,被認為是具有免疫豁免能力的一群細胞。在受到炎癥信號刺激的情況下,MSC會募集到發(fā)生炎癥損傷的部位,通過分泌細胞因子,趨化因子和細胞外基質(zhì)蛋白質(zhì),降低局部炎癥損傷,參與到局部炎癥部位的修復和再生。MSC能參與對多種免疫細胞的調(diào)節(jié),抑制T、B、DC和NK細胞的增殖和細胞因子分泌。Friedenstein等人最早根據(jù)骨髓來源的成纖維樣細胞和造血干細胞系對細胞培養(yǎng)皿塑料底部的貼附性差異,于1976年首次從兔骨髓中成功分離了MSC。除了骨髓以外,母胎界面也是一個重要的MSC細胞的來源,目前已經(jīng)能從臍帶、胎盤和羊膜等多種母胎界面的組織中分離到MSC。但是,有報道表明MSC的分離方法是決定MSC功能的一個重要的因素。由于MSC在組織中是少數(shù)細胞,因此采用傳統(tǒng)的細胞貼壁分離法并不能穩(wěn)定的分離到MSC。除此之外,目前已知的從組織中分離MSC的方法都必須先將組織消化成單細胞懸液,而我們選取的MSC分離來源臍帶又很難用傳統(tǒng)的膠原酶消化,再者使用長時間的消化,又可能影響細胞的活性,造成了從臍帶中獲得MSC比較困難。因此,尋找更好的臍帶MSC分離方法勢在必行。 我們嘗試結(jié)合傳統(tǒng)的細胞貼壁分離法和組織塊貼壁分離法,使用一種半貼壁的分離方式,成功有效快速的獲得大量的臍帶MSC。臍帶組織塊通過消化,能釋放出一部分MSC細胞,同時適量的溫和消化組織塊,可以使其更容易貼壁。貼壁后的組織塊中的MSC細胞會移動到細胞培養(yǎng)瓶中,并擴增。此外我們也改進了消化酶的配方,加入透明質(zhì)酸酶和中性蛋白酶,可以使消化出的細胞更容易分散成單個細胞,而不會成團,更有利于臍帶MSC的分離。 使用我們的分離方法,24小時內(nèi)可以觀察到貼壁的成纖維樣的細胞形態(tài),貼壁細胞一周內(nèi)分裂增殖并成漩渦狀生長。為了檢測分離的MSC的增殖潛能,我們檢測了細胞在2周內(nèi)的生長曲線,并且檢測了培養(yǎng)后第三代MSC的表型。臍帶MSC高表達CD29,CD44,CD90,CD105(SH2),CD73(SH3)和HLA-ABC,但是不表達CD19,CD11b,CD14,CD34和CD31(上皮細胞標志)和HLA-DR,和報道的骨髓MSC具有一樣的表面標記表型。 為了驗證我們獲取的臍帶MSC也具有免疫抑制的功能。我們使用MSC細胞與T細胞進行共培養(yǎng)試驗,檢測MSC對T細胞增殖的影響。我們預先在PBMC中純化獲得T淋巴細胞,并用植物血細胞凝集素(PHA)預刺激,然后與MSC細胞進行共培養(yǎng)。72小時以后,收獲T細胞,并用[3H]檢測T細胞的增殖情況。結(jié)果表明,經(jīng)過72小時的共培養(yǎng),臍帶MSC細胞可以有效的抑制PHA引起的T細胞增殖。接著,我們又進一步研究了臍帶MSC是否可以影響T細胞的活化。我們收集了與臍帶MSC共培養(yǎng)24小時后的T細胞,并用流式細胞儀檢測表面標記CD25,CD69以及內(nèi)源性的IFN-γ的表達情況。結(jié)果表明,臍帶MSC可以有效的降低T細胞內(nèi)源性的IFN-γ的表達水平,并略微的下調(diào)表面活化標志CD25和CD69的表達水平。進一步說明了臍帶MSC對T細胞的免疫抑制的功能。 進一步為了研究臍帶MSC是如何影響T細胞的免疫功能,我們檢測了臍帶MSC分泌的免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的細胞因子IL-6、TGFB、 IDO、VEGF和COX-2的mRNA和蛋白的表達水平。通過QPCR的方法驗證了在臍帶MSC中均表達上述細胞因子的mRNA,并通過ELISA和western blot的方法驗證了在臍帶MSC中大量的表達VEGF、IL6和COX-2的蛋白,而較少的表達TGF-β。此外,在正常的臍帶MSC中,IDO的蛋白本底表達水平極低,幾乎檢測不到,而在使用IFN-γ刺激的情況下,則可以檢測到大量的IDO被誘導表達。為了驗證是哪種細胞因子在MSC中起到了免疫抑制的功能,IL-6和TGF-β的中和抗體,IDO的抑制劑1-M-Trp以及PGE2的抑制劑indomethacin被加入了T/MSC共培養(yǎng)體系中。我們的結(jié)果顯示IDO的抑制劑1-M-Trp能有效的阻斷MSC細胞抑制T細胞增殖的能力,而IL-6和TGF-β的中和抗體,以及PGE2的抑制劑indomethacin并不能阻斷MSC細胞抑制T細胞增殖的能力。說明IDO而不是IL-6、TGF-p或者PGE2介導了臍帶MSC對T細胞的抑制功能。 2、MSC移植能調(diào)控母胎界面的功能緩解子癇前期的癥狀 為了研究MSC在母胎界面的功能,我們選擇了子癇前期(Preeclampsia,PE)作為我們研究MSC的疾病模型。PE是妊娠最常見的并發(fā)癥之一,發(fā)病率約占孕產(chǎn)婦總數(shù)的7-9%。以妊娠20周后血壓增高、蛋白尿為特征,可引起孕產(chǎn)婦心、腦、肝、腎、肺等重要臟器功能嚴重受損,圍生兒宮內(nèi)缺氧、生長受限、胎死宮內(nèi)。據(jù)臨床調(diào)查資料表明,PE位居我國孕產(chǎn)婦死亡原因的第二?墒,PE的發(fā)病機制至今未被闡明,故目前臨床上尚缺乏有效的治療手段,很多情況下不得不提前終止妊娠,造成妊娠失敗。因此,迫切需要深入研究PE的發(fā)病機制,尋找新的有效防治方法。最近的研究認為,PE可能是一種妊娠誘導的免疫性疾病,而母胎界面免疫系統(tǒng)平衡失調(diào)在PE的發(fā)生與發(fā)展過程中起著重要作用。在正常的妊娠過程中,體內(nèi)產(chǎn)生的細胞因子會向Th2型的免疫狀態(tài)偏移,正常妊娠孕婦的PBMC會產(chǎn)生更多的IL-4和IL-10,而不是IL-2和TNF-α。因此,正常的妊娠被認為是一種Th2型的免疫狀態(tài)。但是與正常妊娠明顯不同的是,PE患者的PBMC卻產(chǎn)生更多的Thl型的細胞因子,并且產(chǎn)生Th2型細胞因子的能力也在下降,提示PE患者中的免疫狀態(tài)向Thl型偏移。我們前期的結(jié)果也表面,不但在PBMC中,在蛻膜組織中,也存在Tc2和Th2細胞百分比下降,并且Tcl/Tc2細胞比例升高的情況,進一步說明了在母胎界面處也存在免疫狀態(tài)向Thl型偏移的情況。其中,TNF-α這個重要的Thl型細胞因子被發(fā)現(xiàn)在PE患者中表達明顯上升,并且可能對PE的發(fā)病起著重要的作用。PE患者中自身抗體介導的血管緊縮素受體活化被認為是通過TNF-α起作用,并且PE患者產(chǎn)生的血管緊縮素受體的自身抗體和TNF-α能共同影響可溶性的人血管內(nèi)皮生長因子受體1和可溶性的內(nèi)皮因子的表達水平。而可溶性的人血管內(nèi)皮生長因子受體1和可溶性的內(nèi)皮因子在PE的發(fā)病中起到了關(guān)鍵的作用。 雖然已經(jīng)有一些研究報道通過靶向特定的PE病原分子對PE進行治療,但是目前還沒有通過改善PE中的免疫失衡狀況來治療PE的報道,因此恢復PE患者體內(nèi)的免疫平衡,很可能是治療PE的新思路和手段。我們根據(jù)文獻報道構(gòu)建了Thl細胞誘導的小鼠PE模型,并且試圖通過靶向TNF-a分子尋找治療PE的新途徑。我們之前獲取了臍帶MSC細胞,并證明了MSC對T細胞的免疫抑制能力。之前的報道也表明,MSC細胞可以治療多種自身免疫疾病模型,說明MSC治療可能是用于治療的PE的有效候選方法。 我們構(gòu)建了Thl細胞誘導的小鼠PE模型,通過給PE模型鼠傳輸MSC的方法治療PE。我們的結(jié)果表明,給PE模型鼠傳輸MSC能有效的延緩小鼠PE的發(fā)病,降低血壓,減少蛋白尿并減少胎盤吸收的發(fā)生。此外,傳輸MSC還能保護PE模型鼠胎鼠的生長發(fā)育,提高胎盤胎仔重和活胎數(shù)量。對腎臟和胎盤的組織學分析也表明傳輸MSC能減弱腎臟和胎盤部位的病理情況。更重要的是,給PE模型鼠傳輸MSC能降低蛻膜和脾臟淋巴細胞中TNF-α的表達水平,同時也能降低IFN-γ和IL-4在脾臟淋巴細胞中表達水平。這說明MSC可以通過逆轉(zhuǎn)PE模型鼠蛻膜和脾臟淋巴細胞中細胞因子的異常表達來保護妊娠。 我們首次報道了通過給PE模型鼠傳輸臍帶MSC能有效的緩解孕鼠的PE癥狀。給PE模型鼠傳輸臍帶MSC能降低PE模型鼠血壓,減少蛋白尿并減少胎盤吸收的發(fā)生,減輕PE引起的腎小球腎炎,保護胎鼠發(fā)育過程。并且,我們闡述了MSC可能是通過反轉(zhuǎn)了TNF-α在蛻膜和脾臟淋巴細胞中的異常表達達到緩解孕鼠的PE癥狀的機制。同時MSC能有效的緩解孕鼠的PE癥狀,也從側(cè)面說明在PE患者母胎界面,MSC可能發(fā)生了功能異常。提示MSC的改變可能是PE發(fā)病的一個新的機制。 3、 miR-181a調(diào)控MSC的機制 母胎界面的MSC是怎樣發(fā)生變化的呢?microRNAs (miRNAs)的發(fā)現(xiàn)是近年重大的科學突破之一,改變了我們尋找基因調(diào)節(jié)的方法。microRNAs是一種短(19-25核苷酸)的單鏈非編碼RNA,他通過和mRNA3'端非翻譯區(qū)結(jié)合調(diào)節(jié)目的基因的表達水平。miRNAs的高表達或下調(diào)以及遺傳改變可影響它們與靶基因的結(jié)合,涉及許多疾病的發(fā)病機制,并涉及發(fā)育、分化、凋亡及腫瘤形成等多種生物學功能。我們前期研究發(fā)現(xiàn)PE患者胎盤中miR-181a水平表達升高,提示我們miR-181a可能通過影響MSC的功能從而影響PE的疾病發(fā)生。miR-181a據(jù)報道有抑制腫瘤細胞的生長,并調(diào)節(jié)免疫細胞的功能,但是miR-181a在MSC中的具體功能還未見報道。 為此,我們研究了miR-181a是否能夠調(diào)控MSC細胞的生長并且改變MSC的免疫調(diào)節(jié)功能,同時miR-181a對MSC的調(diào)控作用是通過什么信號通路介導的。我們發(fā)現(xiàn),在PE患者臍帶和蛻膜來源的MSC中,miR-181a的表達水平要高于正常妊娠來源的MSC。說明在PE患者中MSC細胞可能發(fā)生了改變。我們將分別用于高低表達miR-181a的片段pre-miRNA181a分子以及anti-miR-181a inhibitor利用Lipofectamine2000轉(zhuǎn)入MSC細胞,并利用CCK8和流式細胞術(shù)檢測轉(zhuǎn)染后的細胞的增殖情況和細胞活力。結(jié)果表明,在MSC細胞中高表達miR-181a,會影響MSC細胞的增殖,但是不會影響MSC細胞的凋亡。為了研究miR-181a影響細胞的增殖的機制,我們使用計算機預測miR-181a相關(guān)的靶基因,并發(fā)現(xiàn)miR-181a靶向TGF-β通路蛋白TGFBR1和TGFBRAP1。我們采用QPCR檢測了高表達miR-181a的MSC中TGFBR1和TGFBRAP1分子mRNA表達水平,并采用Westernblot檢測TGFBR1和TGFBRAP1分子蛋白表達水平,并構(gòu)建了含有TGFBR1和TGFBRAP13'UTR的luciferase質(zhì)粒驗證miR-181a是否與TGFBR1和TGFBRAP1的3’UTR直接結(jié)合。結(jié)果表明,高表達miR-181a降低了MSC中TGFBR1和TGFBRAP1分子mRNA和蛋白的表達水平;luciferase熒光報告基因?qū)嶒炓沧C實miR-181a直接結(jié)合TGFBR1和TGFBRAP1的3’UTR;此外,高表達miR-181a的MSC細胞SMAD2磷酸化水平明顯低于對照組。說明miR-181a是一個內(nèi)源性的TGF-β通路阻斷劑,miR-181a可通過TGF-β通路影響MSC細胞的增殖。 另一方面,MSC的免疫調(diào)節(jié)功能也是MSC的一個重要功能,將分別用于高低表達miR-181a的片段pre-miRNA181a分子以及anti-miR-181a inhibitor利用Lipofectamine2000轉(zhuǎn)入MSC細胞,并利用QPCR檢測了與MSC的免疫調(diào)節(jié)功能相關(guān)了細胞因子(IL6, TGFB, IDO, VEGF和COX2)的表達水平。結(jié)果顯示,高表達miR-181a明顯上調(diào)IL6和IDO mRNA表達水平。通過ELISA和Western blot檢測也驗證了上述的結(jié)果。為了研究miR-181a誘導IL6和IDO高表達的機制,我們使用MAPK通路的抑制劑處理高表達miR-181a的MSC細胞,結(jié)果表明JNK的抑制劑抑制了miR-181a誘導的IDO表達,而p38的抑制劑抑制了miR-181a誘導的IL6表達。說明miR-181a可能通過誘導JNK和p38的磷酸化水平誘導IL6和IDO高表達。我們還檢測了高表達miR-181a的MAPK通路的磷酸化水平。結(jié)果顯示,miR-181a在轉(zhuǎn)染MSC細胞18小時后上調(diào)了JNK和p38激酶的磷酸化水平。為了研究miR-181a對MSC細胞因子分泌水平的影響是否會影響MSC對免疫細胞的調(diào)節(jié)功能,我們將高表達miR-181a的MSC的細胞和T細胞共培養(yǎng),結(jié)果顯示,在短期培養(yǎng)的情況下,高表達miR-181a的MSC甚至會促進T細胞的增殖,而不是像正常MSC一樣抑制T細胞的增殖;并且高表達miR-181a減弱了MSC抑制T細胞表達IFN-y的能力。我們的結(jié)果證明了miR-181a在MSC細胞中生長和免疫調(diào)節(jié)功能的雙向調(diào)節(jié)作用。 為了進一步驗證miR-181a對MSC功能的影響,我們研究了miR-181a對MSC傳輸治療的作用。MSC已經(jīng)被用于治療移植物抗宿主病,糖尿病,類風濕關(guān)節(jié)炎,自身免疫性腦脊髓炎,系統(tǒng)性紅斑狼瘡,牙周炎,炎癥性腸道疾病和敗血癥等多種動物疾病模型,并證實了其在體內(nèi)免疫抑制和抗炎癥的作用。雖然我們之前的研究表明通過給PE模型鼠傳輸臍帶MSC能有效的緩解孕鼠的PE癥狀。但是Thl誘導的PE模型有其本身的局限性,雖然該模型具有PE的一些特征,但并不能完全的反應人類PE的全部癥狀和病理情況,因此未被廣泛應用。 DSS誘導的實驗性結(jié)腸炎是一個廣泛使用的研究免疫炎癥狀態(tài)的模型,MSC用于治療DSS誘導的實驗性結(jié)腸炎模型的報道已有多篇,是一個比較成熟的用于研究MSC治療的模型。我們通過連續(xù)給雄性C57BL/6小鼠口服3%DSS8天,成功誘導了結(jié)腸炎模型。相對于正常組的小鼠,模型組小鼠有更高的疾病評分,并伴隨著體重下降,更短更輕的結(jié)腸,以及更高的死亡率。組織學的研究也表明,模型組小鼠發(fā)生腸壁增生并有局部炎性細胞浸潤,伴隨著上皮潰瘍和杯狀細胞丟失。而傳輸正常的MSC細胞可以有效的減緩疾病的發(fā)生程度,表現(xiàn)在更低的疾病評分,穩(wěn)定小鼠體重,抑制結(jié)腸炎癥的發(fā)生。在DSS誘導后第12天可以觀察到更長更重的結(jié)腸以及更低的死亡率。組織學的結(jié)果也表明,MSC傳輸可以阻止腸壁增生和局部炎性細胞浸潤,恢復上皮潰瘍和杯狀細胞。更重要的是,miR-181a會降低MSC對DSS誘導的實驗性結(jié)腸炎的保護作用。顯示了miR-181a在體內(nèi)降低了MSC的免疫調(diào)節(jié)功能。
【學位授予單位】:南京大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2012
【分類號】:R363
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10 馬蘭蘭;不同胎齡人臍帶血間充質(zhì)干細胞的研究[D];中國醫(yī)科大學;2010年
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2555162