1。介绍
脊髓损伤(SCI),一种常见的中枢神经系统(CNS)损伤,不仅会导致不可逆的神经功能障碍,还背负了很大负担,病人和他们的环境(
1]。尽管有广泛的研究和试验各种治疗策略的多年来,SCI后瘫痪的补救措施仍然是难以捉摸的(
2,
3]。然而,结果无限增殖和multilineage分化骨骨髓来源间充质干细胞(bmsc)已经逐渐改变了公众的悲观态度SCI (
4]。bmsc具有广阔的应用前景在组织修复和重建(
5,
6各临床试验)和已使用。最近,bmsc一直视为另一种策略,科学的治疗,因为这些细胞能够分化成neuron-like细胞和轴突再生过程中参与
7]。但是,只有一小部分的移植细胞成功地穿过blood-spinal绳屏障和达到目标组织或器官受损,用相对较低的存活率,从而阻碍干细胞移植疗法在临床的广泛应用(
8,
9]。因此,迫切需要开发一种改进的方法来提高BMSC移植和导航为目的的更好的治疗效果。
干细胞细胞组织再生需要开拓殖民地的从最初的地点迁移到损伤网站(
10]。肌动蛋白filament-microtubule交互,由几个不同的但相互作用的信号通路,需要全细胞迁移过程(
11,
12]。其中,增殖蛋白激酶(MAPK)是细胞活性的主要信号通路,增殖,细胞凋亡,参与维护神经兴奋过度SCI后(
13- - - - - -
15]。这些研究结果为今后的临床治疗提供更多的方向。
Fasudil (FAS)是一种强有力的ρ激酶(岩石)抑制剂具有良好的治疗效果在蛛网膜下腔出血患者没有严重的副作用
16,
17]。表达水平RhoA和RhoB(人类)或ROCK1 ROCK2(老鼠)是调节在SCI后受伤的网站
18]。通过抑制FAS,可以阻止ρ/摇滚通路的抑制效应在再生的血液流动和规范化受伤的网站,从而进一步保护受损的神经组织(
19]。此外,千叶等人还发现,FAS可以提高轴突再生诱导bmsc移植体内,从而发挥神经保护作用SCI (
10]。尽管如此,FAS是否有可能促进bmsc的迁移以及是否发生可能的潜在机制通过MAPK信号通路尚不清楚。
在这项研究中,我们评估bmsc FAS体外处理的迁移能力和探索它的底层机制。此外,我们进一步研究FAS的影响bmsc移植到老鼠的归巢能力受到科学。我们的研究结果提供了一个理论依据FAS发挥承诺作用中枢神经系统创伤的干细胞移植。
2。材料和方法
2.1。材料
特定无菌的雄性SD (SD)大鼠中提供的用于本研究广东医学实验动物中心(佛山,中国,没有证书。44007200047868)。所有的动物治疗的动物指南广州中医药大学。
α修改鹰的介质(
αmem),胎牛血清(的边后卫)和胰蛋白酶获得Gibco-BRL(美国纽约)。细胞计数kit-8 (CCK-8)从Dojindo购买实验室(熊本、日本)。在阿拉丁FAS购买(纯度≥98%;中国上海)。SP600125, PD98059和SB202190买来塞莱克化学品(美国TX)。5
′
-Bromo-2-deoxyuridine (BrdU)从Sigma-Aldrich购买(美国密苏里州)。Transwell系统购买从微孔(马、美国)。若丹明phalloidin从Yeasen买生物技术(上海,中国)。FAS溶解在PBS稀释培养基。
2.2。细胞隔离和文化
bmsc孤立从胫骨和股骨的骨髓还是老鼠用离心法和洗涤如前所述
20.]。细胞被播种到25毫升培养瓶培养
αmem补充10%的边后卫在标准的孵化器在湿润的气氛中5%的有限公司2和95%的空气在37°C。培养基是小心翼翼地改变每3天。大多数培养细胞被当成bmsc,细胞从3到5通道被用于后续的实验。
2.3。Immunophenotypic bmsc的分析
在第三段,bmsc使胰蛋白酶化然后离心机。细胞颗粒轻轻resuspended成单个细胞悬浮液在冰冷的PBS包含0.1% BSA,密度是调整到3×106细胞/毫升。接下来,约3×105细胞被染色和藻红蛋白(PE)标记主要CD44抗体,CD34,相应的同形像控制抗体鼠IgG1在室温下在黑暗中。与冰冷的PBS洗两次后,这些细胞被固定在1%多聚甲醛(PFA)和流式细胞术分析了确定鼠bmsc的表面标记表达式和纯洁。
2.4。分化的bmsc
确定孤立bmsc具有多功能体外分化能力,bmsc通道4在成骨诱导培养中含有0.01%地塞米松,1%
β甘油磷酸盐,0.2%抗坏血酸或chondrogenic感应介质含有0.01%地塞米松,0.3%抗坏血酸,1% insulin-transferrin-selenium +预混料、丙酮酸钠0.1%,TGF -脯氨酸0.1%,和1%
β3为2周。感应介质是每三天更换一次。分化后,细胞被固定为4% PFA 20分钟并受茜素红染色,碱性磷酸酶染色,阿尔新蓝染色。文化被洗了三次PBS和使用一个倒置显微镜相机拍照。
2.5。细胞增殖实验
一个CCK-8试验进行评估FAS bmsc的增殖的影响。bmsc通道4被播种在96 -孔板的密度1×104细胞每四个复制为每个组。融合bmsc上升到80%时,细胞血清饥饿12 h,然后处理完全培养基有或没有FAS不同浓度(0、3、10、30和100
μ米)相应的12、24、36 48和72 h。在每个时间点,10
μL (CCK-8试剂添加到每个好,为进一步孵化2 h在37°C。当时光密度测量的波长450 nm使用标仪(美国Bio-Rad)根据制造商的协议。
2.6。抓伤口愈合试验
bmsc通道3被播种在6-well盘子1×10的密度6细胞每口井。当细胞融合增长到90%,媒介是吸气,细胞serum-starved 12 h。轻轻刮伤是由使用无菌的微量吸液管尖上一层均匀的细胞,细胞和细胞碎片和浮动与PBS被清洗。的细胞迁移从伤口伤员的边界地区拍摄(0)12,受伤后24 h在同一地区。固定后,细胞被沾0.1%结晶紫(Beyotime,中国)30分钟和观察如前所述
21]。分析进行了一式三份。
2.7。Transwell迁移分析
细胞迁移是衡量使用Transwell系统(美国微孔),聚碳酸酯8的过滤膜
μ孔隙大小。细胞密度被调整至1×106细胞/毫升
αmem包含1%的边后卫。细胞被分成以下组:(1)对照组(0
μM FAS的上下两院);(2)FAS集团(上院:0
μM FAS,降低室:30
μM FAS);(3)FAS + PD组(上院:0
μM FAS,降低室:30
μM FAS和20
μM PD98059);(4)FAS + SP集团(上院:0
μM FAS,降低室:30
μM FAS和20
μM SP600125);和(5)FAS +某人集团(上院:0
μM FAS,降低室:30
μM FAS和20
μ米SB202190)。150年
μL细胞悬液添加到参议院,和基础培养基含有不同的试剂添加到众议院。在24小时的潜伏期结束时,所有的nonmigrated细胞在参议院被cotton-tipped拭子和细胞迁移通过毛孔与结晶紫染色。细胞迁移到过滤器的底部与光学显微镜拍摄,和五个视觉领域被随机选中每个插入的计数。
2.8。若丹明Phalloidin染色
bmsc生长在24-well板有一个玻璃盖玻片在每口井的300个细胞的密度。这些细胞被serum-starved 12 h和随机分为对照组、FAS, FAS + PD组,FAS + SP集团和FAS +某人。bmsc与对照组治疗
αmem,而在实验组对FAS有或没有三个抑制剂之一。治疗后,细胞被固定为4% PFA 20分钟,permeabilized Triton x - 100为15分钟,0.2%和屏蔽5%牛血清白蛋白(BSA;中国Biosharp)在室温下30分钟。bmsc对盖玻片与PBS清洗三次,沾染了100 nM罗丹明phalloidin 30分钟,然后用4复染色
′
,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI;核,细胞信号技术,美国)标签和安装。细胞图像捕获与徕卡SPE-II共焦激光扫描显微镜(德国徕卡微系统)。
2.9。免疫印迹分析
Phospho-extracellular signal-regulated激酶1/2 (ERK1/2) phospho-c-Jun伴激酶(物),和phospho-p38蛋白质表达被免疫印迹检测。总之,每个样本的细胞蛋白提取使用细胞裂解缓冲。等量的总蛋白分离electrophoretically 10% sds - page凝胶(Beyotime,中国)和electrotransferred到PVDF膜(美国微孔)。阻止5%脱脂牛奶后,膜与蛋白质样本孵化主要抗体phospho-ERK1/2(美国Abcam) phospho-JNK,和phospho-p38(细胞信号技术,美国)一夜之间在4°C,紧随其后的是连续的孵化与辣根peroxidase-conjugated二级抗体在室温下为90分钟。免疫印迹分析图像捕获在一个化学发光成像分析仪(美国Bio-Rad),和乐队的强度量化使用数量一个软件(美国Bio-Rad)。
2.10。FAS预处理和BrdU标记bmsc体外
bmsc通道3被分成2组(1×106细胞每组):对照组(1)和(2)FAS治疗组。FAS被溶解在PBS的最终浓度30
μm .所有组的细胞被标记为10
μmol / L的BrdU有或没有FAS 3天。的效率BrdU标记荧光显微镜观察。后续实验的细胞被收获。
2.11。挫伤SCI模型和BMSC移植
十八岁成年雌性SD大鼠体重270 - 300克,随机分为模型组、BMSC集团和FAS + BMSC组。每只动物受到了一个温和的SCI如前所述的挫伤模型,与小修改(
22]。进行背椎板切除术T9-T10层次在戊巴比妥钠麻醉(40毫克/公斤,i.p。),然后,脊髓和硬脑膜被曝光。随后,10 g的体重撞击器(直径2毫米)降至50毫米的高度暴露在T10水平的硬脑膜。青霉素(3×104U /公斤)是肌内注射的SCI后3天。觉醒后,每个大鼠膀胱是手动压一天两次,直到autourination功能得以恢复。SCI后七天,FAS + BMSC组的老鼠注射BMSC,孵化与FAS 72 h,和老鼠BMSC组通过尾静脉注射BMSC没有FAS预处理;模型组注射同样体积的PBS。细胞注射之前都用BrdU标记。
2.12。免疫荧光分析
手术后4周,所有老鼠都深麻醉,然后灌注transcardially PFA冰冷的PBS紧随其后的是4%。脊髓节段病变部位集中在(5毫米)被移除,后缀相同的固定剂一夜之间,与30%蔗糖脱水,嵌入在10月。样本切成连续的横截面的10
μm和挂载玻片上。与PBS冲洗三次后,5% BSA和孵化的串行部分被封锁在一夜之间在4°C的解决方案包含BrdU主要抗体(细胞信号技术,美国)来确定脊髓移植细胞的分布。在PBS另外三个5分钟洗之后,部分与二次抗体反应在室温下1 h。细胞核与DAPI复染色为5分钟。然后,幻灯片是显微镜观察安装和加工。染色bmsc积极量化每个部分的三个随机领域。
2.13。统计分析
数据统计分析和均值±标准差。两组之间的差异进行了分析统计未配对的学生的
t
以及。组间差异进行评估与单向方差分析(方差分析)。的概率值
P
<
0.05
接受了统计学意义。所有使用SPSS 24.0分析软件。
3所示。结果
3.1。隔离、文化和老鼠bmsc的识别
在初始阶段,老鼠bmsc展出呈螺旋形状和排列在文化、融合在第七天(图达到80% -90%
1(一))。漂浮的细胞被完全废除通道3(图
1(一))。流式细胞仪数据显示表面标志和细胞纯度的表达积极CD44(97.3%)和负CD34(0.9%),表明大部分的细胞表达鼠bmsc(图的标准表面标记
1 (b))。感应,bmsc不断分化成成骨/ chondrogenic细胞,表明bmsc多功能(图
1 (c))。
形态、表型鉴定和老鼠bmsc的分化。(一)代表的BMSC形态在不同的段落。(b)的bmsc与CD44 (97.3%)、CD34(0.9%),和相应的控制同形像。(c)分析成骨分化使用碱性磷酸酶染色和茜素红染色,分析使用阿尔新蓝染色chondrogenic分化。
3.2。FAS bmsc的增殖的影响
对BMSC扩散研究FAS的影响,细胞培养介质和接受不同剂量的FAS(0、3、10、30和100
μ米)12 - 72 h。然后,我们测量CCK-8测定细胞增殖。如图
2,对照组之间没有明显差异和FAS治疗组,表明FAS不明显促进BMSC扩散。
FAS bmsc的增殖的影响。综合治疗与不同浓度的FAS(0、3、10、30和100
μM) 12、24、36 48和72 h。折线图显示bmsc的增殖率取决于CCK-8化验。
3.3。FAS促进BMSC移植体外
接下来,我们评估了FAS对细胞迁移的影响通过抓伤口愈合试验和Transwell迁移试验。擦伤的伤口愈合实验,大量的细胞治疗与不同浓度的FAS从伤口的边界迁移到伤口面积24 h后,只有少量的未经处理的细胞中发现刮伤(3
μ米和10
μ米(
P
<
0.05
)和30
μ米(
P
<
0.01
);图
3(一个))。FAS 3
μ10米,
μ米,30
μM bmsc的伤口愈合率增加到41.3%,60.5%,和72.6%,分别为(图
3 (b))。综上所述,FAS (30
μ米),有效的对迁移的影响和对增殖没有明显的影响,因此选择进一步的实验。在Transwell迁移试验也得到了相似的结果。更大的迁移能力观察FAS-treated组与对照组相比,和30
μM FAS导致增加两倍的bmsc迁移到下议院(图
3 (c))。在一起,这些数据表明,FAS促进在30 BMSC移植的最大刺激效应
μM。
FAS诱导BMSC移植体外。(a)刮伤口愈合试验的bmsc处理3、10和30
μM FAS。相衬图片被抓获在0 12和24小时后。(b)所示的实验数据量化(a)。三个随机领域从每组中选出的,伤口愈合率是衡量使用ImageJ软件。(c)分析FAS治疗由Transwell bmsc移植试验。相衬的画面迁移细胞24 h后。结果显示为5的平均值随机从每个插入字段。三个独立实验的平均值和标准偏差。
∗
P
<
0.05
和
∗
∗
P
<
0.01
与控制(CT)组。
3.4。FAS增强BMSC移植可能通过刺激肌动蛋白纤维形成压力
在高等真核生物,细胞可以使用不同的迁移模式迁移,迁移后的间充质细胞的特点是纤维肌动蛋白的存在压力。探讨FAS对肌动蛋白bmsc应力纤维的影响,我们发现肌动蛋白细胞骨架的分布和形成bmsc使用免疫荧光。与罗丹明phalloidin压力肌动蛋白纤维染色,有明显的肌动蛋白纤维形成压力的能力不足缺乏FAS (30
μ米)治疗。这个观察是一致的在所有细胞(图分析
4)。
FAS压力刺激肌动蛋白纤维bmsc的形成。伴血清饥饿了12 h与PBS和治疗或30
μM FAS 4 h。治疗后,若丹明phalloidin染色进行压力染色肌动蛋白纤维。核与DAPI复染色。
3.5。FAS上调的蛋白表达MAPK信号通路
激活MAPK信号通路对细胞迁移过程至关重要。检查FAS能否移植MAPK信号通路,我们把细胞与FAS (30
μ米)30、60、120或240分钟,测量ERK1/2的磷酸化状态的表达水平,物,通过免疫印迹。我们发现phospho-ERK1/2的表达水平,phospho-JNK,和phospho-p38 FAS治疗后显著增加30分钟,达成最大60分钟,120分钟,120分钟,分别(图
5)。
FAS上调的蛋白表达在bmsc MAPK信号通路。bmsc为12 h和血清饥饿处理30
μM FAS 30、60、120或240分钟。总蛋白提取准备,ERK1/2的磷酸化水平,物,人们被免疫印迹检测。(a)代表p-ERK1/2免疫印迹图像,p-JNK, p-p38。(罪犯)的光密度分析的屁股被GADPH规范化后面板所示。单向方差分析之后,图基的测试。实验至少重复三次。
∗
P
<
0.05
,
∗
∗
P
<
0.01
与控制(CT)组。
3.6。激活MAPK信号通路导致FAS-Induced BMSC移植
进一步研究MAPK信号通路的作用在FAS-induced BMSC迁移,我们分析了挠伤口愈合细胞迁移能力的测定,Transwell迁移试验,和若丹明phalloidin染色存在的特定的ERK抑制剂(PD98059)、物(SP600125),或p38 (SB202190)。见抓伤口愈合试验和Transwell迁移试验(图
6抑制剂组),显示显著减少FAS-induced bmsc的迁移。罗丹明phalloidin染色,也获得了类似的调查结果和大量的肌动蛋白应力纤维排列在细胞体相比控制(图
7)。治疗后与FAS的存在三个抑制剂,肌动蛋白纤维压力减少的数量,只有少量的纤维分布在细胞膜被观察到。
FAS促进BMSC移植体外通过MAPK信号通路的激活。综合治疗与FAS MAPK抑制剂的存在,然后,我们确定在FAS-induced MAPK信号通路的作用迁移通过抓伤口愈合试验和Transwell迁移试验。(一)相差0,捕捉到的图像是12,24小时后。(b)相衬细胞迁移24 h后的图像。(c)量化的数据实验(一)所示。(d)从实验量化的数据(b)所示。三个独立实验的手段±标准差。
∗
P
<
0.05
,
∗
∗
P
<
0.01
与FAS组。
FAS诱发肌动蛋白纤维形成的压力激活MAPK信号通路。bmsc血清饥饿12 h,使用的三个抑制剂1 h,然后与FAS孵化。治疗后,若丹明phalloidin染色进行压力染色肌动蛋白纤维。核与DAPI复染色。
3.7。FAS的归航BrdU-Labeled bmsc SCI模型
以确保大部分的bmsc与BrdU标记,包含10个完全培养基的细胞培养
μM BrdU 3天。免疫荧光结果显示BrdU-positive (BrdU的百分比+)bmsc,对照组为90.6±3.3% FAS治疗组为90.9±2.4% (
P
>
0.05
;数据
8(一个)和
8 (b))。静脉移植后21天,bmsc移植到脊髓受伤跟踪使用BrdU疣状。植入细胞被标识为红色荧光细胞组件大小不同的脊髓。BrdU的百分比+在受伤部位细胞模型组,BMSC集团和FAS + BMSC组分别为4.2±0.4,40.3±1.9,76.3±2.3,分别(图
8 (c))。如图
8 (d),BrdU的数量+细胞在老鼠中FAS + BMSC组大约两倍的老鼠在BMSC组。
BrdU bmsc移植到脊髓损伤组织化学染色。(一)阳性细胞在细胞核贴上红色荧光。并在BrdU BrdU-DAPI染色显示无显著差异+两组之间的综合。(b) BrdU标记效率在控制(CT)组90.6±3.3%,FAS治疗组和90.9±2.4%。(c)的bmsc使用FAS脊髓受伤组织远远大于bmsc集团注入的控制。(d)阳性细胞百分比的统计数据分析脊髓损伤部位。
∗
∗
P
<
0.01
显示组间显著差异(单向方差分析)。
4所示。讨论
越来越多的证据表明,间充质干细胞是一种很有前途的组织工程细胞来源,组织再生,基因治疗应用。间充质干细胞与骨髓可以分化成neuron-like细胞和分泌一系列的神经营养因子(
23),因此吸引了研究者的注意科学的治疗。bmsc的细胞疗法的使用依赖于这些细胞的能力和长期灌输到适当的目标组织。然而,bmsc的缺陷迁移潜力已经讨论,认为阻碍其有效使用基因疗法或组织再生
24]。因此,迫切需要开发一种改进的方法来增加bmsc的归巢率。在这项研究中,我们假设FAS可能提高bmsc的迁移。确定最优浓度诱导BMSC FAS的迁移,从0浓度
μM - 100
μM CCK-8试验进行了测试。我们发现对BMSC扩散FAS没有积极的影响。结合试验,我们发现FAS 30
μ米诱导BMSC移植比其他浓度的FAS,所以这个浓度是用于后续实验。此外,pro-migration FAS对bmsc的影响进一步证实Transwell迁移。我们进一步表明,FAS提升bmsc的肌动蛋白纤维形成压力,这可能是负责其对bmsc pro-migration影响。
细胞骨架包括三个主要聚合物系统:微管、微丝和中间纤维(
25]。肌动蛋白微丝网络是至关重要的维持细胞形状和功能的细胞,尤其是在真核细胞
26]。它有众多的角色在细胞粘附等细胞过程、能动性,细胞信号,贩卖胞内和胞质分裂。先前的研究表明ρ抑制剂如FAS不仅促进了间充质干细胞在体外的迁移也抑制肌动蛋白的形成应力纤维(
24]。然而,一些研究人员持有相反的看法之间的关系压力肌动蛋白纤维的形成和细胞迁移,一大部分原因要归咎于不同的物种的细胞得到测试。mesenchymal-migrating细胞的特点是纤维肌动蛋白的存在压力,认为基于调节肌凝蛋白ii的收缩性。基于肌凝蛋白ii的收缩性调节各种细胞活动发生的空间和时间的方式来实现定向细胞迁移(
27]。在治疗与FAS的间充质细胞,肌动蛋白肌球蛋白II铺面装修成薄包。这一行动促进的积累
α辅肌动蛋白在这些actin-myosin包,导致肌动蛋白的形成和装配应力纤维(
28]。值得注意的是,有一个关闭之间的互连应力纤维,可能确保实现定向细胞迁移(基于时空肌凝蛋白ii的收缩性
29日,
30.]。有趣的是,一些细胞,如白细胞迁移速度没有压力肌动蛋白纤维,因此一些研究者得出结论,应力纤维形成抑制细胞迁移(
31日]。随后,这一结论被打消了,部分原因是更准确的理解不同的迁移模式和压力肌动蛋白纤维迁移和静止细胞的差异。
越来越多的证据表明,MAPK信号通路在BMSC移植的过程中起着至关重要的作用[
25,
32- - - - - -
34]。激活的MAPKs早期和晚期阶段可能由不同的机制和有不同的功能(
35),这仍有待澄清。当激活时,MAPKs增强肌球蛋白轻链激酶(MLCK)活动,导致增加多层陶瓷磷酸化(
36]。所需的多层陶瓷似乎磷酸化形成和改造细胞的肌动蛋白丝
37]。在我们的研究中,逐步的磷酸化三MAPK家族的成员,被ERK1/2,物,和p38调节FAS治疗后30分钟。目前的结果类似于另一项研究中,表明FAS PD98059治疗逆转细胞凋亡诱导的缺血预处理(
38]。基于当前的发现,激活MAPK信号通路参与FAS-induced BMSC迁移。
改进的bmsc的定向导航,许多技术已经开发出来,如干细胞战略或目标组织的策略(
39]。尽管有前途的文学,有一定的局限性,很难概括这些结果的诊所。与其他策略相比,FAS治疗,这本身就是报道促进轴突再生和提高SCI后功能恢复,可能对bmsc起到积极作用
40]。在这项研究中,我们成功地与BrdU标记鼠bmsc,发现FAS BrdU标记率没有显著影响。脊髓组织的免疫荧光分析显示,更多FAS-pretreated bmsc迁移到受伤部位,主要分布在神经胶质疤痕。这一发现表明,FAS可以提高企业综合体内的迁移,这可能有助于建立科学的验证策略SCI的细胞移植治疗的临床情况。虽然我们的研究没有提供深入的评估组织和行为差异,总体而言,FAS + BMSC组优越的下肢运动功能的恢复。在进一步的研究中,具体机制FAS的联合治疗应更详细地研究。