文摘
背景。胰岛素的功能间充质干细胞(MSC)仍然知之甚少。方法。从人脐带MSC矩阵(UCM)采用无血清培养技术媒体(SFM)有或没有胰岛素受到各种分子生物学分析以确定其增殖和生长状态,Akt-cyclin D1信号分子的表达水平,体外分化能力。结果。胰岛素加速了细胞周期进程G1-S UCM-MSC和SFM明显刺激其增殖和增长。胰岛素的前导作用与增强细胞周期蛋白D1和磷酸化激酶表达的水平。Akt失活非常废除insulin-induced增加细胞周期蛋白D1表达和细胞增殖,表明胰岛素提高UCM-MSC通过加速度的扩散G1-S过渡Akt-cyclin D1介导的通路。此外,UCM-MSC传播在SFM补充胰岛素表现出相似的特定的表面抗原概要文件和分化能力生成包含胎牛血清在传统媒体。结论。这些发现表明,胰岛素作用仅仅促进UCM-MSC增殖而不影响他们的immunophenotype和分化潜力,从而为利用胰岛素具有重要意义扩大clinical-grade MSC在体外。
1。介绍
获得间充质干细胞(MSC)最初是作为一个呈子集的骨髓基质细胞(BM)和已经分离出几乎所有产后组织(1]。尽管一些如翻倍时间存在差异MSC与各种成人组织,他们被广泛使用最小的标准定义基于倾向坚持塑料、缺乏CD34、CD45、CD14, CD73和表达,CD90、CD105和向脂肪细胞分化的能力,成骨细胞和软骨细胞体外(2]。MSC具有自我更新和多功能分化潜力,这些细胞已经被提议作为一种很有前途的候选人为组织工程和细胞治疗(3]。BM-MSC是最广泛研究MSC的人口;然而,越来越清楚的是,MSC的新生儿的起源,特别是来自脐带矩阵(UCM),可能代表一个更适合临床使用的人口比BM-MSC由于其非侵入式收获过程,倍增时间短,和更大的长期增长能力4]。
MSC驻留在人体组织内的频率相当低,因此,主要MSC使体外扩张产生足够数量(约1 - 4×106MSC /公斤注入)临床应用前5]。这是传统实现介质含胎牛血清的边后卫,从动物可能携带传染性病原体并启动异种的MSC移植后的免疫反应(6]。同样,的边后卫有相当程度的蛾区变异,导致其支持MSC扩张的能力差异很大甚至在相同的培养条件(7]。因此,血清策略使用外源性生长因子提出了实现clinical-scale MSC的生产(8]。
胰岛素是一种分泌肽激素,其主要作用是调节血糖水平在整个生物体水平。与此同时,尽管存在不一致的结果在文献[9,10),几项研究表明胰岛素可以促进不同的细胞的增殖11,12),这表明它还具有组织生长因子的属性。通过绑定到它的膜受体,胰岛素能增强细胞分裂,调节各种细胞信号组件(13- - - - - -15]。例如,胰岛素的积极影响人类上皮细胞的增殖和仓鼠卵巢细胞直接相关的蛋白激酶Akt和细胞外signal-regulated激酶(ERK),两个细胞周期进展的关键调节因素(16,17]。
在目前的研究中,增殖能力,特定的表面抗原,分化潜力的人类UCM-MSC无血清培养系统在insulin-supplemented媒体测定。我们发现胰岛素促进UCM-MSC扩散在这种情况下,不影响其multilineage潜力和immunophenotype。进一步的实验显示激活Akt-cyclin D1轴负责胰岛素的前导作用。这些结果导致更好地了解胰岛素如何影响MSC和提供证据的使用胰岛素serum-deficient clinical-grade MSC的媒体传播。
2。方法
2.1。抗体和试剂
磷酸化Akt (Ser 473)和ERK (Thr202 / Tyr204)抗体得到从细胞信号技术(美国贝弗利,MA, # 9271和# 4370),和抗体的细胞周期蛋白D1 (# sc - 718), glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶(GAPDH # sc - 365062)和辣根peroxidase-conjugated山羊anti-rabbit /鼠标二级抗体(# sc - 2004和# sc - 2005)购买从圣克鲁斯生物技术(圣克鲁斯、钙、美国)。胰岛素溶液和Akt抑制剂、LY294002溶解在二甲亚砜来自Sigma-Aldrich(美国密苏里州的圣路易斯,# I0516)和默克密理博(美国圣地亚哥,CA, # 440202),分别。
2.2。细胞培养和治疗
主要UCM-MSC通道2从健康足月新生儿和自然买来Cyagen(广州,中国,# huxuc - 01001)。这些细胞在正常血清扩大媒体(SCM)组成的杜尔贝科修改鹰的介质(DMEM # 10569), 10%的边后卫(# 10082),1% penicillin-streptomycin(# 15140)(从热费希尔科学、大岛,纽约,美国)和湿润5%孵化有限公司2气氛在37°C。细胞是通过每周两次,和实验研究亚文化之间的细胞通道3和6。除非另有说明,否则UCM-MSC被镀到6或10厘米的菜肴在70%融合并允许附加在SCM。这些细胞被洗一次磷酸盐(PBS)然后暴露于各种化合物在无血清培养基(SFM, DMEM penicillin-streptomycin 1%) 72 h。
2.3。细胞增殖实验
评估胰岛素的影响和/或一种蛋白激酶失活细胞增殖,UCM-MSC被播种到96孔板(2000个细胞/)。细胞,在SCM隔夜附件后,与PBS洗一次,然后切换到200年μL (SFM补充不同剂量的胰岛素缺乏或5的存在μM LY294002 72 h。UCM-MSC决心使用的增殖细胞计数kit-8 (CCK-8 Beyotime生物技术,中国上海# C0038)根据制造商的指示。简单地说,在治疗结束时,CCK-8解决方案(20μL)添加到每个好,其次是孵化1 h在37°C。450纳米的吸光度是由SpectraMax M5标(分子器件、桑尼维尔,美国)。细胞增殖是表示为一个百分比相对于未经处理的细胞。为每个组,平均吸光度值从6井计算。
2.4。UCM-MSC的表型特征
UCM-MSC扩大之间的表面标记表达式的比较SCM和扩大在SFM补充胰岛素,在上述条件下细胞生长收获了一段;使用人类CD34-phycoerythrin抗体染色(PE), CD105-PE, CD31-fluorescein异硫氰酸酯(FITC) CD90-FITC,和CD45-allophycocyanin (APC);并分析了FACSCanto II流式细胞分析仪(都来自BD生物科学,圣何塞、钙、美国)遵循制造商的指示。相对应的背景荧光水平设置使用同形像控制,和FlowJo软件(美国Treestar、亚什兰或)是用来分析收集到的数据。
2.5。形态测量学
细胞形态学检查和拍照使用evo™XL核心细胞成像系统(热费希尔科学)。生物细胞的变量,包括大小和复杂性,通过测量获得向前散射(FSC)和侧散射(SSC)参数,分别。在这种情况下,UCM-MSC有或没有胰岛素刺激与PBS洗两次的实验中,用胰蛋白酶收获,继续冰直到FSC和SSC的流式细胞术测定FACSCanto II设备。测量,根据FSC (FSC-R1)或一个地区SSC (SSC-R2)属性,其中包括大约75%的事件,分别是第一组的FSC和SSC点阴谋控制细胞,然后应用于点的情节与胰岛素治疗,其次是比较细胞的比例在每个地区的大门。减少细胞的百分比在FSC-R1封闭或SSC-R2反映细胞群大的细胞大小和增加更多的内部细胞复杂性,分别,反之亦然。
2.6。分化分析
在SCM或SFM培养后补充了10μM胰岛素为一个通道,UCM-MSC受移植者在12-well板块(2×105细胞/)和允许达到confluency SCM。然后细胞向脂肪细胞分化诱导成骨细胞,分化能力是衡量染色油红O或茜素红S使用Oricell™分化工具包(Cyagen # huxuc - 90031和# huxub - 90021)后,制造商的指示。量化的存油红O或茜素红S,染料是600年从细胞中提取使用μL绝对乙醇或10%氯化十六烷吡啶溶液1 h与温柔的震动,在室温下150整除μL被转移到一个96孔板一式三份,然后吸光度是测量在450和560海里,分别使用SpectraMax M5微型板块读者。
2.7。西方墨点法
UCM-MSC细胞溶解使用缓冲区里帕(热费希尔科学、# 89900)含有蛋白酶抑制剂鸡尾酒(Solarbio,北京,中国,# P1260)。蛋白质浓度测定用BCA分析工具包(Beyotime生物技术、# P0012)。总蛋白(30μg)解决了10 - 12% sds - page凝胶,然后转移到聚乙二烯二氟化物膜(默克密理博# ISEQ00010)。在5%(膜被封锁了w/v)脱脂牛奶1 h和孵化主要磷酸化抗体一种蛋白激酶,磷酸化ERK,细胞周期蛋白D1,和GAPDH一夜之间在4°C,紧随其后的是二次抗体的应用。这些墨迹开发使用商用增强化学发光(默克密理博# WBKLS0100)。带强度的量化进行了使用GS 800密度计和数量一个软件(赫默尔亨普斯特德镇Bio-Rad实验室,英国)。结果规范化GAPDH蛋白质水平和表达为一个褶皱变化在未经治疗的对照组。
2.8。细胞周期分析
UCM-MSC在SFM培养补充胰岛素有或没有收获和固定在70%乙醇−20°C过夜。固定后,细胞被洗了三次与PBS resuspended包含100在PBSμg / mL的核糖核酸酶(Solarbio # R1030) 30分钟,然后处理50μg / mL propidium碘(π,Sigma-Aldrich # P4170) 10分钟在黑暗中。随后,样本在FACSCanto II系统和细胞的百分比在细胞周期的每个阶段是决定使用沃森FlowJo软件的建模算法。三个独立的生物复制准备每个条件,至少每样本10000个事件。
2.9。统计分析
比较计算使用单向方差分析(方差分析)或学生的t以及适用的地方。结果显示为平均数±标准差值,用最少的三个独立的实验为每个问题解决。小于0.05的值被认为是重要的。
3所示。结果
3.1。在SFM胰岛素促进UCM-MSC核扩散和增长
由于胰岛素增强了几个细胞的增殖(11,12,14),我们被问及胰岛素可以作为一个潜在的中介来维持UCM-MSC扩散。调查,UCM-MSC暴露在不同浓度的胰岛素及其增殖活动测量。这个试验是在SFM避免未知的干扰进行大量的血清胰岛素和生长因子。胰岛素没有或轻微影响UCM-MSC在浓度为1μ米,但是,在浓度为2.5μ米或更高,它极大地促进了细胞增殖在剂量依赖性的方式(图1(一))。进一步形态分析表明,与扩散试验的结果一致,细胞生长在SFM补充胰岛素的数量显著高于仅在SFM培养细胞的数量,和典型的呈UCM-MSC外观没有改变以应对胰岛素治疗(图1 (b))。同样,与控制细胞相比,规模和内部的复杂性来UCM-MSC略有增加,但值得注意的是,揭示了细胞数量的减少FSC和SSC(较低的数字1 (c)和1 (d))。同时,进一步评价胰岛素对MSC增殖的影响,探讨MSC是否会在长期生存在SFM补充胰岛素,MSC在SFM培养,SCM, SFM增加剂量的胰岛素被允许增长了12天,细胞增殖决心每3天(补充图可以在网上https://doi.org/10.1155/2017/7371615)。我们发现,而细胞的数量逐渐生长在SFM拒绝文化的前6天内保持不变,增加胰岛素在SFM显著增加了MSC数量在整个测试周期。SCM还在MSC增殖导致显著增加,这前导作用的SCM大约是三倍强大的SFM补充10μM胰岛素。这些发现表明,胰岛素在相对较高的浓度(高于2.5μ米),虽然不是那么有效的边后卫,提高UCM-MSC serum-deficient条件下的扩散和发展。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。胰岛素的前导作用UCM-MSC涉及细胞周期蛋白D1-Mediated G1-S阶段发展
哺乳动物细胞的增殖与细胞周期进展[紧密协调18];因此,我们下一个确定的前导作用产生相对高剂量的胰岛素与任何细胞周期分布的变化。为此,UCM-MSC暴露在汽车或胰岛素(5和10μ米)与DNA标记染色和流式细胞术。DNA含量分析表明,胰岛素对G2 / M期没有显著影响分布,它剂量依赖性降低的百分比在G1期细胞S期增加人口(数字2(一个)和2 (b)),这种现象通常观察到当G1-S细胞周期过渡是加速19]。细胞周期蛋白D1中起着重要的作用在调节细胞增殖和细胞周期进展是非常需要通过G1年代阶段(20.]。因此,我们研究了细胞周期蛋白D1的表达水平的免疫印迹UCM-MSC有或没有胰岛素治疗。治疗5和10μM的胰岛素导致了1.6 - 2.3倍增加细胞周期蛋白D1蛋白水平,分别为(图2 (c)),确认参与的细胞周期蛋白D1 insulin-driven UCM-MSC核扩散和G1-S过渡。
(一)
(b)
(c)
3.3。通过激活胰岛素增强UCM-MSC扩散Akt-Cyclin D1轴
细胞周期蛋白D1-mediated G1-S细胞周期进展在生长因子可以通过Akt调制和/或ERK活动(21]。因此,我们调查了磷酸化Akt,水平UCM-MSC有或没有胰岛素治疗。水平的磷酸化ERK未加胰岛素治疗,但一种蛋白激酶磷酸化水平的显著升高(图3(一个))。这个结果意味着一种蛋白激酶的活性增加,但不是兵,负责细胞周期蛋白D1-mediated UCM-MSC扩散引起的胰岛素。为了验证这一点,UCM-MSC服用胰岛素的存在与否Akt抑制剂,LY294002,胰岛素在细胞周期蛋白D1蛋白表达的影响以及细胞增殖测定。LY294002明显减毒insulin-induced增加细胞周期蛋白D1和磷酸化Akt表达水平(图3 (b))。此外,LY294002也显著预防细胞增殖刺激胰岛素的增加(图3 (c))。这些观察表明,胰岛素激活Akt-cyclin D1通路,从而促进UCM-MSC扩散。
(一)
(b)
(c)
3.4。胰岛素没有UCM-MSC Immunophenotype和分化能力的影响
迄今为止的给出的结果表明,增加胰岛素SFM增强UCM-MSC扩散通过Akt-cyclin D1轴。我们下一个调查是否UCM-MSC生长在这样的条件下表现出任何改变表面抗原的表达和分化潜能。比较流仪结果并没有发现明显的差异之间的所有测试MSC表面标记细胞培养在SCM和那些生长在SFM补充胰岛素(图4(一))。此外,脂肪形成的和成骨分化的结果分析表明,UCM-MSC扩大在SCM和SFM包含胰岛素可比向脂肪细胞分化潜能和成骨细胞(图4 (b))。这些结果表明,添加胰岛素SFM并不影响UCM-MSC的表型和分化潜能。
(一)
(b)
4所示。讨论
与先前的研究一致表明,胰岛素有前导作用在不同的细胞类型(12,14,22),我们表明,胰岛素浓度高于2.5μM剂量依赖性增加的UCM-MSC SFM通过促进其增殖(图1(一))。然而,应该注意的是,尽管UCM-MSC获得相似的结果,仅仅几个调查人员称胰岛素在摩尔浓度显著增加人类内星形胶质细胞和肝细胞的增殖率72 h (23,24),这是不符合我们的相关数据显示,生理浓度的胰岛素(0.1 - -1.0μ米)对UCM-MSC增殖没有明显影响。一个可能的解释为这些不同的反应胰岛素细胞的遗传背景不同。鉴于胰岛素抒发其效果主要通过绑定到胰岛素受体(IR)和/或胰岛素样生长因子受体(IGFR) [15),可能是相对较低的基底IR的表达和IGFR UCM-MSC可能他们为什么不响应胰岛素生理剂量有关。然而,因为没有数据关于红外和IGFR UCM-MSC表达,还需要进一步的研究来解决是否确实是这种情况。
基于这样的观察:UCM-MSC接触高浓度细胞周期蛋白D1蛋白表达胰岛素展出和S期人口增加并行G1期人口下降(图2),Akt抑制剂废除了增加细胞周期蛋白D1水平和细胞增殖引起的胰岛素(图3),我们建议胰岛素增强在SFM UCM-MSC扩散加速通过激活Akt-cyclin D1轴G1-S过渡。从G1 S期细胞周期进展介导细胞分裂和承诺是由细胞周期蛋白D1 (20.,25,26]。的coregulator multiprotein细胞周期蛋白D1-dependent激酶(CD1K)复杂,细胞周期蛋白D1激活CD1K因此驱动器从G1细胞S期通过视网膜母细胞瘤(Rb)蛋白质的磷酸化和随后释放Rb-bound E2F转录因子(27,28]。虽然加速G1-S过渡代表一个定义良好的机制,细胞周期蛋白D1促进细胞增殖,从之前的研究结果表明,替代途径也存在(29日]。例如,Albrecht et al。30.)报道,增强扩散引起的肝细胞周期蛋白D1的表达是由于增强细胞生长。同样,增加细胞的生长伴随着insulin-induced周期蛋白D1的表达和UCM-MSC扩散在我们的研究中(图1 (c))。因此,我们不能排除这样一种可能性,即增强UCM-MSC增长也可能是由细胞周期蛋白D1,这在某种程度上有助于前导胰岛素的效果。支持这一观点,胰岛素是一种强有力的哺乳动物雷帕霉素靶激酶活化剂,不仅功能作为上游调制器的细胞周期蛋白D1还能同时调节细胞生长和增殖30.,31日]。
尽管UCM-MSC是一种很有前途的候选人为治疗各种疾病,如何获得足够数量的UCM-MSC serum-deficient条件下仍是一个障碍(4,5]。我们的工作显示UCM-MSC传播的免疫特点和分化能力SFM含有胰岛素和传统的SCM可比(图4)。这一发现,连同在SFM胰岛素促进UCM-MSC扩散的结果,从而为制定未来战略有重要意义使用胰岛素clinical-grade UCM-MSC的生产。等化学定义血清媒体StemPro®MSC SFM表达载体和MesenCult™xf从干细胞技术现在商用MSC扩张。然而,他们似乎生成MSC具有不同特点(例如,增长模式、表型和分化潜能)与传统FBS-based媒体培养相比,表明这些商业媒体的性能对MSC增长问题,培养基配方缺乏一些已知和未知的因素包括血清(32]。胰岛素的边后卫的一个重要组成部分,在细胞代谢中发挥着关键作用7,33]。因此,它是合理的假设除了提供的其他刺激成分的边后卫,理想serum-deficient中还应包括胰岛素。然而,正如大多数商业媒体配方包括上述的不披露,这些媒体是否补充胰岛素尚不清楚。它来到我们注意到荣格et al。32,34)已经开发出一种无血清培养基(PPRF-msc6) MSC与披露制定扩张。他们表明,相比MSC培养在现有商业媒体和传统的SCM,细胞生长在PPRF-msc6倍增时间要短得多,产生更多的菌落。它值得提到胰岛素是包含在他们的培养基配方和使用浓度为3.4μ米,从而支持结果报告。
值得注意的是,因为胰岛素是经常使用的一个组成部分脂肪形成的体外分化培养基(35],乍一看似乎矛盾的的脂肪形成的分化潜能UCM-MSC SFM中产生含有胰岛素的改变而UCM-MSC SCM的培养。然而,我们和其他团体曾表明,胰岛素作用仅仅加速脂质填充的过程在脂肪细胞成熟的后期阶段,不影响脂肪形成的开始(如脂肪形成的BM-MSC的承诺)36,37]。根据这个,它就不足为奇的脂肪形成的潜力UCM-MSC SFM中产生含有胰岛素保持不变。
5。结论
总之,我们的研究结果显示,高剂量的胰岛素(高于生理相关浓度)增强UCM-MSC serum-deficient条件下扩散的激活Akt-cyclin D1轴,而不影响其immunophenotype和分化能力。这些发现强调了新兴的功能作用在调节胰岛素信号UCM-MSC分裂和有重要意义对体外之前UCM-MSC扩张他们的临床应用。
缩写
| APC: | Allophycocyanin |
| BM: | 骨髓 |
| CCK-8: | 细胞计数kit-8 |
| CD1K: | 细胞周期蛋白D1-dependent激酶 |
| 兵: | 细胞外signal-regulated激酶 |
| 的边后卫: | 胎牛血清 |
| FITC: | 异硫氰酸荧光素 |
| GAPDH: | Glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶 |
| IGFR: | 胰岛素样生长因子受体 |
| 红外光谱: | 胰岛素受体 |
| 硕士: | 间充质干细胞 |
| PBS: | 磷酸盐 |
| 体育: | 藻红蛋白 |
| PI: | Propidium碘化 |
| Rb: | 视网膜母细胞瘤蛋白 |
| 供应链管理: | 血清媒体 |
| SFM: | 无血清培养基 |
| UCM: | 脐带矩阵。 |
附加分
可用性的数据和材料。所有生成的数据或分析在这项研究中都包含在这个手稿。
的利益冲突
作者声明没有相互竞争的利益。
作者的贡献
Kaipeng京嘉楚构思研究,提供了实验设计和写的手稿。李鹏和劲松魏进行了实验和写手稿的一部分。香高,Bo魏、豪林和鲁伊·黄实验数据进行了分析。Yanru妞妞和Kyu Lim解释结果和修订后的手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。李鹏和魏劲松同样这项工作。
确认
这项工作得到了广东省创新高等教育计划(批准号2014 kqncx093);归侨的科学研究基金会学者、国家教育部(批准号2015 - 1098年);博士启动基金广东医科大学的附属医院(批准号BJ201520和BJ201508);广东医科大学的科学基金(批准号M2015018);和湛江城市政府特定的财政资金分配给竞争和科技项目(批准号2014 a06005)。
补充材料
补充图1。的长期影响胰岛素在MSC SCM和SFM条件下的生存能力。