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刘艳丽,杨芬,梁盛英,刘青,傅苏雷,王振宇,杨慈青,林军堂, "N-Cadherin上调促进月经血液来源子宫内膜干细胞的神经源性分化",干细胞国际, 卷。2018, 文章的ID3250379, 10 页面, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/3250379
N-Cadherin上调促进月经血液来源子宫内膜干细胞的神经源性分化
抽象的
周围神经损伤通常是由外伤或内科疾病引起的,近年来,以干细胞为基础的治疗方法提供了一种很有前景的治疗方法。月经血液来源的子宫内膜干细胞(MenSCs)由于其高增殖率和免疫耐受性,被认为是周围神经修复的理想治疗选择。在这里,我们成功地分离了MenSCs,并检测了它们的生物学特性,包括形态、多能性和免疫表型。随后的体外研究表明MenSCs表达高水平的神经营养因子,如NT3、NT4、BDNF和NGF,并能在常规诱导条件下转分化为胶质样细胞。神经源性分化后,N-cadherin (N-cad) mRNA和蛋白表达上调。体内研究清楚地表明,N-cad通过子宫电切抑制小鼠神经前体细胞(npc)的迁移和成熟。最后,进一步的转染实验也证实了N-cad在MenSCs中的上调导致了S100的表达。综上所述,我们的研究结果证实了MenSCs的旁分泌作用及其向胶质样细胞转化的潜力,并证明了N-cad上调促进MenSCs的神经源性分化,从而为转基因MenSCs治疗周围神经损伤提供了支持。
1.介绍
许旺细胞(SCs)在周围神经的发育、功能和再生中起着关键作用。然而,由于SCs本身存在着侵袭性分离要求、体外增殖能力有限、免疫原性高等缺陷,SC移植的临床应用受到限制[1,2].近年来,越来越多的证据表明,成体干细胞(ASC)移植是替代SC移植的理想选择,在临床上具有广阔的应用前景[2- - - - - -4].已经证明未分化的ASC的移植是有益于外周神经修复,最有可能通过旁曲线产生神经营养因子而不是直接转化为SCS。因此,为了提高基于ASC的疗法对外周神经修复的影响,在移植之前,几种研究试图将ASCHIS在施旺的细胞中预先提高到Schwann样细胞[5- - - - - -7].预分化的主要目的是提高位于损伤部位的预分化ASCs的存活率,促进其与内源性SCs的融合,同时减少移植细胞分化成不希望分化的细胞类型的可能性。
作为一类新定义的ASC,月经血液衍生的子宫内膜干细胞(Menscs)显示临床应用的承诺。Menscs是间充质的干细胞,可以每月从子宫内膜的人体月经血液血液中收获,并且在特定的分化条件下具有高增殖和分化能力。在没有侵入性外科干预或住院的情况下获得Menscs的便利性以及缺乏与其隔离相关的任何道德问题都为Menscs的临床应用提供了合理的优势[8- - - - - -10].除了经典间充质干细胞标记物(CD29, CD44, CD73, CD90和CD105)呈阳性而造血细胞表面标记物(CD34, CD45, CD133)呈阴性外,MenSCs还表达多种多能性标记物,包括OCT-4, SOX2和SSEA-4 [11].MenSCs分化为脂肪细胞、软骨细胞、骨细胞、肝细胞、心肌细胞和胰腺细胞已经被证实。MenSC在中枢神经修复(使用中风和帕金森病的实验小鼠模型)方面的治疗潜力已被证明,MenSC给药的安全性已被评估[10,12,13].
N-Cadherin (N-cad)主要表达于神经组织,在神经系统发育中起着重要作用。N-cad负责调控发育过程中神经前体细胞(NPCs)的维持、增殖和分化[14- - - - - -16].早期研究表明,MenSCs提前分化为许旺样细胞可能更有利于周围神经的修复;然而,化学因素的毒性和生物因素在分化前过程中的高成本极大地限制了其临床应用。因此,我们的研究旨在首先确认MenSCs的旁分泌神经保护作用及其向胶质样细胞转分化的潜力,随后,在MenSCs分化前期检测N-cad水平的变化,以探索用于治疗周围神经损伤的基因工程MenSCs的替代来源。
2.材料和方法
2.1.质粒、细胞和动物
在实验室构建了pCAG-MCS-EGFP和人pCAG-N-cad-EGFP质粒。本研究中使用的MenSCs获得了女性捐赠者的知情同意,并获得了新乡医学院伦理委员会的批准。8周龄BALB/c小鼠(20-25 g)购自中国北京的Vital River实验室,并在动物护理设施的无病原体环境中饲养,光照周期为12小时。所有实验方案均经新乡医学院动物研究委员会批准,符合中国动物保护协会指南。
2.2.MenSCs的分离与培养
从健康女性献血者( (30±5岁),在月经的前3天,用月经杯迅速混合等量的PBS(含0.25 mg/ml两性霉素B、100 U/ml青霉素、100 mg/ml链霉素和2 mM EDTA)。一旦微生物污染物被清除,MenSCs在72小时内使用标准Ficoll方法分离,如前所述[8],悬浮在补充10%FBS(Gibco,USA),100u / ml青霉素和100mg / ml链霉素的高葡萄糖DMEM(Hyclone,USA)中的生长培养基[高葡萄糖DMEM(Hyclone)],并在37℃下在T25烧瓶中播种,5%的CO2.孵育2天后,将未贴壁的细胞冲洗掉,每3天更换一次培养基。当细胞达到80-90%汇合(第0代,P0代)时,用胰蛋白酶分离细胞,按1:3的比例传代到新的烧瓶中。
2.3.识别MenSCs
在P3 Menscs中常规检查成体干细胞的经典特征,包括体外多线性分化电位和典型的免疫蛋白型,并在3个供体中分离的Menscs上分别重复各检查( ).简言之,MenSCs的形态(P0, P3, P9)是通过影像学确定的;采用流式细胞术检测CD29、CD44、CD73、CD90、CD105、HLA-ABC、HLA-DR、CD34、CD45等表面标记物的表达情况。诱导成脂、成骨、成软骨分化,鉴定如下:成脂分化培养基(生长培养基+ 1μMol /l地塞米松+ 10μ重组人胰岛素+ 200μM吲哚美辛+ 0.5 mM IBMX), 14 d;成骨分化培养基(生长培养基+ 0.1μMol / L地塞米松+ 0.05mmol / L抗坏血酸+ 10毫米β-甘油磷酸),21天;软骨分化培养基(生长培养基+ 0.1μmol/l地塞米松+ 0.2 mmol/l抗坏血酸+ 1%胰岛素-转铁蛋白-硒酸+ 10ng /ml TGF-β3)、21天。在诱导期结束时,将细胞清洗并固定。油红O染色证实成脂分化,茜素红染色证实成骨分化,阿利新蓝染色证实成软骨分化。
2.4.体外神经源性分化试验
P3 MenSCs ( MenSCs从3个供体中分离)悬浮在生长培养基中,以2 × 10的密度播种4将细胞/孔置于6孔板中,直至汇合。然后将生长培养基改为胶质细胞分化培养基(生长培养基+ 1mm)β-巯基乙醇,1天;培养基+ 35ng /ml全反式维甲酸,保存3天;生长培养基+ 5 ng/ml血小板衍生生长因子+ 10 ng/ml碱性成纤维细胞生长因子+ 14μM forskolin + 126 ng / ml胶质增长因子-2,14天)。将对照细胞在生长培养基中培养,每3天替换培养基。
2.5.rt - pcr
从有或没有神经源性分化的细胞(2 × 10)中分离总RNA6),从2μ根据制造商的说明,使用Primescript RT主套件G总RNA。用于扩增靶基因的引物被合成如表中所列1;家仆基因(GAPDH)作为内对照。PCR产物用2× Taq Master Mix (Cwbiotech, China)进行扩增,用2%琼脂糖凝胶电泳和溴化乙啶染色分析。最终数据根据GAPDH信号的强度(灰度值)归一化,并以相对于GAPDH的mRNA表达。
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2.6.免疫荧光
4% PFA固定细胞20分钟,0.05% Triton X-100渗透10分钟;用5%山羊血清阻断非特异性结合30分钟。分别加入抗s100、抗gfap、抗n -cad (Abcam, USA)抗体,4°C孵育过夜。Alexa Fluor 488-和cy3标记的山羊抗小鼠或抗兔二抗(Life Technologies, USA)与细胞在37°C下孵育1小时。细胞核用DAPI染色。最后,在倒置荧光显微镜(德国莱卡)下观察细胞并成像。神经源性分化后,根据随机采集的10张图像量化MenSCs中GFAP-/S100-/ n -cad阳性细胞的百分比。
2.7。在子宫内电穿孔
在子宫电穿孔(IUE)的协议被遵循如前所述[24].pGPU6-GFP-neo-shRNA-N-cad(质粒型shRNA)是根据小鼠N-cad的特异性shRNA序列从江苏康卫(Abgent, Jiangsu, China)获得的(5-GCCTATGAAGGAACCACATGA-3), pGPU6-GFP-neo-shRNA-Control为阴性对照。由于质粒shRNA在小鼠胚胎中诱导的GFP强度较弱,因此采用质粒shRNA与pCAG-MCS-EGFP质粒比例为8:1的方法增强可见效果。解决方案(1μl),含pCAG-MCS-EGFP质粒(0.5μg)和pGPU6-GFP-neo-shRNA-N-cad或pGPU6-GFP-neo-shRNA-Control (4)μg)在E15(胚胎第15天)通过子宫壁注入胚胎侧脑室。注射后,将桨状电极放置在胚胎头部的两侧,用电穿孔器(NAPA基因,CUY21,日本)在35 V下施加5个60 ms方形脉冲,间隔600 ms。电穿孔胚胎进一步孵育5天,gfp阳性大脑( ),用立体荧光显微镜(徕卡M205FA,德国)在E20采集进行研究。脑冷冻切片按照之前描述的方法制备,并在荧光显微镜(日本尼康ECLIPSE 80i)和数码相机(德国徕卡DFC300FX)下成像。
2.8。转染
MenSCs ( 根据制造商的协议,用Lipofectamine™3000试剂(Invitrogen Co. Ltd., USA)转染MenSCs。简单地说,MenSCs以1 × 10的密度播种5在转染之前,细胞/孔进入24孔板24小时。随后,最终体积为50 μl含500 ng质粒(pCAG-MCS-EGFP或人pCAG-N-cad-EGFP)的无血清DMEMμl P3000™试剂,1.5μL脂素3000试剂加入每个孔中。每3天用新鲜培养基(补充2%FBS的高葡萄糖DMEM)替换培养基,用倒荧光显微镜检测GFP荧光。培养14天后,通过免疫荧光收获并分析细胞。
2.9。统计分析
数据以平均值±标准差表示;所有实验均在从3名供体中分离的MenSCs上至少重复;手稿中的人物是具有代表性的形象。学生的t-检验以确定统计学意义 被认为具有统计学意义。
3.结果
3.1.MenSCs的分离与鉴定
使用标准Ficoll方法分离后,MenSCs原代培养物中可以清楚地观察到菌落样形态(图)1(一)),继代培养的MenSCs表现出典型ASCs的生长特征(梭形成纤维细胞样形态,呈放射状或螺旋状生长)。从P0到P9的传代过程中,所鉴定的表型保持稳定(图)1(一)- - - - - -1 (c)).随后对P3 MenSCs进行流式细胞分析,结果显示培养的细胞CD29、CD44、CD73、CD90、CD105、HLA-ABC阳性,而CD34、CD45、HLA-DR阴性(图)1 (d)).最后,多谱系分化实验也证实MenSCs可以发生脂肪生成(图)1 (e)),成骨的(图1 (f))和软骨源性(图1 (g))经特定的诱导培养基处理后分化。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
3.2.MenSCs旁分泌对神经保护的作用
神经营养因子的RT-PCR分析(图2)显示,与体外培养的P3 mensc中tnf和LIF的表达水平相比,NT3、NT4、BDNF和NGF的表达水平较高。然而,随着培养时间的延长,上述神经营养因子在MenSCs中的表达明显降低,尤其是在P18,提示传代较早的MenSCs是周围神经修复的最佳选择。
(一)
(b)
3.3.MenSCs向胶质样细胞的分化
根据以往的报道,本研究证实MenSCs具有神经源性分化潜能。神经分化诱导后,MenSCs的形态由原来的梭形成纤维细胞样形态转变为胶质样形态(图)3(一个)和3 (b)).随后的免疫荧光分析显示分化的MenSCs GFAP和S100阳性(>80%,图)3 (c),3 (d),3 (g),3 (h)),是公认的胶质细胞标记物,RT-PCR结果显示CNPase、S100和GFAP mRNA水平升高(图)3 (e)和3 (f)).
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
3.4.MenSCs神经源性分化促进N-cad表达
免疫荧光和RT-PCR结果显示MenSCs在神经源性分化后表达N-cad(图)4(一)- - - - - -4 (e)).与未分化的MenSCs相比,N-cad在分化后的MenSCs的mRNA和蛋白表达均显著增加,提示N-cad在MenSCs的神经源性分化过程中发挥作用。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.5.抑制N-cad表达影响神经祖细胞的迁移
将等量pGPU6-GFP-neo-shRNA-N-cad和pGPU6-GFP-neo-shRNA-Control转染大脑半球中央,通过IUE靶向侧脑室E15。采集gfp阳性胚胎和大脑,在E20立体荧光显微镜下成像。如图所示4 (f),与阴性对照组相比,GFP pGPU6-GFP-neo-shRNA-N-cad-transfected胚胎和大脑的强度明显下降,和随后准备cryosections清楚地表明,GFP的减少是由于异常保留GFP-positive npc的心室区(款),这表明抑制N-cad表达显著影响鼻咽癌的迁移和成熟。
3.6。上调N-cad促进MenSCs神经源性分化
为了确定N-CAD的上调是否可以促进ASC的神经源性分化,用N-CAD过表达载体(人PCAG-N-CAD-EGFP)瞬时转染Menscs,并且免疫荧光结果如图所示5.转染后,人pcag -N-cad- egfp处理组中egfp阳性的MenSCs对N-cad呈阳性(图)5(g))和S100(图5(o))的表达,而pcag - mcs - egfp处理组的细胞N-cad呈阴性(图5(c))和S100(图5(k)表达式。
4.讨论
周围神经损伤的高发病率是由于功能性差的差异患者的主要经济和生理负担[25].幸运的是,基于asc的治疗方法正在通过实验和临床研究建立起来,并且在过去的几十年里取得了相当大的进展,这为缺乏有效治疗方法的疾病提供了希望[26,27].MenSCs是一种新发现的ASCs,由于其来源丰富、非侵入性分离程序、缺乏伦理争议和高神经源性转分化潜能等基本优势,有可能用于周围神经修复[8- - - - - -13].我们的体外研究不仅分析了MenSCs对神经保护的旁分泌作用(图)2),并证实MenSCs可通过常规诱导(化学物质结合生物因子)预分化为schwan样细胞,这表明MenSCs具有神经源性分化能力,并有可能在体内转分化为schwan样细胞。以上结果表明MenSCs移植在周围神经再生中的治疗潜力。
此外,有几项研究报告,与幼稚ASC的移植相比,预提高的ASC的移植更有希望,并且可以改善移植细胞在损伤部位的存活率,并同时降低分化的可能性将移植细胞变成不希望的细胞类型[5- - - - - -7].然而,为了在体外维持ASCs向schwan样细胞的分化,通常使用化学诱导剂结合相当昂贵的生物因子混合物,诱导过程极其复杂和耗时。虽然与SCs共培养是将ASCs分化为雪旺样细胞的简单方法,但在体外培养SCs是困难的,因为它们经常被轴索膜中存在的成纤维细胞污染[3.,28- - - - - -30.].因此,通过转基因技术将ASCs提前分化为schwan样细胞可能是一种有前途的替代方法。
基于n -cad的粘附连接(adenens junction, AJs)被认为参与了各种神经发育过程,如神经生成、神经元迁移、轴突延伸和引导、突触发生,这是由于AJs参与了npc和神经元之间的细胞-细胞粘附[14].随着该领域研究的不断深入,N-cad除了对AJs的完整性和NPCs的尖基极性有贡献外,还被认为在神经系统发育过程中调控NPCs的维持、增殖和分化[15,16].大量数据表明,神经源性分化的开始以各种npc中N-cad的下调为特征。有报道称,N-cad下调促进鸡胚脊髓VZ尖突脱离,N-cad表达的异常持续抑制前驱神经元尖突退出和细胞周期退出[31,32].此外,利用斑马鱼模型进行的实验表明,N-cad的下调是喙侧迁移过程中npc分化的触发器[33].然而,与NPCs的神经源性分化相比,N-cad在诱导多能干细胞(iPSCs)中的即时表达显著提高了神经源性分化的效率,这表明N-cad的早期激活决定了其强大的神经源性分化促进作用;随后的敲除实验也证实了shRNA抑制N-cad表达可以阻断神经源性分化[34].
因此,基于之前的研究结果和我们的初步研究结果,我们检查了N-cad表达式MenSCs神经源性分化后的变化,结果显示upregulation N-cad mRNA和蛋白水平,表明N-cad在神经源性分化的潜在作用。此外,我们的体内研究证实,击倒的N-cad拜访摄动鼠标npc的迁移和成熟,这是按照先前的报道表明N-cad东方多极细胞的迁移需要向皮质板,潜在的机制是由Jossin et al (35].进一步转染实验证实,在MenSCs中上调N-cad确实会导致胶质细胞标志物S100的表达,这表明上调N-cad在ASCs中具有强大的神经分化促进作用。根据已发表的数据,N-cad促进神经细胞分化的作用可能是由β-catenin和Notch信号通路,已经在一些优秀的综述和论文中进行了详细的总结[15,16,36].此外,N-cad还可调节细胞的分布和降解βGSK3连环蛋白,β/Akt信号转导可能在此调控中起关键作用[15,37].因此,我们假设N-CAD的表达水平可能通过调节细胞骨架的结构,这将间接影响细胞的极性和生物力学,并因此促进Menscs的神经源性分化.
总之,我们的结果证实了MenSCs旁分泌的神经保护作用及其向胶质样细胞转分化的潜力。此外,我们还证明了N-cad的上调可以促进MenSCs的神经源性分化。未来的研究将进一步验证转基因mensc -based治疗促进周围神经损伤修复的潜在机制和作用。
的利益冲突
作者没有竞争利益才能宣布。
作者的贡献
延志刘和汾阳同样贡献了这项工作。
致谢
河南省自然科学基金项目(no . 15A180009);河南省自然科学基金项目(no . 162300410214);新乡市基金项目(no . CXRC16003和ZD17008);新乡市医学院基金项目(no . 20172DCG-03)。
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