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抗氧化性能的Tonsil-Derived间充质干细胞对人类声襞纤维母细胞暴露于氧化应激
文摘
的治疗潜力tonsil-derived间充质干细胞(TMSCs)已经被证明在几个在体外和在活的有机体内模型基于他们的抗氧化能力。氧化应激参与声襞疤痕的形成和声带的老化。然而,很少有研究调查了直接氧化损伤之间的相关性和细胞外基质(ECM)的重建声襞纤维化。因此,我们试图探讨氧化应激的影响对细胞生存和ECM生产人类声音的成纤维细胞(hVFFs)和保护作用引起hVFFs TMSCs对氧化损害。hVFFs暴露在不同浓度的叔TMSCs丁基氢过氧化物的存在与否。细胞生存能力和活性氧(ROS)生产进行评估检查氧化应激的进展在体外。此外,表达模式ECM-associated因素包括各种胶原蛋白被实时PCR检查,采用免疫分析。我们发现细胞生存能力和扩散能力hVFFs减少接触后tBHP剂量依赖性的方式。此外,tBHP治疗诱导活性氧的生成和反应性的醛,虽然在hVFF内源性抗氧化酶活性降低。重要的是,TMSCs可以挽救这些氧化hVFFs跟压力损失。TMSCs也在hVFFs tBHP-mediated使之抑制促炎细胞因子的生产。此外,coculture TMSC可以恢复的内生基质金属蛋白酶(MMP)活动hVFFs tBHP治疗和,反过来,减少氧化应激在hVFFs ECM积聚。因此,我们已经表明,hVFF增殖能力和ECM基因表达的变化引起的氧化应激是一致的在活的有机体内衰老表型观察到声带和声襞疤痕TMSCs可能函数来减少氧化应激在老化的声带。
1。介绍
活性氧(ROS)不断产生的细胞和由各种细胞内抗氧化机制在正常情况下。然而,过度生产的活性氧会损害细胞防御机制,导致各种疾病包括糖尿病的发展,炎症条件下,癌症,神经退行性疾病(1,2]。ROS也参与伤口愈合和组织衰老。尽管ROS参与防御病原体和重要作用作为细胞信号的介质,过量的活性氧会阻碍正常的伤口愈合(3- - - - - -5]。ROS产生,主要由炎症细胞,在声襞伤口愈合的早期阶段(6]。此外,氧化应激标志物发现调节,和细胞外基质(ECM)成分的改变,在老化声带7]。然而,氧化stress-mediated机制负责这些ECM变化声襞固有层仍不明朗。
声襞的疤痕是一个很重要的临床挑战喉科学领域内还没有完全理解。声带瘢痕作用显著降低语音质量和最终降低了患者的生活质量。一些生长因子,如肝细胞生长因子(HGF)、转化生长因子β3 (TGFβ3),和基本成纤维细胞生长因子(bFGF),已用于预防和治疗制剂声襞疤痕(8- - - - - -10]。此外,一些研究调查间叶细胞和胚胎干细胞的治疗潜力声襞疤痕的预防和治疗11,12]。干细胞注射到声襞伤口可以改善愈合和减少胶原蛋白的积累,从而防止疤痕形成声带。然而,负责观察到的确切机制改变声襞ECM后注入干细胞还不清楚。
msc从各种来源也是理想的候选细胞和再生疗法在几个领域由于其自我更新能力和多功能属性(12- - - - - -14]。除了直接再生属性,msc已报告施加各种支持的功能包括增强的增殖和分化过程中组织愈合(15]。通过各种生长因子和细胞因子的分泌产生,msc也参与无数的附加功能包括血管生成、免疫调节和抗凋亡调节(16]。最近,据报道,msc也引起抗氧化特性的生化氧化应激(16,17]。
然而,一般利用msc来自只有特定的组织在体外组织培养研究。具体来说,tonsil-derived间充质干细胞(TMSCs)很容易从扁桃腺切除术获得组织,在耳鼻喉科是一种常见的操作。TMSCs能够分化成多种中胚层细胞包括成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞(18]。TMSCs也能够迅速增殖的优势和维持20通道细胞扩张相比,从其他来源获得msc (19,20.]。
到目前为止,还没有研究检查的变化发生在声襞后成纤维细胞暴露于氧化应激或保护作用引起了msc。因此,本研究试图探讨的变化发生在人类声襞成纤维细胞的增殖能力(hVFFs)以及ECM-related基因的表达模式在这些细胞暴露于氧化应激。我们也评估在hVFFs TMSCs的抗氧化性能。
2。材料和方法
2.1。人类声襞成纤维细胞(hVFFs)和人类Tonsil-Derived间充质干细胞(TMSCs)
hVFFs从一个捐赠者成员去威斯康辛大学的苏珊Thibeault教授,美国。细胞生长在杜尔贝科的修改鹰介质(美国DMEM,表达载体,卡尔斯巴德,CA)补充了2毫米谷酰胺,penicillin-streptomycin 100毫克/毫升、2.5 mg / L两性霉素B, heat-inactivated 10%胎牛血清(美国纽约的边后卫,Gibco大岛)。细胞被维持在37°C在湿润的气氛中含5%股份有限公司2。TMSCs分离和特征如前所述1]。我们使用我们验证的细胞间充质干细胞的特点通过确定我们之前报道的分化潜能和免疫学表型(补充图1)[18- - - - - -20.]。短暂,TMSCs隔绝切除扁桃腺切除术后腭扁桃体组织获得。孤立的组织洗和消化使用0.075%胶原酶I型(σ,圣路易斯,密苏里州)30分钟37°C。颗粒收获,透过100μ尼龙网。一夜之间,细胞被孵化αmem含10%胎牛血清(的边后卫)37°C公司为5%2,贴壁细胞进一步维护。所有程序使用人类扁桃体tissue-derived细胞按照指南进行了釜山国立大学医院的机构审查委员会批准。在这项研究中,msc源自扁桃体组织使用的两种不同的患者。
2.2。细胞增殖和可行性分析
细胞生存能力使用CCK-8试验确定。简而言之,hVFFs ( 在对数生长期细胞/)被播种在96 -孔板和治疗不同浓度的外源tBHP(0, 300, 500, 1000,或2000年μ3 h M);10μL CCK-8染料(马Abcam、剑桥、美国)被添加到每个。板块在37°C孵化2 h。光密度(OD)在450 nm (Gen5™微型板块读者,Winooski, VT,美国)。积极染色细胞被认为是可行的,被当作控制细胞的百分比。本试验的目的是确定哪些条件允许80%的生存建立有效tBHP损伤模型。评价细胞增殖率,控制和TMSC-cocultured hVFFs处理100(如下所述)μ米有或没有tBHP EdU的3小时;然后,每组的EdU吸收水平决定使用点击它EdU流式细胞术分析工具包(美国表达载体,卡尔斯巴德,CA)按照制造商的指示。
2.3。Coculture系统
在一个初始密度hVFFs被播种 细胞/厘米2在6-well文化板块。Transwells(上院)被放置在其他6-well文化板块和播种不同hVFF: TMSC比率( hVFFs降低室, 或 在上院TMSCs)。细胞吸附和稳定后,transwells包含TMSCs (coculture)被转移到相应的井6-well培养板含hVFFs创建hVFF / TMSC coculture系统没有直接的细胞间接触。24小时后,transwell包含TMSCs摘除和hVFFs用于进一步分析。
2.4。ROS生产评估
ROS水平引起tBHP hVFFs测量使用2 ,7 - - - - - -二乙酸二氯荧光素(DCFDA)作为荧光探针(表达载体)。羟基DCFDA fluorogenic染料,措施,过氧化氢和其他细胞内ROS活动。与TMSCs hVFFs coculturing后24 h, transwells(上院)包含TMSCs被移除和hVFFs tBHP处理,其次是洗涤和孵化DCFDA(10毫米)45分钟37°C在黑暗中。DCFDA溶液被移除,并与PBS细胞被洗两次。吸光度测量使用荧光板阅读器 纳米在端点模式(Gen5™微型板块读者,Winooski, VT,美国)。
2.5。细胞内MDA的量化和测量水平的抗氧化活性
hVFFs和cocultured细胞丙二醛(MDA)的含量根据制造商的指示使用脂质过氧化(MDA)试验设备(马Abcam、剑桥、美国)。简单地说,在酸性条件下,MDA与硫代巴比土酸发生反应(稍后通知)95°C。MDA-TBA共轭使用多模标为532 nm(协同H1混合读者)。细胞内MDA是表示为nmol /毫克的细胞蛋白质。胞内酶提取得到的上层清液,使胰蛋白酶化hVFFs收集他们。解决方案中的细胞被均质包含10毫米Tris-HCl缓冲区。匀浆离心机在4°C, 3000转10分钟,得到的上层清液收集检测超氧化物歧化酶(SOD)使用商业分析工具从Cyman购买化学(美国安阿伯市MI)根据制造商的指示。
2.6。酶联免疫吸附测定
文化的上层清液控制和cocultured hVFFs检测白介素- 1 (IL)的水平β和肿瘤坏死因子-α(TNF -α)用人类的ELISA试剂盒(eBioscience、圣地亚哥、钙、美国、和ThermoFisher,沃尔瑟姆,妈,美国),根据制造商的指示。
2.7。实时定量PCR(存在)
总RNA从hVFFs孤立使用试剂盒试剂(ThermoFisher)根据制造商的协议,随后处理RNase-free DNase消除基因组DNA污染。总RNA (2μg)是反向转录成cDNA AccuPower®CycleScript RT预混料(Bioneer、大田、韩国)。实时定量逆转录聚合酶链反应(存在)上执行ABI 7500实时PCR系统使用棱镜AccuPower®2 x GreenStar™qPCR大师混合(Bioneer)。反应条件是10分钟在95°C(一个周期),在95°C 10秒,30秒60°C(40周期)。标准化包括使用周期阈值(δCT)之间的差异和表达水平GAPDH计算CT /目标基因δCT比率。δ/δCT对应于三角洲CT和内部控制之间的差异基因。引物序列见表上的信息1。
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2.8。Immunofluorescent染色
在PBS和固定细胞被洗盖玻片有3%多聚甲醛(Biosesang、盆唐、韩国)10分钟在室温下,用PBS冲洗两次。细胞permeabilized Triton x - 100 0.25%(罗氏分子生化药剂,印第安纳波利斯)PBS在室温下10分钟,然后阻止1%牛血清白蛋白(σ)1 h。阻塞后,细胞被孵化主要抗体胶原蛋白我(Abcam ab34710),胶原蛋白III (Abcam ab7778)和胶原IV (Abcam ab6586)在4°C一夜之间,然后用PBS ( 分钟)。细胞培养用FITC -或TRICT-conjugated山羊anti-mouse抗体(分子探针,尤金,或者)(1:1000)在室温下1 h,紧随其后的是洗涤与PBS ( 分钟)。核沾染了0.1μ克/毫升DAPI。盖玻片是脸朝下安装在显微镜载玻片上安装介质(向量实验室,Inc .,伯林盖姆,CA)查看在共焦显微镜(徕卡DM4000/600M,多才多艺的立式显微镜对材料分析)。
2.9。基质金属蛋白酶(MMP)活性测定
MMP活性试验设备(美国Abcam、剑桥、马)是用于分析基质金属蛋白酶的活性细胞上清液通过孵化荧光底物(荧光共振能量转移(FRET)肽)。在完整的烦恼肽,一部分是沉默的荧光。分裂成两个独立的片段被基质金属蛋白酶后,荧光恢复。使用荧光探针信号被检测到标 美国佛蒙特nm (Gen5™标)。
2.10。统计分析
数据分析使用SigmaPlot 10.0 (Systat软件公司,圣何塞、钙、美国)。所有的实验数据都表示为 。使用学生的团体之间的差异进行了分析 - - - - - -测试和单向方差分析(方差分析)其次是Bonferroni事后测试多组比较 视为具有统计学意义。
3所示。结果
3.1。细胞生存能力和hVFFs扩散后被减少外源性诱导氧化应激和部分恢复了TMSC Coculture
调查是否hVFF扩散影响诱导氧化应激后,细胞增殖和生存能力进行不同浓度的tBHP治疗后。我们发现细胞生存能力显著降低剂量依赖性的方式与tBHP治疗后(图1(一))。建立最优实验条件在hVFFs评估氧化应激的影响,300年μM tBHP治疗被选中作进一步的协议,因为它引起细胞毒性最低水平的可行性分析(图1(一))。然后,我们检测了抗氧化能力的TMSCs tBHP-treated hVFFs通过培养hVFFs TMSCs。我们发现TMSCs部分以剂量依赖性的方式恢复细胞增殖。coculture比率(hVFFs TMSCs): 1: 0.5被选为随后的分析,因为它证明了细胞生存能力(图明显的保护作用1 (b))。我们下一个调查tBHP和TMSCs增殖能力的影响的hVFFs建立设置使用EdU公司分析。符合CCK-8化验结果,300μM tBHP显著降低暴露的细胞的细胞增殖率,而coculture TMSCs可以拯救现象。EdU+细胞比例在tBHP治疗从46%下降到26%,进一步恢复了TMSC coculture高达40%(图1 (c))。
(一)
(b)
(c)
3.2。TMSCs hVFFs诱导活性氧产量减少了tBHP治疗
确定hVFFs ROS水平生产后诱导氧化应激以及由TMSCs ROS的规定生产,DCFDA数组进行。我们的研究结果表明,活性氧的水平在hVFFs tBHP治疗后显著增加。然而,coculturing TMSC有效抑制tBHP-mediated ROS生产(图2(一个))。此外,细胞内MDA的表达被发现显著增加在tBHP-treated hVFFs;然而,与TMSC coculturing显著降低细胞内MDA水平(图2 (b))。
(一)
(b)
3.3。TMSCs部分恢复生产的抗氧化酶hVFFs暴露于氧化应激
我们下一个调查hVFFs的内源性抗氧化酶的活性是否受tBHP TMSCs可以恢复这一变化。我们发现,而超氧化物歧化酶(SOD)的活性和过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)的表达和谷胱甘肽(GSH) tBHP治疗后明显下降,coculturing的tBHP-treated hVFFs TMSCs导致部分恢复(数据3(一个)- - - - - -3 (d))。由于氧化应激可以影响的抗氧化能力TMSCs通过调节相关酶的生产,我们对待tBHP TMSCs转录组水平的报道和评价抗氧化酶在TMSCs使用中存在。透露,tBHP可能诱导血红素oxygenase1增加约4.5倍(HO1)基因转录TMSCs与控制相比,这意味着TMSCs的抗氧化功能可以增强氧化应激条件下(图3 (e))。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
3.4。TMSCs降低炎性细胞因子的生产在hVFFs暴露于氧化应激
确定炎症反应是氧化应激的影响,我们从hVFFs量化代表炎性细胞因子的水平治疗后与tBHP TMSCs的存在与否。我们的结果表明,在文化上层清液il - 1的浓度β和肿瘤坏死因子-α显著增加tBHP-treated hVFFs然而降低TMSC cocultured细胞(图4)。
3.5。TMSCs部分抵消氧化应激的抑制作用诱导表达和细胞外基质和基质金属蛋白酶的活性
因为异常积累ECM往往会导致病理损害和纤维化,我们接下来探索内生ECM hVFFs经过诱导的氧化应激的生产水平。我们第一次评估使用中存在各种胶原蛋白亚型的表达变化。我们发现,胶原蛋白的相对mRNA表达我,III, IV tBHP治疗后显著调节。感兴趣的,coculture TMSCs导致部分减少胶原蛋白亚型(数字的表达5(一个)- - - - - -5 (c))。这些现象被证实胶原蛋白的免疫细胞化学表明,荧光强度hVFFs增加了tBHP治疗,尽管TMSCs可以部分逆转upregulation空泡(数字5 (d)和5 (e))。调查潜在机制减少ECM基质金属蛋白酶的活性,主要负责对ECM降解酶,决心在文化的上层清液hVFFs收集到指定的实验设置。它是由tBHP指出,氧化应激诱导治疗似乎hVFFs的抑制MMP活性(图5 (f))。我们还发现明显证据TMSC防止氧化应激的MMP的活动恢复;的确,hVFFs cocultured与TMSCs tBHP治疗前24小时可以保持更高级别的MMP的活动,从而减少胶原蛋白的积累与控制。额外的MMP活性测定的结果显示治疗tBHP稍微抑制MMP - 1的活性比控制和强烈抑制基质金属蛋白酶8、2和9(数字6(一)- - - - - -6 (d))。有趣的是,所有的活动基质金属蛋白酶与TMSCs coculture(数据后部分恢复6(一)- - - - - -6 (d))。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(一)
(b)
(c)
(d)
4所示。讨论
氧化应激参与了各种各样的疾病,如癌症、炎症条件下,神经退行性疾病、衰老,和糖尿病。喉科学领域的研究已经报道了氧化应激之间的关系以及声襞疤痕老化的声带。具体来说,ROS明显是调节在声襞伤口愈合的早期阶段(6]。或者,虾青素治疗,一个强大的抗氧化剂,诱导的表达显著upregulation胶原和纤维母细胞生长因子(FGF)固有层内受伤后第一天声襞损伤的大鼠模型(21]。这些结果表明,虾青素可能函数来防止声襞疤痕通过调节氧化应激在声襞伤口愈合的早期阶段(21]。
氧化应激也被发现在许多组织与老化有关,因此,声带的老化,导致言语障碍,也可能与ROS生产有关。此外,虾青素的政府可能会减弱透明质酸(HA)的减少与年龄有关的沉积在固有层和HGF和bFGF的表达(22]。此外,Mizuta等人认为,虾青素有可能预防与年龄有关的人类声音的变化(22]。吸烟也是一个很好的描述为Reinke水肿和喉癌的病因。Branski等人报道,香烟烟雾冷凝造成的增加细胞内ROS hVFFs之内,同时减少这些细胞的增殖能力和迁移方式存在剂量依赖的相关性(23]。因此,它是假定ROS生成了与Reinke水肿相关的发病机制。
氧化应激被描述为一个因素各种喉的发病条件包括声襞疤痕,老化的声带,Reinke水肿。过多的活性氧等自由基的积累可以在组织诱导氧化应激。细胞内活性氧的积累与脂质和蛋白质结合,降低细胞的可行性。在这项研究中,氧化应激引起tBHP也增加了活性氧的产生和MDA hVFFs。此外,tBHP造成降低抗氧化分子的表达,即SOD、过氧化氢酶、GPX,谷胱甘肽,减少hVFFs的可行性。然而,coculturing TMSCs行动减少ROS、MDA的生产,同时增加抗氧化的酶的表达和提高hVFFs的可行性。这些发现表明,TMSCs展览cytoprotective效应对氧化应激,这同意先前的研究结果报道骨髓基质细胞(bmsc)表现出增加抗氧化和抗活性氧分子的表达24]。
氧化应激与炎症密切相关主要由激活氧化自由基引起的刺激炎症趋化因子的生产,如肿瘤坏死因子-α,il - 1β、il - 6和引发(25]。增加炎症趋化因子的表达导致ECM成分的变化和增加组织纤维化。在最近的研究中,治疗tBHP导致TNF分泌的增加α和il - 1,第三和第四胶原蛋白的表达,增加和减少活性基质金属蛋白酶1,2,8,9。然而,coculturing TMSCs下调TNF的表达——服务α和il - 1以及空泡III和IV。此外,基质金属蛋白酶的活性1,2,8,9增加当cocultured TMSCs tBHP之前治疗。这些发现表明,氧化应激增加炎症细胞因子的分泌和负面影响的生产和降解不同的ECM组件,从而可能会造成观察到的变化在ECM声襞疤痕和老化的声带。另外,TMSCs函数抑制炎性细胞因子的分泌和对抗氧化应激影响ECM组件退化和生产。
具体ECM-related中差异表达的基因被发现声襞老鼠的伤疤。具体来说,纤连蛋白和胶原蛋白我已经发现调节和HA表达下调26]。同样,在老龄化的声带,固有膜层内的ECM的变化与胶原蛋白水平上升有关,胶原蛋白三世,MMP - 1、MMP 8公顷下降和弹性蛋白(27,28]。同样,在我们的研究中,我们已经表明,hVFFs的增殖能力和ECM-related基因的表达被暴露于氧化应激后的负面影响。具体地说,胶原蛋白的表达,III, IV增加,而弹性蛋白保持不变。尽管这些变化在hVFFs ECM-related基因没有最终一致的变化观察到ECM的实际声襞疤痕或老化,相似之处观察,表明氧化应激可能有助于发展变化在ECM老化声带或声襞疤痕。可以想象这ECM-regulating TMSCs能力可能有利于伤口愈合过程。在我们之前的研究中,我们演示了再生潜力的TMSCs伤口愈合通过调节炎症扩散,重塑各种皮肤细胞(14]。在这项研究中,TMSCs增强皮肤成纤维细胞和角质细胞的增殖,抑制成纤维细胞的分化成myofibroblasts。MDA在最近的研究中,被发现后暴露于氧化应激增加,和TMSCs增加hVFFs和胶原蛋白的增生的能力我在成纤维细胞表达。这些发现表明,TMSCs提高伤口愈合功能为一种有效的抗氧化剂的代理。这些结果与其他研究报告是一致的MSC(一种抗氧化剂函数16,17,29日]。具体地说,崔等人报道,骨髓msc改善氧化应激,抑制炎症,并促进神经营养因子的分泌从而为视网膜神经节电池5提供保护作用,通过抑制H2O2全身的细胞损伤(29日]。此外,王等人报道,人类amnion-derived msc具有强大的潜在治疗氧化stress-mediated骨缺陷通过激活ERK1/2 MAPK信号转导通路(17]。我们还表明,TMSCs引出一个抗氧化作用,有助于抵消了减少氧化应激hVFF扩散和ECM-related基因的表达变化。的抗氧化功能TMSC假设是与改善伤口愈合和防止疤痕组织的积累。
5。结论
氧化应激引起的tBHP炎性细胞因子增加,减少抗氧化酶的表达,诱发hVFFs ECM组件的变化。这些变化是一致的表型观察声带老化和声襞疤痕。然而,抵消TMSCs表现出很强的抗氧化能力的影响在hVFFs氧化应激引起的。这还需要进一步的研究来识别基因,microrna或相关蛋白与TMSCs的观察抗氧化和延缓衰老的功能。因此,本研究将通知的发展在再生医学领域的有效技术。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
Sung-Chan Shin和金Hyung-Sik贡献同样这项工作。
确认
这项工作是由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府资助(MSIT)(没有。nrf - 2017 r1e1a1a01074316 nrf - 2016 r1d1a3b01015539和联盟- 2019 r1a2c2085876)。
补充材料
描述人类tonsil-derived间充质干细胞(TMSCs)。(补充材料)
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