关键词:
猕猴
间充质干细胞
肝纤维化
骨关节炎
细胞标记
细胞移植
玻璃化冻存
摘要:
肝脏疾病是对人类健康和社会经济造成巨大危害的重大疾病之一。目前,该病在基础研究和临床应用上面临着亟待关注和解决的问题,一是缺乏能真实重现人类肝病病理和代谢特征的动物模型,二是严重肝病所需肝脏移植供体的紧缺和免疫排斥。因此,选择与人类在进化上高度近缘、在遗传上高度相似的高等灵长类动物作为人类肝病的动物实验模型,进行在再生医学领域有广阔应用前景、可以规避移植供体紧缺和免疫排斥问题的干细胞移植研究,成为生物医学领域的发展趋势和技术急需。猕猴隶属灵长目猴科猕猴属动物,又称恒河猴。作为高等非人灵长类,猕猴与人类在进化上高度近缘、在遗传上高度相似,因此较其他物种,猕猴在临床前研究的有效性倍受认可,也因此成为生物医药研究的重要实验动物。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一类存在于中胚层和外胚层组织中的成体结缔组织干细胞,可从包括骨髓在内的多种组织中分离得到,易分离、易体外扩大培养,可向肝细胞等多种细胞类型分化并促进组织再生,且在临床应用上不存在伦理问题,被认为是临床细胞治疗和再生医学领域最具前景的“种子细胞”。针对肝病基础研究和临床应用中的上述两个亟待解决的问题,本研究以猕猴的MSCs作为研究对象,系统开展了以下研究:猕猴骨髓MSCs的分离鉴定,骨髓和脂肪来源MSCs的肝向分化潜能比较,绿色荧光蛋白(GFP)和新型超顺磁纳米铁(MIRB)标记对MSCs特性影响的分析,猕猴骨髓MSCs对肝纤维化模型猕猴和小鼠的移植治疗研究,猕猴骨髓MSCs对自发性骨关节炎猕猴的移植治疗研究,及玻璃化冻存对猕猴骨髓MSCs的生物学特性影响研究。希望通过上述研究工作为进一步探讨猕猴MSCs在患肝脏等疾病的动物体内的分化、定植、跟踪及相应的临床研究提供重要的理论、技术和应用参考,同时也为MSCs冻存条件的优化提供有益信息。具体研究内容如下:1、从猕猴骨髓中通过差速贴壁的方法分离得到的梭状或纤维状的细胞,通过对其表面蛋白分子及成脂、成骨和成软骨细胞分化潜能的综合鉴定,并对照国际细胞治疗协会(ISCT)对MSCs的鉴定标准,证实分离得到可靠的MSCs,为以下的MSCs一系列进一步研究奠定了细胞材料基础。2、通过形态观察、糖原染色、尿素检测、肝特异性基因表达等比较分析证明了骨髓MSCs的肝向分化潜能大于大网膜脂肪MSCs。3、分别采用绿色荧光蛋白(GFP)和新型超顺磁纳米铁(MIRB)标记猕猴骨髓MSCs,通过对标记率、增殖力和分化能力方面检测发现,标记率均可达到98%以上,而且标记后并没有影响MSCs的增殖活力和功能。MSCs的两种标记方法不仅能满足体外组织切片的荧光检测,同时可通过核磁共振跟踪输注在体内的MSCs,对了解进入体内的MSCs的迁移、归巢、定植和MSCs的命运归宿具有重要意义。4、成功建立了二甲基亚硝按(DMNA)诱导的猕猴肝纤维化模型和四氯化碳(CCl4)诱导的小鼠肝纤维化模型。5、用稳定GFP标记的MSCs静脉移植至DMNA诱导的肝纤维化猕猴和CCl4诱导的肝纤维化小鼠模型上,进行猕猴MSCs移植治疗应用研究。通过血清学、病理学、影像学等指标对MSCs移植治疗肝纤维化的有效性进行综合评价,结果显示,MSCs移植1个月后,无论猕猴还是小鼠,相关指标均有一定改善,提示猕猴骨髓MSCs对同种异体抑或异物种的肝纤维化的治疗均有一定疗效。6、作为MSCs治疗的有效性对照,我们还进行了猕猴骨髓MSCs对自发性骨关节炎猕猴的移植治疗的初步研究。将猕猴骨髓MSCs移植至自发性骨关节的猕猴关节腔内,通过3次移植后发现,关节大小、腿部伸直度、血清指标、X-ray、MRI和运动行为等指标均有一定改善,提示同种异体的骨髓MSCs对猕猴骨关节炎治疗也有一定疗效。7、为筛选和建立猕猴MSCs长期冻存的最佳条件,我们分析了两种渗透性冷冻保护剂DMSO和EG玻璃化冻存对猕猴骨髓MSCs的生物学特性的影响,结果显示:两种冷冻剂对细胞形态、表面分子和分化能力的影响没有明显差异,但是在细胞存活率和增殖活力上,EG冻存剂具有更明显的优势。进一步的转录组测序结果显示,EG冻存组与未冻存组相比有6987个差异表达基因,DMSO冻存组与未冻存组比较存在2524个差异表达基因,两组的交集基因有1886个,显示不同的玻璃化冻存剂对MSCs基因表达存在着一定程度的不同影响。改变的基因包括8个干细胞多能性相关基因、28个分化能力相关基因、44个MSCs特异性相关基因、4个MSCs免疫抑制和免疫调节基因、26个调控甲基化相关基因、21个氧化应激和脂质过氧化相关基因、6414个糖代谢、脂代谢、核酸代谢及ATP合成相关基因和88个细胞凋亡、坏死和自噬相关的基因。GO功能富集分析显示,差异表达基因主要富集在免疫反应功能、免疫系统进程和水解酶以及细胞因子的活性上。进一步的统计