关键词:
骨髓间充质干细胞
右心室肥厚
肺血管肌化
野百合碱
肺动脉高压
钙信号
GAPDH
增殖
迁移
组胺
过氧化氢
GAPDH
肺动脉高压
摘要:
肺动脉高压(PAH)是一种严重且致命的疾病。其特点是肺动脉压升高和肺的病理改变,如内皮损伤,肺血管平滑肌细胞增殖和迁移所导致的肺血管腔减小,以及最终伴发的右心室肥厚和终末期心脏衰竭。但是肺动脉高压至今缺乏高效特异性的治疗方法,尽管常规疗法有显著进步,预后却仍然不理想。近年来干细胞被成功应用于多种疾病的治疗。由于它所具有的,相比一般药物治疗更高的安全有效性,干细胞治疗已成为疾病治疗策略的研究热点,并被运用于对肺动脉高压的治疗研究中。
最近在脂肪分化、关节损伤等疾病模型中发现干细胞治疗的疗效存在性别差异。而对于干细胞治疗肺动脉高压效果的性别差异和其潜在的机制却未有研究。本研究在探讨骨髓间充质干细胞(BMSCs)治疗肺动脉高压性别差异的实验中,发现雌性BMSCs无论以性别匹配或不匹配方式治疗野百合碱(MCT)诱导的小鼠肺动脉高压均比雄性BMSCs有更好的治疗效果,表现为右心室肥厚和肺阻力血管肌化程度有更大幅度的降低。体外实验中在炎症、氧化应激状态下,BMSCs的[Ca2+]i动力学、增殖和迁移能力均有显著的性别差异。
出乎意料的是,我们发现雌性BMSCs的甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)蛋白水平比雄性BMSCs高得多。GAPDH最近已被证明是一种多功能蛋白质,具有不同的功能。我们通过分子生物学技术敲除雌性BMSCs的GAPDH或在雄性BMSCs过表达GAPDH,均能逆转上述细胞生物学行为和治疗效果的差异。综上,我们的实验结果表明GAPDH在雌性BMSCs通过调节细胞内[Ca2+]i信号及相关的细胞行为,从而在治疗肺动脉高压过程中发挥比雄性BMSCs更加优越的治疗作用。
第一部分骨髓间充质干细胞性别对小鼠肺动脉高压疗效的影响
目的:
干细胞引入体内后,为特异性示踪其定位与变化,现多采用将雄性干细胞引入雌性动物体内,藉由Y染色体来特异示踪,因此不可避免地忽视了干细胞性别差异对治疗效果的影响。本实验利用分离自同胎生雌性和雄性小鼠的不同性别骨髓间充质干细胞(BMSCs),观察干细胞性别差异对肺动脉高压治疗效果的影响。
方法:
本实验采用8周龄体重在22g左右的C57小鼠,尾静脉注射60mg/kg的野百合碱MCT诱导肺动脉高压模型,在MCT注射三天后分组静脉给予2×106个不同性别BMSCs治疗,28天后以右心肥厚指数RV/(LV+S)(右心室/(左心室+间隔))和肺组织病理切片所显示的肺血管肌化程度(1muscularization)为指标,评估治疗效果。
结果:
(1)光学显微镜下可见单个BMSC呈梭形多角形,细胞融合后呈铺路石样;流式鉴定细胞表面标志:CD29-PE+(99.96%±0.03%); CD34-PE-(0.34%±0.13%); CD45-APC-Cy7(1.97%±0.38%)。
(2)在对MCT诱导的肺动脉高压治疗中,雌性小鼠右心肥厚指数造模后明显增加(0.278±0.009vs0.357±0.019,p<0.05),雌性BMSCs降低右心肥厚指数的作用表现出明显优于雄性BMSCs的作用(0.275±0.026vs0.311±0.022,p<0.05);且在雄性小鼠,雌性BMSCs也同样表现出明显优于雄性BMSCs的作用(0.2835±0.028vVs0.326±0.045,p<0.05)。
(3)在对MCT诱导的肺动脉高压治疗中,雌性小鼠肺动脉肌化(muscularization)造模后明显增加(38.3%±2.9%vs82.3%±7.8%,p<0.05),但是雌性BMSCs降低肺动脉肌化的作用明显优于雄性BMSCs的作用(41.7%±5.8%vs55.3%±5.0%,p<0.05);且在雄性小鼠,雌性BMSCs也同样表现出明显优于雄性BMSCs的作用(40.0%±4.8%vs54.0%±6.9%,p<0.05)。
结论:
在MCT诱导的小鼠肺动脉高压模型中,雌、雄BMSCs均可以有效减缓模型小鼠右心室肥厚和肺动脉肌化程度,从而起到有效治疗肺动脉高压的作用,而雌性BMSCs则表现出更优于雄性BMSCs的治疗效果。
第二部分离体实验研究骨髓间充质干细胞性别差异的生物机制
目的:
骨髓间充质干细胞(BMSCs)在被引入发生肺动脉高压的人和动物体内后必然置身于不同的病理内环境,比较常见的包括氧化应激、炎症反应等等。BMSCs要发挥其修复内皮和治疗肺动脉高压的作用,必须能够适应这些微环境。观察并比较在氧化应激、炎症反应时雌、雄BMSCs生物学行为包括钙信号、增殖和迁移能力、connexin43表达等方面的差异,以期阐明BMSCs在肺动脉高压治疗中表现出来的性别差异的机制。
方法: