关键词:
骨髓间充质干细胞
缺血再灌注
肾脏
摘要:
背景及目的
急性肾功能衰竭(Acute renal failure,ARF)是多种原因引起的肾功能骤然下降而出现的临床综合征,病死率很高,目前除了支持治疗和血液透析,尚没有有效的治疗方法,是临床治疗的难点。临床ARF的最常见病因是缺血再灌注(ischemia-reperfusion,I/R)损伤,肾脏手术、肾移植及弥散内血管性出血均可引起肾脏缺血再灌注损伤,其最主要的病理损害为急性肾小管坏死(acute tubularnecrosis,ATN)。因此,如何减轻肾小管的坏死、恢复肾小管的结构和功能是治疗ARF的重要切入点。
干细胞是一群未分化的细胞,具有自我更新和多向分化潜能。骨髓中有两种干细胞,即造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)和间充质干细胞(Mesenchymalstem cells,MSCs)。造血干细胞可分化成为不同类型的血细胞,骨髓MSCs存在于骨髓间质,为造血干细胞提供造血支持,并能分化成间质细胞,如软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞等。另外,干细胞可塑性研究证明,骨髓MSCs不仅可以向中胚层细胞分化,还可以向内胚层和外胚层细胞分化。基于骨髓MSCs的这些特性,它已成为组织工程学的一种重要“种子”细胞。研究报道,骨髓MSCs能够归巢到组织受损区域,参与修复损伤的组织,并能改善其功能。在心脏疾病、神经系统疾病中,骨髓MSCs移植均起到了明显的治疗疗效。
依据骨髓MSCs的生物学特性及其在多种损伤性疾病的治疗效果,我们认为骨髓MSCs移植治疗肾损伤疾病可能有效。本研究通过体外分离、培养和扩增获得骨髓MSCs,并对其生物学特性进行检测,确定所得细胞确为骨髓MSCs。同时建立了小鼠急性肾缺血再灌注损伤模型,经尾静脉注射移植入骨髓MSCs,于移植后的不同时间点检测肾功能指标(BUN,Scr)、肾脏病理及肾小管上皮细胞的增殖指数等指标,评价骨髓MSCs在小鼠急性肾缺血再灌注模型中的疗效,并初步从减轻炎症反应的角度探讨骨髓MSCs的治疗机制。
材料与方法
选择18-20g(6-8周龄)的BALB/c(H-2Kd)小鼠,雄性小鼠用来制备骨髓MSCs,雌性小鼠用来建立动物模型。采用全骨髓培养法分离、培养及扩增骨髓MSCs。90只雌性小鼠随机分为假手术组、I/R组和MSCs治疗组。MSCs治疗组和I/R组小鼠采用微血管夹夹闭双侧肾蒂40分钟,1小时后,经尾静脉注射1×10~6个骨髓MSCs(0.2ml)或等剂量的RPMI 1640。假手术组只对其进行手术操作,不夹闭肾蒂。再灌注后第1天、3天、10天和30天时收集血样,采用全自动生化分析仪测定血清肌酐和尿素氮。部分小鼠于再灌注后第3天和第30天时处死,取双侧肾脏进行HE染色,根据Paller标准对肾脏的病理改变进行评分。另一部分小鼠于再灌注后第1天和第10天时处死,取双侧肾脏进行PCNA(Proliferating Cell NuclearAntigen,增殖细胞核抗原)免疫组化染色,以PCNA阳性的肾小管细胞数反应肾小管上皮细胞的增殖指数。
结果
1.小鼠骨髓MSCs呈成纤维细胞样,免疫标记:CD29+、CD44+、CD105+、Flk-1+、CD13-、CD31-、CD34-、CD45-、CD106-、HLA-DR-。
2.小鼠骨髓MSCs在特定的诱导培养基中可定向分化为成骨细胞、脂肪细胞及内皮细胞。
3.成功建立小鼠急性肾缺血再灌注损伤模型,成功率95%。
4.与假手术组对比,I/R组再灌注后第1、3天的血清BUN值、Scr值明显增高(P<0.05),第10、30天的血清BUN值、Scr值无明显改变(P>0.05);MSCs治疗组再灌注后第1天的血清BUN值、Scr值明显增高(P<0.05),第3、10、30天的血清BUN值、Scr值无明显改变(P>0.05)。与I/R组对比,MSCs治疗组再灌注后第1天和第3天血清BUN值、Scr值明显降低(P<0.05)。小鼠MSCs治疗组的肾功能恢复较早。
5.光镜下观察MSCs治疗组的肾脏病理改变较I/R组明显减轻。I/R组和MSCs治疗组再灌注后第3、30天时的肾脏HE评分显示,MSCs治疗组的评分均较I/R组明显减低(P<0.05)。
6.与假手术组对比,I/R组再灌注后第3天的PCNA阳性细胞数没有明显变化(P>0.05),第10天的PCNA阳性细胞数明显增高(P<0.05);MSCs治疗组再灌注后第3天PCNA阳性细胞数明显增高(P<0.05),第10天的PCNA阳性细胞数没有明显变化(P>0.05)。与I/R组对比,MSCs治疗组再灌注后第3天的PCNA阳性细胞数高于I/R组(P