hUC-MSCs通過IL-8促進HIBD大鼠神經(jīng)功能修復的實驗研究.pdf

1、第一部分.人臍帶間充質(zhì)干細胞基本生物學特性鑒定
　　目的:通過體外培養(yǎng)hUC-MSCs，鑒定其表面標志和神經(jīng)分化能力，明確hUC-MSCs的基本生物學特性，為后續(xù)研究奠定基礎。
　　方法:體外培養(yǎng)hUC-MSCs，倒置顯微鏡下觀察不同培養(yǎng)代次（P2，P10，P15代）的細胞形態(tài)；通過染色體顯帶技術進行染色體核型分析，明確不同培養(yǎng)代次的hUC-MSCs染色帶型穩(wěn)定性；通過流式細胞技術檢測細胞表面標志物CD29、CD44、CD9

2、0、CD105、HLA-ABC、CD34、CD45和HLA-DR；在誘導神經(jīng)分化方面，采用濃度為1μmol/L的ATRA進行預誘導，然后利用改良成神經(jīng)誘導液MNM進行神經(jīng)分化誘導24h，得到神經(jīng)分化狀態(tài)的hUC-MSCs(用Dif表示)，撤掉MNM誘導液24h后，再次給予MNM誘導24h得到神經(jīng)再分化狀態(tài)的hUC-MSCs(用Re-Dif表示)，倒置顯微鏡觀察hUC-MSCs，Dif和Re-Dif細胞形態(tài)；采用Western Blott

3、ing和Real-time PCR檢測hUC-MSCs，Dif和Re-Dif三組細胞神經(jīng)標志物NSE、MAP2、β-tubulinIII表達情況。
　　結(jié)果:
　?。?）hUC-MSCs的培養(yǎng)及擴增：hUC-MSCs具有hMSCs的形態(tài)特征，細胞貼壁旋渦狀生長，呈扁平梭形或細長針尖樣，培養(yǎng)15代內(nèi)均能保持干細胞的形態(tài)特征，細胞增殖能力較強，傳代后3-4天可長滿。
　?。?）hUC-MSCs染色體顯帶分析：體外培養(yǎng)至第2

4、代、第10代以及第15代的hUC-MSCs，染色體顯帶結(jié)果無異常，細胞傳代至第15代仍能保持正常的染色體帶型，不會發(fā)生染色體畸變。
　　（3）hUC-MSCs流式技術鑒定：培養(yǎng)第3代的 hUC-MSCs，99％以上的細胞陽性表達CD29、CD44、CD90、CD105、HLA-ABC，陰性表達造血干細胞標志CD34、CD45和免疫原性標志 HLA-DR。
　?。?）hUC-MSCs神經(jīng)分化、再分化誘導后形態(tài)變化：hUC-MS

5、Cs經(jīng)神經(jīng)分化誘導24h后，細胞形態(tài)較未經(jīng)誘導的hUC-MSCs無明顯變化，細胞仍呈現(xiàn)hMSCs的形態(tài)特征，細胞扁平呈梭形，旋渦狀生長。但hUC-MSCs經(jīng)神經(jīng)再分化誘導24h后，細胞形態(tài)發(fā)生明顯變化，呈現(xiàn)神經(jīng)元樣細胞形態(tài)，胞體收縮變圓而亮，細胞有單極或多極突起，部分突起連成網(wǎng)狀，神經(jīng)誘導率可達80-90%。
　　（5）hUC-MSCs神經(jīng)分化、再分化誘導后神經(jīng)標志物表達情況：Real-time PCR結(jié)果顯示，Dif組和Re-D

6、if組 NSE、MAP2、β-tubulinIII的表達均高于hUC-MSCs組，且Re-Dif組的表達高于Dif組，差異具有統(tǒng)計學意義（**P＜0.01,***P＜0.001, one-way ANOVA）；Western Blotting檢測結(jié)果與Real-time PCR結(jié)果一致。
　　結(jié)論:
　?。?）hUC-MSCs具有hMSCs的形態(tài)特征和表面標志，細胞增殖能力較旺盛。
　?。?）hUC-MSCs具有很好的

7、生物學穩(wěn)定性，體外多次傳代不會對細胞染色體帶型造成影響。
　?。?）hUC-MSCs具有神經(jīng)分化和再分化潛能，再分化hUC-MSCs較分化的hUC-MSCs表達更高的神經(jīng)標志物。
　　第二部分.hUC-MSCs及分化、再分化hUC-MSCs移植對HIBD模型大鼠的神經(jīng)修復作用
　　目的:利用新生SD大鼠建立HIBD模型，在體研究hUC-MSCs，分化及再分化hUC-MSCs移植對HIBD大鼠的神經(jīng)保護作用。
　　

8、方法:將134只7日齡健康SD大鼠隨機分為假手術組（Sham組，n=27）和HIBD造模組（HIBD組，n=107）；HIBD組大鼠行經(jīng)典Rice法雙結(jié)扎并離斷左側(cè)頸總動脈，并給予缺氧處理2.5h。Sham組大鼠僅分離并暴露左側(cè)頸總動脈，但不結(jié)扎和離斷也不給予缺氧處理；在建模后5d，將HIBD組實驗大鼠隨機分為PBS組（n=34）和細胞移植組（n=73），細胞移植組分為：未分化hUC-MSCs移植組（hUC-MSCs組，n=34），分化

9、hUC-MSCs移植組（Dif組，n=21）和再分化hUC-MSCs移植組（Re-Dif組，n=18）；各組大鼠麻醉后固定，在腦立體定位儀指引下行顱內(nèi)注射，每只實驗大鼠給予細胞懸液量為5μL，細胞數(shù)量為2x105個，PBS組只給予5μL滅菌PBS顱內(nèi)注射；細胞移植后2d，左側(cè)腦組織石蠟切片行 HE染色；顱內(nèi)注射后1月，Morris水迷宮檢測實驗大鼠的學習記憶功能，Object-in-place行為學實驗檢測各組大鼠對新事物的探索能力，膜

10、片鉗記錄實驗大鼠海馬腦片CA1區(qū)長時程增強電位情況。
　　結(jié)果:
　　（1）hUC-MSCs移植對HIBD模型大鼠腦組織病理形態(tài)的影響：通過HE染色，HIBD組大鼠側(cè)腦室周圍腦組織疏松，呈現(xiàn)彌散狀態(tài)，細胞核固縮呈空泡狀。而經(jīng)hUC-MSCs移植后，側(cè)腦室周圍腦組織較緊密，細胞核固縮、空泡情況較HIBD組改善，但仍達不到Sham組正常大鼠的腦組織形態(tài)特征。
　?。?）hUC-MSCs移植對 HIBD大鼠學習記憶功能的影響

11、：Morris水迷宮實驗發(fā)現(xiàn)，在第1d可見平臺測試中，Sham（n=9），HIBD（n=18）和hUC-MSCs（n=17）三組大鼠找到平臺所用時間和距離沒有統(tǒng)計學差異，提示HIBD建模和細胞移植不會對大鼠的運動和視覺能力造成影響。第2-5d定位航行訓練中，Sham, HIBD和hUC-MSCs三組大鼠找到平臺所用時間均隨著訓練天數(shù)的增加而降低。HIBD組找到平臺所用時間較Sham組明顯增加，差異具有統(tǒng)計學意義(*P＜0.05,**P＜

12、0.01,***P＜0.001, Sham vs. HIBD，one-way ANOVA)，而hUC-MSCs移植后，hUC-MSCs治療組找到平臺所用時間較HIBD組明顯縮短，差異具有統(tǒng)計學意義（＃P＜0.05, HIBD vs. hUC-MSCs, one-way ANOVA）。第6d平臺探索實驗，hUC-MSCs治療組找到平臺次數(shù)明顯多于HIBD組，但是仍少于Sham組（***P＜0.001, Sham vs. HIBD;*P＜0

13、.05, HIBD vs. hUC-MSCs, Sham vs. hUC-MSCs）。
　?。?）hUC-MSCs移植對HIBD大鼠新事物探索能力的影響：通過Object-in-place行為學實驗，發(fā)現(xiàn)HIBD組（n=8）大鼠對新事物的探索能力明顯低于Sham組（n=9），差異具有統(tǒng)計學意義（***P＜0.001, Sham vs. HIBD）。而hUC-MSCs移植組（n=8）較HIBD組大鼠對新事物的探索能力明顯提高，差異具

14、有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, HIBD vs. hUC-MSCs）。
　?。?）hUC-MSCs移植對HIBD模型大鼠海馬腦片電生理功能的影響：通過膜片鉗檢測，發(fā)現(xiàn)Sham組，HIBD組和hUC-MSCs組實驗大鼠海馬腦片CA1區(qū)興奮性突觸后電位（fEPSPs）斜率在高頻刺激（HFS）前20min的基線水平無差異，給予HFS刺激后，三組海馬腦片fEPSPs斜率值均不同程度增加。HFS刺激后30min，HIBD組（110.1%±1

15、1.7% of baseline, n=5）fEPSPs斜率增加值明顯低于hUC-MSCs移植組（153.1%±17.5% of baseline, n=6）和Sham組（167%±21.8% of baseline, n=6），差異具有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, HIBD vs. hUC-MSCs;***P＜0.001, HIBD vs. Sham）。
　?。?）分化及再分化hUC-MSCs移植對HIBD大鼠學習記憶功能的影響

16、：通過Morris水迷宮實驗，在第1d可見平臺測試中，hUC-MSCs組（n=17），Dif組（n=12）和Re-Dif組（n=10）三組實驗大鼠找到平臺所用時間和距離沒有統(tǒng)計學差異，說明三組間具有可比性。第2-5d定位航行訓練中，三組大鼠找到平臺所用時間無統(tǒng)計學差異（P＞0.05, one-way ANOVA）。第6d平臺探索實驗，盡管Dif組和Re-Dif組找到平臺次數(shù)較hUC-MSCs組多，但差異仍不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05,

17、 one-way ANOVA）。
　?。?）分化及再分化hUC-MSCs移植對HIBD大鼠新事物探索能力的影響：通過Object-in-place行為學實驗，發(fā)現(xiàn)Dif組（n=9），Re-Dif組（n=8）和hUC-MSCs組（n=8）三組大鼠對新事物的探索能力相當，三組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05, one-way ANOVA）。
　　結(jié)論:
　?。?）hUC-MSCs移植可減輕HIBD模型大鼠腦組織病理形態(tài)改變

18、。
　?。?）hUC-MSCs移植可提高HIBD模型大鼠的空間學習記憶能力和對新事物的探索能力。
　?。?）hUC-MSCs移植可以提高 HIBD模型大鼠海馬CA1區(qū)長時程增強電位。
　?。?）hUC-MSCs、分化及再分化hUC-MSCs三種狀態(tài)的細胞移植，都能促進HIBD模型大鼠空間學習記憶能力的恢復和提高大鼠對新事物的探索能力，但分化及再分化hUC-MSCs移植并沒有較未分化的hUC-MSCs體現(xiàn)更大的神經(jīng)修復潛

19、能。
　　第三部分.hUC-MSCs通過IL-8促進HIBD模型大鼠學習記憶功能恢復
　　第一章:全基因表達譜芯片明確hUC-MSCs在神經(jīng)分化、再分化過程中可能的分子機制
　　目的:運用全基因表達譜芯片闡明hUC-MSCs在神經(jīng)分化和再分化過程中的具體分子機制；同時，揭示hUC-MSCs發(fā)揮體內(nèi)修復作用的可能機制。
　　方法:利用Affymetrix U133真核生物全基因表達譜芯片檢測hUC-MSCs、Dif

20、及Re-Dif三種細胞的全基因表達情況；采用聚類分析對三組細胞的差異基因表達模式進行分析；通過GO生物學分析軟件，分析差異基因參與的具體生物學功能；通過KEGG-pathway分析，明確差異基因參與的信號通路情況；通過對常見細胞因子基因表達情況分析，明確hUC-MSCs表達細胞因子情況。
　　結(jié)果:
　?。?）Affymetrix U133真核生物基因表達譜芯片檢測hUC-MSCs、Dif、Re-Dif三組細胞全基因表達模式

21、：hUC-MSCs組基因表達模式與Dif組和Re-Dif組差異較大，呈現(xiàn)幾乎對立的表達模式，而Dif組和Re-Dif組基因表達模式較接近。
　?。?）hUC-MSCs、Dif、Re-Dif三組細胞連續(xù)變化的差異基因聚類分析：hUC-MSCs、Dif和Re-Dif三組中連續(xù)遞增和連續(xù)遞減的差異基因一共有483個，對這483個差異基因進行聚類分析，結(jié)果顯示hUC-MSCs向Dif組分化以及向Re-Dif組再分化是一個連續(xù)變化的過程，其

22、中Dif組處于中間過渡狀態(tài)，而Re-Dif組呈現(xiàn)和hUC-MSCs組幾乎完全對立的基因表達情況。
　?。?）三組細胞連續(xù)變化的差異基因GO生物學功能分析：這483個差異基因主要參與的生物學功能包括信號轉(zhuǎn)導、發(fā)育、負性細胞增殖、細胞周期、缺氧反應、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、細胞分化以及炎癥反應。
　?。?）hUC-MSCs、Dif、Re-Dif三組細胞連續(xù)變化的差異基因KEGG-Pathway分析：hUC-MSCs進行神經(jīng)分化和再分化過程

23、中有眾多信號通路參與，主要有細胞因子-細胞因子受體相互作用、P53信號通路、MAPK信號通路、TGF-β信號通路等，其中細胞因子-細胞因子受體相互作用是統(tǒng)計學差異最大的信號通路（P=2.65E-10）。
　?。?）全基因表達譜芯片檢測hUC-MSCs細胞因子基因表達情況：hUC-MSCs表達許多細胞因子和趨化因子基因，TIMP-1、IL-8、CXCL1、TIMP-2、IL-1β、MCP-1、VEGF等細胞因子在hUC-MSCs中高

24、表達。
　　結(jié)論:
　?。?）hUC-MSCs與神經(jīng)分化和再分化狀態(tài)的hUC-MSCs具有不同的基因表達模式，而分化和再分化兩種狀態(tài)細胞的基因表達模式較相似。
　　（2）hUC-MSCs進行神經(jīng)分化和再分化誘導是一個動態(tài)變化的過程，再分化的hUC-MSCs較分化的hUC-MSCs呈現(xiàn)更成熟的終末基因表達狀態(tài)。
　?。?）hUC-MSCs進行神經(jīng)分化和再分化誘導時，細胞因子參與的信號通路可能在其中發(fā)揮了主要作用。<

25、br>　?。?）TIMP-1、IL-8、CXCL1、TIMP-2、IL-1β、MCP-1、VEGF等細胞因子可能與hUC-MSCs發(fā)揮治療作用有關系。
　　第二章: hUC-MSCs分泌IL-8激活JNK信號通路促進HIBD大鼠海馬血管生成
　　目的:探討hUC-MSCs分泌IL-8參與HIBD模型大鼠神經(jīng)修復的作用機制。
　　方法:實驗設計分三組：正常對照組（Sham組，n=6），PBS顱內(nèi)注射組（HIBD組，n=6

26、）和hUC-MSCs移植組（hUC-MSCs組，n=6），在顱內(nèi)注射后2d取腦組織進行各項檢測；通過ELISA檢測hUC-MSCs培養(yǎng)上清液中IL-8、TIMP-1、CCL2、CXCL1四種細胞因子表達情況，驗證芯片結(jié)果；通過ELISA和Western Blotting檢測Sham組、HIBD組和hUC-MSCs組三組實驗大鼠腦組織hIL-8分泌水平和IL-8蛋白表達水平，以及CD31表達和VEGF分泌水平；通過CD31和BrdU雙標免

27、疫熒光實驗，檢測三組大鼠海馬區(qū)血管生成情況；通過Western Blotting實驗，檢測三組大鼠腦組織JNK和p-JNK蛋白表達情況；通過siIL-8和GFP慢病毒轉(zhuǎn)染，建立siIL-8-hUC-MSCs和GFP-hUC-MSCs穩(wěn)定細胞株；通過 Real-time PCR和Western Blotting實驗，檢測siIL-8-hUC-MSCs和GFP-hUC-MSCs兩組細胞中IL-8基因和蛋白表達情況；將siIL-8-hUC-M

28、SCs（n=14）和GFP-hUC-MSCs（n=14）穩(wěn)定細胞株移植入HIBD大鼠體內(nèi)，細胞移植后2d取腦組織進行檢測；通過ELISA和Western Blotting實驗，檢測siIL-8-hUC-MSCs移植入HIBD大鼠腦組織后IL-8表達情況，以及CD31蛋白表達水平和VEGF分泌情況；通過CD31和BrdU雙標免疫熒光實驗，明確siIL-8-hUC-MSCs移植對海馬區(qū)血管生成的影響；通過Western Blotting實驗

29、，檢測JNK和p-JNK蛋白在siIL-8-hUC-MSCs組和GFP-hUC-MSCs組的表達情況；通過Morris水迷宮，檢測siIL-8-hUC-MSCs組（n=8）和GFP-hUC-MSCs組（n=8）兩組實驗大鼠學習記憶功能情況。
　　結(jié)果:
　?。?）hUC-MSCs分泌細胞因子情況：通過ELISA對芯片檢測出最高的四種細胞因子進行驗證，發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs高分泌IL-8、TIMP-1、CCL2、CXCL1四種細

30、胞因子，其中IL-8是最高分泌的細胞因子，其分泌量較其它三種細胞因子有統(tǒng)計學差異(***P＜0.001, IL-8 vs. TIMP-1, one-way ANOVA)。
　?。?）hUC-MSCs移植對IL-8表達水平的影響：通過對hUC-MSCs移植組大鼠腦組織在hIL-8分泌水平和IL-8蛋白水平進行檢測，發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs組表達IL-8水平高于HIBD組和Sham組，差異具有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, HIBD vs.

31、 hUC-MSCs, Sham vs. hUC-MSCs）。
　?。?）hUC-MSCs移植對CD31和VEGF表達水平的影響：hUC-MSCs移植組CD31蛋白表達水平和VEGF分泌水平為三組中最高，高于Sham組和HIBD組，差異具有統(tǒng)計學意義（**P＜0.01, HIBD vs. hUC-MSCs;**P＜0.01, Sham vs. HIBD）。
　?。?）hUC-MSCs移植對血管生成的影響：hUC-MSCs治療組

32、海馬新生血管明顯多于HIBD組，差異具有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, HIBD vs. hUC-MSCs, Sham vs. HIBD, one-way ANOVA）。
　?。?）hUC-MSCs移植促進血管生成的可能機制：hUC-MSCs組p-JNK蛋白表達水平較HIBD組和Sham組明顯增高，但JNK總蛋白表達水平在三組沒有明顯差異。
　?。?）siIL-8-hUC-MSCs細胞株的建立：通過倒置熒光顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)GF

33、P空載慢病毒組和siIL-8慢病毒組感染細胞穩(wěn)定表達綠色熒光，與普通光學顯微鏡下的細胞相比，GFP組和siIL-8組慢病毒感染率均達85%以上，兩組間無明顯差異，并且病毒感染組細胞活力及增殖能力較未感染病毒的hUC-MSCs無明顯減弱。
　?。?）siIL-8-hUC-MSCs穩(wěn)定細胞株的鑒定：Real-time PCR顯示，siIL-8-hUC-MSCs組IL-8基因表達水平明顯低于GFP-hUC-MSCs組，差異具有統(tǒng)計學意義

34、（***P＜0.001, Student’sttest）。IL-8蛋白表達水平與基因水平一致。
　　（8）siIL-8-hUC-MSCs移植對IL-8表達水平的影響：siIL-8-hUC-MSCs組大鼠腦組織中hIL-8分泌水平較GFP-hUC-MSCs組明顯降低，差異具有統(tǒng)計學意義（***P＜0.001, Student’sttest）。IL-8蛋白表達水平與hIL-8分泌水平一致。
　?。?） siIL-8-hUC-MS

35、Cs移植對CD31和VEGF蛋白表達水平的影響：siIL-8-hUC-MSCs移植組在CD31蛋白表達和VEGF分泌水平均較GFP-hUC-MSCs移植組低，差異具有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, Student’sttest）。
　?。?0）siIL-8-hUC-MSCs移植對海馬區(qū)血管生成的影響：siIL-8-hUC-MSCs移植組海馬區(qū)BrdU+/CD31+細胞數(shù)量明顯少于GFP-hUC-MSCs移植組，對陽性標記的新生血管進

36、行計數(shù)，差異具有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, Student’sttest）。
　　（11）siIL-8-hUC-MSCs移植對JNK信號通路的影響：siIL-8-hUC-MSCs組p-JNK蛋白表達水平明顯低于GFP-hUC-MSCs組，而總JNK蛋白表達水平在兩組無差異。
　?。?2）siIL-8-hUC-MSCs移植對 HIBD模型大鼠學習記憶功能的影響：通過Morris水迷宮檢測，發(fā)現(xiàn)siIL-8-hUC-MSCs移

37、植組大鼠穿越平臺次數(shù)明顯少于GFP-hUC-MSCs組，差異具有統(tǒng)計學意義（*P＜0.05, Student’ sttest）。
　　結(jié)論:
　?。?）hUC-MSCs分泌的IL-8可能通過 JNK信號通路參與HIBD大鼠海馬區(qū)血管生成。
　　（2）體外成功建立siIL-8-hUC-MSCs和GFP-hUC-MSCs穩(wěn)定細胞株。
　?。?）利用siIL-8-hUC-MSCs反向證實hUC-MSCs移植通過分泌IL