低氧對干細胞增殖和分化作用的研究.pdf

1、氧是生命存在的必要條件，也是細胞生理功能的一種重要調(diào)節(jié)因子。關(guān)于低氧作用的研究，目前多集中在低氧對細胞的損傷和有關(guān)的適應機制方面，而對低氧在細胞增殖、分化中影響的研究較少。特別是對于體內(nèi)胚胎發(fā)生和成年后的一些生理、病理過程中，出現(xiàn)細胞局部微環(huán)境低氧的情況重視不足。例如在體外干細胞研究中一般采用常氧條件(20％)，這樣難以反映體內(nèi)的真實情況。不僅如此，不同類型的干細胞在增殖、分化能力上有著極大的差別，而它們在低氧作用下細胞行為變化的異同，

2、目前尚無人比較。本文就低氧對干細胞的增殖和分化作用進行了初步研究。 1、低氧對在體神經(jīng)干細胞增殖和分化的作用Wistar雄性大鼠(體重160-180g)在分別經(jīng)過3000米低氧(n=6)和5000米低氧(n=6)，每天4小時，連續(xù)2周處理后，前腦的室下帶(SVZ)和側(cè)腦室旁BrdU標記的細胞數(shù)目比正常對照組分別增加了62％和35％：3000米低氧組海馬的齒狀回(DG)區(qū)的BrdU標記的細胞數(shù)目也明顯增加。在連續(xù)2周低氧后的2周

3、和4周，SVZ和DG區(qū)增殖的神經(jīng)干細胞并沒有分化為神經(jīng)元(NeuN)或神經(jīng)膠質(zhì)細胞(GFAP)，而在海馬的齒狀回區(qū)(DG)BrdU標記的細胞數(shù)量比4周前明顯增多。以上結(jié)果表明：不同部位的神經(jīng)干細胞對低氧的反應是不同的，它們可能屬于不同的亞群；單純的低氧刺激可促進內(nèi)源性神經(jīng)干細胞的增殖，并不影響其分化。 2、低氧對體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞增殖和分化的作用大鼠神經(jīng)干細胞體外實驗結(jié)果表明：3％和10％的低氧環(huán)境可明顯促進原代培養(yǎng)的神經(jīng)球

4、形成，培養(yǎng)3天后增殖的神經(jīng)球數(shù)目分別為常氧組的1.5和2.4倍。BrdU摻入實驗表明：在低氧環(huán)境中BrdU標記的陽性細胞數(shù)目明顯高于對照組。用RT-PCR的方法發(fā)現(xiàn)低氧環(huán)境中培養(yǎng)的神經(jīng)前體細胞中HIF-1a的表達明顯增多。將在低氧環(huán)境中增殖的神經(jīng)干細胞進行分化，發(fā)現(xiàn)在3％和10％的低氧環(huán)境中培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞與常氧組相比可分化為更多的神經(jīng)元。尤其在低氧(3％)環(huán)境中增殖的神經(jīng)干細胞，分化后神經(jīng)元細胞膜鈉-鉀電流大，高于在20％和10％的低

5、氧環(huán)境中誘導分化的神經(jīng)元。 3、低氧對新生大鼠成肌細胞增殖的影響成肌細胞作為基因治療的重要工程細胞已有廣泛研究。但有關(guān)低氧對成肌細胞的增殖作用尚無報道。首先分離純化了新生大鼠成肌細胞并以Desmin免疫組化染色鑒定。分別在氧含量3％、10％和20％環(huán)境中培養(yǎng)3天，觀察低氧對成肌細胞增殖的影響。結(jié)果顯示：低氧可明顯促進成肌細胞增殖，經(jīng)過3％和10％低氧處理后，成肌細胞的數(shù)目分別是常氧組的1.5和2.5倍。 4、低氧和C

6、oCl2對人骨髓間充質(zhì)干細胞體外增殖的影響人骨髓間充質(zhì)干細胞(hMSCs)是目前臨床應用前景最好的成體干細胞，在這我們觀察了低氧對其增殖的作用。將一定密度的hMSCs接種培養(yǎng)皿中，分別在氧含量為3％、10％和20％環(huán)境或加入100μM和200μMCoCl2模擬低氧共培養(yǎng)3天，結(jié)果顯示，低氧組和CoCl2組中hMSCs數(shù)量均高于常氧組。流式細胞檢測結(jié)果也表明，低氧組和CoCl2組細胞增殖指數(shù)均高于常氧組，差異均具有顯著性(P＜0.05)。

7、以上結(jié)果提示，低氧刺激具有促進hMSCs體外增殖的作用。 5、低氧和CoCl2對小鼠胚胎干細胞增殖與分化的作用小鼠胚胎干細胞分別在氧含量3％、10％和20％環(huán)境中培養(yǎng)24小時或加入50μM、100μM、200μMCoCl2模擬低氧共培養(yǎng)24小時后，觀察細胞增殖情況。細胞記數(shù)法和BrdU摻入后的流式細胞檢測結(jié)果均表明：單純低氧并不影響胚胎干細胞的增殖，氯化鉆處理組與正常對照組間細胞數(shù)均無明顯差別。對低氧誘導因子(HIF-1)的R

8、T-PCR檢測結(jié)果顯示：HIF-1的表達也沒有明顯變化。提示低氧對胚胎干細胞的增殖沒有明顯影響。 綜上所述，低氧對多種干細胞增殖和分化有影響，并可能具有細胞類型的特異性。就本實驗而言，單純低氧對胚胎來源干細胞的增殖沒有作用，而對多種外胚層和中胚層來源的成體干細胞的增殖有明顯的影響，主要是促進作用。這可能與成體動物在某些病理狀態(tài)下，相關(guān)干細胞增殖、修復病變組織的啟動有關(guān)。當然，干細胞增殖、分化的生物學行為是一系列內(nèi)外環(huán)境因素綜合