摘要目的:<br> 研究多系分化持续应激耐受细胞(Multilineage-differentiating stress enduring,Muse)对脂多糖(LPS)诱导的髓核细胞凋亡及基质代谢的调控作用。探讨Muse干细胞对体外LPS诱导的髓核细胞(Nucleus pulposus cells,NPCs)功能改善的安全性和有效性。<br> 方法:<br> 采用胰酶消化法从人脐带间充质干细胞获取Muse干细胞,LPS刺激大鼠原代髓核细胞诱导其凋亡及炎症。用来模拟椎间盘退变(Intervertebral disc degeneration,IDD)微环境。实验分为对照组(Control组)、LPS刺激组(LPS+NPCs组)、Muse干细胞共培养组(LPS+NPCs+Muse组)、MSCs共培养组((LPS+NPCs+MSCs组)。通过细胞免疫荧光检测SSEA-3和CD 105来鉴定获得的Muse干细胞。同时,通过细胞免疫荧光检测Collagen Ⅱ(二型胶原蛋白)和Aggrecan(聚集蛋白聚糖)来鉴定获得的大鼠原代髓核细胞。CCK8法和EdU法检测LPS诱导的髓核细胞活力以及Muse干细胞共培养后的髓核细胞增殖情况。酶联免疫吸附法检测白细胞介素IL-1β、IL-10、IL-6的表达,蛋白质印迹法(Western blot)检测凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax、Cl-caspase3以及细胞外基质代谢相关蛋白MMP13、Collagen Ⅱ、Aggrecan和炎症相关因子COX-2、INOS的表达。取未处理的髓核细胞,LPS刺激后的髓核细胞,及Muse干细胞与间充质干细胞共培养NPCs各三个样本进行提取组织总核糖核酸(Ribonucleic acid,RNA),后进行转录组测序。对测序获得的基因表达数据,使用R软件中的DESeq2包进行差异分析,采用生物信息学方法筛选出差异表达基因,对差异表达基因进行GO分析和KEGG分析,筛选在IDD进展中Muse干细胞可能起作用的相关基因。通过转录组测序分析实验组相对对照组差异基因进一步探究Muse干细胞干预LPS诱导的髓核细胞的内在机制。组间比较采用t检验和单因素方差分析,p<0.05代表差异有统计学意义。<br> 结果:<br> 1.LPS组相比Control组CollagenⅡ表达显著降低,COX-2,INOS表达量显著升高、细胞活力降低,差异均有统计学意义(P<0.05)。<br> 2.Muse干细胞共培养组相比LPS组细胞增殖改善,Tunel阳性率下降,凋亡相关蛋白Bax、Cl-caspase3降低,Bcl-2表达量增高,差异均有统计学意义(P<0.05)。<br> 3.细胞外基质代谢相关蛋白MMP13、ADAMTS-5、Collagen Ⅱ表达量显著改善,差异均有统计学意义(P<0.05),炎症相关蛋白COX-2、INOS表达量下降,差异均有统计学意义(P<0.05)。<br> 4.酶联免疫吸附实验显示Muse干细胞共培养组相比与LPS刺激组促炎因子IL-1 β、IL-6表达量降低,抗炎因子IL-10表达量提高,差异均有统计学意义(P<0.05)。<br> 5.与未处理的髓核细胞比较,LPS刺激后的NPCs有1560个上调差异表达基因(Differential genes,DEGs)和 2173 个下调差异表达基因(DEGs),Muse干细胞共培养后有143个上调DEGs和62个下调DEGs,MSCs共培养后有142个上调DEGs和72个下调DEGs。GO数据库分析表明DEGs主要富集到ERK1和ERK2级联的正调节、细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)形成和细胞迁移。而KEGG富集分析的主要通路分别为:ECM受体的相互作用、TGF-β信号通路、细胞因子与其受体的相互作用、TNF信号通路、糖胺聚合蛋白组成、PI3K-Akt信号通路、趋化因子信号通路和钙信号通路。<br> 结论:<br> Muse干细胞在体外可以改善LPS诱导的髓核细胞凋亡,细胞外基质降解和炎症。ECM、生长因子、胶原纤维蛋白组分、炎症趋化因子以及、TNF和PI3K-Akt信号通路在Muse干细胞修复损伤的髓核细胞过程中发挥重要作用。
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