Notch信号分子在UC-MSC与HSC共培养后表达水平的研究

发布时间：2018-06-10 12:59

本文选题：脐带 + 间充质干细胞　；参考：《中国人民解放军军事医学科学院》2012年硕士论文

【摘要】：间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSC)是一群具备自我更新及多向分化潜能的成体干细胞。在特定的条件下能够向骨、软骨、脂肪、肌肉等细胞分化[1-3]。MSC最早在骨髓中发现但骨髓来源的MSC存在病毒污染、细胞含量少、以及年龄导致的扩增和分化能力下降[4]。近年来，，许多学者在脂肪、肌肉、胎盘、肺脏、羊水、脐血、胎肝、胎肺等组织和器官中均分离出MSC[5,6]。MSC最早在骨髓中发现，但骨髓中含量极少，且骨髓源性MSC存在高度病毒污染的可能，并且随着年龄的增长其细胞数量和扩增分化能力亦显著降低。近年来，国内外大量研究证明脐带作为胎儿发育的一部分，含有大量的多能干细胞，细胞生长扩增速度快，且脐带属于胚胎外组织，在胎儿娩出后成为“废弃物”，取材方便，来源丰富，无伦理学问题，因此，被看作是骨髓间充质干细胞的主要替代品，具有巨大的临床应用价值[7,8]。造血干细胞移植是临床治愈一些血液疾病（白血病，再生障碍性贫血，多发性骨髓瘤，免疫缺陷病，极重度放射病等）的唯一有效的解决方法。近年来，间充质干细胞由于其低免疫原性，多向分化能力，造血支持作用被作为种子细胞应用于多个临床系统疾病，临床上主要用于治疗机体无法自然修复的组织细胞和器官损伤等多种难治性疾病，如移植物抗宿主病(GVHD)、心肌梗死、骨损伤、皮肤损伤修复、脊髓损伤、脑瘫、肌萎缩侧索硬化症、中风等；作为免疫调节和造血支持细胞，用于治疗免疫排斥和自身免疫性疾病，如成骨不全综合症系等。间充质干细胞具有体外促进造血的功能，将间充质干细胞与造血干细胞共移植将促进造血干细胞的增殖，从而加大移植的治疗效果[8,9]。但是，间充质干细胞发挥其作用的分子机制尚不清楚。因此，本研究的主要目的是探讨脐带间充质干细胞的造血支持功能及其相关分子机制。 Notch信号通路(Notch signaling pathway)是调节造血干细胞分化与微环境作用的经典的信号转导通路，其经典的功能为调节干主细胞的分化，细胞凋亡及细胞增殖，Noch信号分子为为一类高度保守的跨膜蛋白类，受体及配体均由胞外区、胞内区、跨膜区三部分组成。Notch信号分子受体包括(Notch1-4)，配体包括(Jagged1、Jagged2、Delta1、3、4)[19,20]。受体、配体结合后释放胞内段蛋白(NICD),胞内段蛋白进入细胞核内激活下游靶基因Hes家族。Notch受体及配体对于维持造血干细胞的未分化状态极其重要，在造血系统中造血干细胞表面表达大量的Notch受体，而基质细胞表面表达大量的Notch配体。受体、配体的正常表达维持着造血干细胞系统的正常状态，当异常时将导致恶性增殖性疾病的发生。多年来，我们熟知间充质干细胞可以通过分泌大量的细胞因子等间接的方式来调节造血干细胞的分化及增殖，但其也可通过直接的接触方式来调节造血干细胞的增殖，体内造血干细胞表面主要表达Notch受体而基质细胞表面主要表达Notch配体，间充质干细胞作为体内基质细胞的前体细胞，理论上具备通过Notch信号通路调节造血干细胞的潜质[22,23,24]。首先，我们通过机械分离及胶原酶消化法从脐带中获取组织细胞，通过反复纯化获得UC-MSC；然后通过细胞形态、细胞生长曲线、细胞周期、多向分化潜能及免疫表型五个方面进行比较和鉴定。结果表明：脐带MSC(umbilical cordmesenchymal stem cell, UC-MSC)具备骨髓MSC的生物学特性：1)细胞形态：培养至第三代细胞形态较均一，呈典型的成纤维样，平行或漩涡装排列，贴壁生长；2)多向分化潜能：细胞可向成脂，成骨，成软骨等方向分化；3)免疫表型：流式细胞仪检测细胞免疫表型结果显示：脐带不同组织来源的MSC同BM-MSC类似，均表达间充质干细胞特异性抗原CD73、CD90、CD105，低表达或不表达造血及内皮细胞表面标志即CD14、CD31、CD34、CD45，以及移植免疫排斥相关的表面标志HLA-DR；4)均有80％以上的细胞处于G0/G1，提示脐带不同来源的MSC同BM-MSC一样均具有典型的干细胞增殖特点，即只有少数细胞处于活跃的增殖期；5)连续将间充质干细胞培养8天发现在2-7天间充质干细胞处于指数生长期；其次，建立脐带间充质干细胞和造血干细胞的体外共培养体系，应用相对定量分析法，通过Real time PCR分析Notch信号分子在培养前后表达的改变，将标本中的β-actin基因作为参照基因、共培养前的数据作为校准样本、共培养后的数据作为待测样本比较待测样本相对于校准样本的表达差异。进而在培养体系中加入信号传导阻滞剂DAPT比较下游靶基因Hes-1基因活化状态的改变。结果表明：Notch配体及受体在脐带MSC及脐血CD34+细胞表面均有表达，且共培养前后存在配体Jagged1及受体Notch1表达的明显改变，同时下游靶基因Hes-1表达明显增加。而在培养体系中加入DAPT后Real time PCR检测Hes-1基因相对于CD34+细胞单独培养表达未出现改变，而Western-blot检测也未见Notch受体胞内段(NICD)的表达。综上所述，本研究建立了一种从成熟脐带中分离间充质干细胞的方法，发现脐带间充质干细胞在体内外实验中均表现出良好的造血支持功能，而Notch信号通路在这种功能发挥过程中起着至关重要的作用。本研究为组织工程、基因治疗和细胞治疗提供了更广阔的MSC细胞来源，为MSC更好地应用于临床治疗奠定了理论基础。
[Abstract]:Mesenchymal stem cells ( MSCs ) are a group of adult stem cells with self - renewal and multi - directional differentiation potential . In recent years , many scholars have isolated MSCs from the tissues and organs such as fat , muscle , placenta , lung , amniotic fluid , cord blood , fetal liver , fetal lung , etc .
The mesenchymal stem cells are used for the treatment of immune rejection and autoimmune diseases , such as osteogenic syndrome , etc . The mesenchymal stem cells have the functions of promoting the hematopoietic function in vitro , and the mesenchymal stem cells and the hematopoietic stem cell co - transplantation will promote the proliferation of hematopoietic stem cells , thus increasing the therapeutic effect of the transplantation .

Notch signaling pathway is a classical signal transduction pathway for regulating differentiation and microenvironment of hematopoietic stem cells . The classical function of Notch signaling pathway is to regulate differentiation , apoptosis and cell proliferation of hematopoietic stem cells .

Firstly , the tissue cells were obtained from the umbilical cord by mechanical separation and collagenase digestion , and UC - MSC was obtained by repeated purification .
The results showed that umbilical cordmesenchymal stem cell ( UC - MSC ) had the biological characteristics of bone marrow MSC : 1 ) cell morphology : the third generation cell morphology was homogeneous , which was typical fibroblast - like , parallel or vortex - mounted arrangement , adherent growth ;
2 ) multi - directional differentiation potential : the cells can be differentiated into lipid , osteogenic , chondrogenic , and the like ;
3 ) Immunophenotypic analysis : The results showed that the expression of CD73 , CD90 , CD105 , low expression or non - expression of CD73 , CD90 , CD105 , low expression or non - expression of hematopoietic and endothelial cell surface markers , such as CD14 , CD31 , CD34 , CD45 and HLA - DR related to immune rejection , were similar to BM - MSC .
4 ) There were more than 80 % of the cells in G0 / G1 , suggesting that MSCs from different origins of the umbilical cord had the typical characteristic of stem cell proliferation as BM - MSC , that is , only a few cells were in an active proliferative phase ;
5 ) continuously culturing mesenchymal stem cells for 8 days , and finding that the mesenchymal stem cells are in an exponential growth period for 2 - 7 days ;

In this paper , the expression of 尾 - actin gene in human umbilical cord MSC and cord blood CD34 + cells was analyzed by Real time PCR .

In conclusion , this study has established a method of separating mesenchymal stem cells from mature umbilical cord . It is found that umbilical cord mesenchymal stem cells play a very important role in vivo and in vivo , and Notch signaling pathway plays a crucial role in this function . This study provides a broader source of MSC cells for tissue engineering , gene therapy and cell therapy , which lays a theoretical foundation for the better application of MSC to clinical treatment .
【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R329

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