不同胚源人BMSCs促血管生成的差异研究

发布时间：2018-05-16 22:44

  本文选题：胚源来源 + 骨髓间充质干细胞　； 参考：《南京医科大学》2017年博士论文

【摘要】：发育生物学证实,颅颌面骨来源于颅神经嵴外胚层间充质,躯干四肢骨来源于中胚层,两者具有不同的胚胎发生来源。研究表明,不同胚源人骨中蕴含的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)存在显著的功能差异,可能是影响骨移植愈合的关键因素之一。近年来,BMSCs促血管生成(pro-angiogenesis)的能力备受关注,BMSCs移植被证实能够有效改善心肌缺血造成的损伤。血管生成是骨愈合的启动因素,对于骨缺损修复过程极为关键。因此,从血管生成的角度出发,于源头探讨不同胚源人BMSCs的功能差异,不仅对揭示异位骨移植愈合机制具有重要意义,而且能够为颌骨缺损修复提供新的线索和理论依据。在缺血和低氧环境的刺激下,内皮细胞被募集至骨缺损区域,以出芽(sprouting)的方式相互聚集,最终成熟为有功能的新生血管。在此过程中,内皮细胞能够产生骨形成蛋白(bone morphology proteins,BMPs)和血管内皮生长因子(vascular epithelial growth factor,VEGF),启动和调控成骨修复过程。牵张成骨的实验也证实骨牵张区BMP-2早期主要由内皮细胞分泌产生,抑制血管生成将影响骨形成并最终导致纤维性骨不连。更为重要的是,骨相关细胞,包括BMSCs及成骨细胞、破骨细胞等,可以通过旁分泌机制分泌促血管生长因子和细胞因子促进血管生成,从而影响最终的骨愈合效果。因此,血管生成和成骨修复效应之间存在密切的功能联系,内皮细胞与骨相关细胞的细胞间交流(cell to cell communication)决定了骨愈合的导向。本研究利用BMSCs与人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)的共培养体系,通过体内外实验首次证实不同胚源人BMSCs体内外促血管生成能力存在明显差异,颂骨BMSCs明显强于髂骨BMSCs,且共培养体系中碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblastor growth factor,bFGF)表达差异明显。bFGF是成纤维细胞生长因子家族的一员,可以与靶细胞表面的 FGF 受体(fibroblastor growth factor receptor,FGFR)结合,激活介导与增殖和迁移相关的信号通路,上调多种蛋白酶、生长因子和整合素的表达。对不同胚源人BMSCs共培养体系蛋白表达的检测显示,bFGF在颌骨BMSCs共培养体系中高表达,而在髂骨BMSCs共培养体系中表达很低。在后期的机制研究中发现,颂骨BMSCs上清液对HUVECs具有更强的增殖和迁移效应,而外源性活性bFGF可以增强髂骨BMSCs诱导的HUVECs出芽,FGFR抑制剂(BGJ398)可以抑制颌骨BMSCs诱导的HUVECs出芽。以上研究结果表明,不同胚源人BMSCs促血管生成能力存在显著差异,其机制可能与bFGF的表达水平不一致相关。
[Abstract]:Developmental biology confirmed that the craniomaxillofacial bone originated from the mesenchymal layer of cranial nerve crest and the trunk and limb bone from mesoderm. The results showed that there were significant functional differences in bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) contained in human bone derived from different embryos, which might be one of the key factors affecting the healing of bone transplantation. In recent years, the ability of BMSCs to promote angiogenesis has attracted much attention. BMSCs transplantation has been proved to be effective in improving myocardial ischemia injury. Angiogenesis is the priming factor of bone healing and is crucial to the repair of bone defect. Therefore, from the point of view of angiogenesis, it is important to explore the functional differences of human BMSCs from different embryonic sources at the source, not only to reveal the healing mechanism of heterotopic bone transplantation, but also to provide a new clue and theoretical basis for the repair of jaw bone defects. Under the stimulation of ischemic and hypoxic environment, endothelial cells were recruited to the bone defect area and gathered together in the form of sprouting. Finally, the endothelial cells matured into functional neovascularization. During this process, endothelial cells can produce bone morphogenetic protein (morphology) and vascular endothelial growth factor vascular epithelial growth factor (VEGF) to initiate and regulate the process of osteogenesis repair. The experiment of distraction osteogenesis also confirmed that BMP-2 in the distraction zone was mainly produced by endothelial cells in the early stage. Inhibition of angiogenesis would affect bone formation and eventually lead to fibrous nonunion. More importantly, bone related cells, including BMSCs and osteoblasts, osteoclasts and so on, can promote angiogenesis by secreting vascular growth factors and cytokines through paracrine mechanism, thus affecting the ultimate effect of bone healing. Therefore, there is a close functional relationship between angiogenesis and osteoblast repair effect. The intercellular communication between endothelial cells and osteoblasts determines the orientation of bone healing. In this study, the co-culture system of BMSCs and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) was used to prove for the first time that there were significant differences in the in vivo and in vitro promotion of angiogenesis among different embryonic human BMSCs. The expression of basic fibroblast growth factor (basic fibroblastor growth factor) in the co-culture system was significantly higher than that in the iliac bone BMSCs. BFGF was a member of fibroblast growth factor family and could be combined with FGF receptor growth factor receptor on the surface of target cells. Activation mediates signaling pathways associated with proliferation and migration, upregulating the expression of many proteases, growth factors and integrins. The detection of protein expression in different embryogenic human BMSCs coculture systems showed that it was highly expressed in the maxillary BMSCs co-culture system, but very low in the iliac bone BMSCs co-culture system. In the later study, it was found that the supernatant of BMSCs had a stronger effect on proliferation and migration of HUVECs, while exogenous active bFGF could enhance the proliferation and migration of HUVECs sprouting induced by BMSCs (BGJ398) and inhibit HUVECs germination induced by BMSCs. The above results indicate that there are significant differences in the angiogenesis ability of human BMSCs from different embryo sources, and the mechanism may be related to the expression level of bFGF.
【学位授予单位】：南京医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R782

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本文编号：1898768