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目的:研究慢性炎症因素对角膜上皮干细胞活性及衰老的影响,并进一步探讨其作用机制。 方法: 1.建立角膜上皮干细胞模型:采用含BPE和EGF的KSFM培养基培养小鼠角膜上皮干/祖细胞系(TKE2);在所有试验开始前,均换用仅含EGF不含BPE的KSFM培养基处理1天;用10 ng/ml IL-1β或TNF-α连续处理角膜上皮干细胞8天;进行如下实验: (1)炎性分子对细胞增殖/分化的影响:免疫荧光染色检测不同炎症因子处理的各组细胞Ki67、importin13、CK3/12、involucrin荧光强度的变化。收集样本,Western blot法检测各组细胞importin13、Bmi1表达。 (2)炎性分子对角膜上皮干细胞衰老的影响:免疫荧光染色及Western blot法检测不同炎症因子处理的各组细胞p16表达的变化,荧光探针DCFH-DA检测细胞内ROS水平。 (3)炎性分子对STAT3信号通路影响:免疫荧光染色及Western blot法检测不同炎症因子处理的各组细胞p-STAT3表达的变化。 2.建立正常c57BL/6小鼠及p16ink4a缺失小鼠角膜上皮刮除模型,进行如下实验: (1)小鼠角膜上皮损伤修复情况的观察:小鼠角膜上皮刮除术后24、48、72小时行荧光素钠染色,裂隙灯照相,Image J软件统计角膜上皮的缺损面积。 (2)p16ink4a缺失对角膜上皮细胞增殖、干细胞干性的影响:小鼠角膜上皮刮除术后48h,处死取眼球,制作8μm冰冻切片,进行免疫荧光染色检测ki67、ABCG2的表达变化。分别收集正常c57BL/6小鼠及p16ink4a缺失小鼠角膜上皮,Western blot法检测Bmi1的表达,real time PCR检测p63、ABCG2的表达变化。 (3)p16ink4a缺失对STAT3信号通路的影响:小鼠角膜上皮刮除术后48h,分别采用免疫荧光染色和Western blot法检测正常c57BL/6小鼠及p16ink4a缺失小鼠角膜上皮p-STAT3表达的变化。 (4)p16ink4a缺失对角膜上皮细胞抗氧化因子表达的影响:小鼠角膜上皮刮除术后48h,Western blot法检测正常c57BL/6小鼠及p16ink4a缺失小鼠角膜上皮SOD2表达的变化,PCR检测相关抗氧化基因表达的变化。 结果: 1.IL-β和TNF-α处理可以抑制TKE2细胞的增殖、干性并促进其分化。炎性分子处理TKE2细胞后,与正常对照组相比,细胞增殖标记Ki67表达明显下降,干细胞标记importin13、Bmi1表达显著下调,差异有统计学意义(P<0.05)。而角膜上皮分化标记CK3/12、involucrin的表达显著上调。 2.IL-β和TNF-α处理可以诱导TKE2细胞衰老。炎性分子处理TKE2细胞后,与正常对照组相比,细胞衰老的典型标记p16的表达显著增强,差异有统计学意义(P<0.05),且伴随着活性氧ROS的大量聚集。 3. IL-β和TNF-α处理可以抑制STAT3活化。炎性分子处理TKE2细胞后,与正常对照组相比,角膜上皮细胞STAT3的活化状态p-STAT3的表达显著下降,差异有统计学意义(P<0.05)。 4. p16ink4a缺失促进角膜上皮损伤修复。p16ink4a缺失小鼠角膜上皮刮除后,上皮再生能力更强,与正常c57BL/6小鼠相比可以显著促进小鼠角膜上皮的愈合速度。 5. p16ink4a缺失促进角膜上皮细胞的增殖和干细胞活性。p16ink4a缺失小鼠角膜上皮在损伤修复过程中细胞增殖标记Ki67表达更强,干细胞标记ABCG2、Bmi1、p63的表达更强。 6. p16ink4a缺失能够活化角膜上皮细胞STAT3信号通路。角膜上皮刮除术后48h, p16ink4a小鼠角膜上皮细胞中p-STAT3荧光强度均明显强于正常c57BL/6小鼠;Western blot检测p16ink4a小鼠角膜上皮细胞中p-STAT3的表达明显增强,差异有统计学意义(P<0.05)。 7. p16ink4a缺失促进角膜上皮细胞抗氧化因子的表达。角膜上皮刮除术后48h,p16ink4a小鼠角膜上皮细胞中SOD2的表达显著增强,且抗氧化基因SOD2、Catalase、Hmox1、GCLC、TXN的表达均明显上调。 结论:炎性因子IL-1β、TNFα等持续存在下,角膜缘干细胞的活性丧失,出现衰老特征,p16的表达显著增加,并显著抑制STAT3的活化。而p16ink4a缺失能够促进角膜上皮的损伤修复,并促进 STAT3的活化,增强角膜上皮的抗氧化能力。说明慢性炎症可能通过对p16ink4a/STAT3相关信号通路的调节来影响角膜上皮干细胞的活性。