诱导性多能干细胞和远期短期脑缺血预适应对动脉损伤的治疗作用及其机制

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目前,来源于体细胞的诱导性多功能干细胞(iPS)细胞类似于胚胎干细胞,可以表达多功能性的标志物且在体内外都具有分化为三个胚层细胞的潜能,但胚胎干细胞应用于人体存在伦理学和免疫排异问题,而iPS细胞不存在伦理学问题又具备胚胎干细胞的生物特性,同时从患者自身的细胞制备而来,所以具有广泛的应用前景。我们前期研究发现,介导iPS细胞与血管内皮细胞粘附的整合素p亚基主要是整合素β1。文献提示,microRNA-217在细胞运动、血管内皮祖细胞分化和血管新生中起重要作用。因此我们以小鼠股动脉内膜损伤为模型,研究iPS细胞在血管内膜损伤中的作用及其机制。第一部分:在成功制备出诱导性多能干细胞的前提下进行体内研究。C57BL/6J8-10周龄雄性小鼠,每组动物都复制标准金属丝擦伤股动脉内膜损伤模型,然后分别于术后当天和术后第三天从尾静脉注射PBS、MEF(胚胎成纤维细胞)、iPS,细胞剂量为6*104个/次/200μl,动物的观察周期为3周,为了明确iPS细胞进入动物体内后的去向,我们采用术后从小鼠尾静脉注射带红色荧光染料PKH的iPS细胞,观察24h后留取股动脉,共聚焦荧光显微镜观察iPS细胞在血管处的着位点;通过各组血管HE染色情况评价3周后各组动物血管内膜/中膜厚度的比值。结果显示通过术后从小鼠尾静脉注入带红色荧光染料PKH的iPS细胞,24h后于共聚焦荧光显微镜下观察,证实iPS细胞仅着位于损伤的血管内膜处;同时,各组动物血管切片经HE染色后统计血管内膜/中膜厚度的比值,发现注射iPS细胞组血管内膜/中膜厚度的比值明显小于其他各组(p<0.05)。所以,我们首次证实iPS细胞仅着位于损伤血管内膜处并对其有一定的修复作用。第二部分:在iPS细胞对损伤血管内膜有一定修复作用的基础上,探讨整合素β1(Integrin beta-1)在iPS细胞对损伤血管内膜修复中的作用。C57BL/6J8-10周龄雄性小鼠,每组动物都复制股动脉内膜损伤模型,然后分别于术后当天和术后第三天从尾静脉注射PBS、MEF、iPS、Integrin beta-1siRNAs-iPS,细胞剂量为6*104个/次/200μl,动物的观察周期为3周。由于Integrin beta-1siRNAs-iPS组动物于术后4-7天陆续死亡,我们对动物生存情况进行统计,发现该组动物存活率显著低于其它组,形态学分析发现,Integrin beta-1siRNAs-iPS在损伤的血管内膜部位诱发血栓形成。为了避免血栓形成,我们将Integrin beta-1siRNAs-iPS的剂量降至iPS组的1/6,即1*104个/次/200μl,发现该剂量的Integrin beta-1siRNAs-iPS既无治疗作用,也无副作用。TetO是在iPS制备时转入的外源性基因,在接受iPS治疗的动物体内不存在,所以可作为iPS的标志基因,用荧光标记原位杂交(FISH)的方法对其进行体内定位,我们发现iPS治疗3周后,在损伤的血管内膜可检测到该基因,而其它组均未发现基因探针整合。在接受Integrin beta-1siRNAs-iPS细胞组(6*104个/次/200μl)的小鼠损伤内膜亦检测到FISH阳性细胞。提示抑制整合素p1表达不能阻断iPS定位于血管内皮细胞被剥脱的血管内膜,但可阻断iPS的治疗作用,诱导血栓在损伤血管内形成,导致动物死亡。iPS细胞进入动物体内后对损伤血管内膜发挥修复作用依赖于Integrin beta-1。第三部分:由于microRNA-217在细胞运动、血管内皮祖细胞分化和血管新生中起重要作用,我们假设其可能对iPS的远动和对血管损伤的治疗作用存在类似的影响。因此本部分研究探讨microRNA-217在iPS细胞对损伤血管内膜修复中作用。C57BL/6J8-10周龄雄性小鼠,每组动物都复制股动脉内膜损伤模型,然后分别于术后当天和术后第三天从尾静脉注射PBS、MEF、iPS、ControlsiRNA-iPS、 microRNA217-iPS,细胞剂量为6*104个/次/200μl,动物的观察周期为3周。各组动物血管经HE形态学染色后统计血管内膜/中膜厚度的比值,发现注射iPS或ControlsiRNA-iPS细胞组的比值明显小于其它组(p<0.05),提示microRNA217阻断了iPS对血管损伤的治疗作用。细胞荧光染色定位方法发现,注入动物体内iPS或ControlsiRNA-iPS细胞3周后存在于损伤血管内膜处,而在其它组的血管内膜,包括microRNA217-iPS组,未见阳性细胞。提示miR-217在iPS治疗血管损伤中起关键作用。miR-217的靶基因Sirtl,所以,推测Sirtl对iPS发挥治疗功能有重要影响。目的:以大鼠实验性左侧大脑中动脉缺血性脑卒中(MCAO)为模型,研究脑短期缺血预适应(Ischemic preconditioning,IPC)在脑缺血再灌注损伤的远期保护作用并探讨HO-1和腺苷受体A1的作用。方法:Wistar12周龄雄性大鼠,实验组夹闭左侧颈内动脉20mmin做缺血预处理,对照组夹闭左侧颈内动脉2s。实验组和对照组分别采用PBS、HO-1诱导剂Hemin、HO-1抑制剂Znpp、腺苷A1受体拮抗剂DPCPX处理,各组动物3周后均进行MCAO术。采用神经功能评分、脑组织梗死面积大小(TTC染色法)评价缺血预处理和HO-1的保护作用;用免疫组织化学法和Western blotting方法检测HO-1及腺苷受体的表达情况。结果:Longa神经功能评分法表明,缺血预处理20min可明显改善大鼠MCAO术后神经功能损伤情况,脑梗死面积显著缩小。Hemin可以促进缺血预处理的保护作用。免疫组织化学及Western blotting结果显示HO-1、腺苷受体A1和A2a在脑组织梗死边缘区的表达量明显高于梗死区。Western blotting结果显示Znpp可使缺血预处理后HO-1的表达量在梗死区脑组织及边缘区脑组织中反馈性地增加。结论:首次发现短期脑缺血预适应对脑缺血再灌注损伤有远期保护作用,至少可持续至3周;HO-1在脑缺血预适应的远期保护作用中起重要作用;在对脑缺血再灌注损伤的保护作用中,HO-1和腺苷受体A1之间存在联系。
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