骨髓间充质干细胞治疗急性肺损伤的作用机制探讨

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本文从以下几部分进行论述:  第一部分 大鼠急性肺损伤(ALI)模型的建立  目的:  建立大鼠急性肺损伤(ALI)模型,检测肺组织损伤和肺纤维化程度,探讨ALI大鼠肺组织的趋化因子SDF-1表达情况。  方法:  1、SD雄性大鼠腹腔麻醉后,盐酸滴鼻建立急性肺损伤(ALI)模型。在ALI模型建立后于1、3、5、7、14天断颈处死大鼠,组织病理切片观察肺组织损伤情况,马松染色检测肺组织胶原蛋白沉积情况,确认ALI模型建立成功。  2、取1、3、5、7、14天ALI模型大鼠肺组织和血清,通过RT-PCR、蛋白免疫印迹(Western Blot)和ELSIA方法检测基质细胞衍生因子(stromalcell-derived factor-1,SDF-1)在损伤肺组织内和血清中的表达水平。  结果:  1、HC1滴鼻可以导致大鼠急性肺损伤,组织病理切片表明ALI模型建立后,肺泡上皮损伤和肺间隙水肿,炎症细胞聚集于肺,肺泡壁变厚和肺间质纤维化;马松染色表明肺间质胶原蛋白沉积,肺纤维化发生。  2、 ALI模型大鼠肺组织损伤24小时后肺组织和血清中趋化因子SDF-1表达明显升高,达到峰值,并可以维持表达一周左右。  结论:  盐酸滴鼻成功地建立了大鼠急性肺损伤模型,损伤导致肺实质细胞损伤和肺间质水肿,炎症细胞浸润,肺泡和肺间质纤维化。  第二部分 MSCs移植对ALI的修复作用研究  目的:  构建CXCR4重组腺病毒,转染MSCs并检测目的基因CXCR4的表达情况,确定适宜的感染剂量和移植时间。研究SDF-1/CXCR4趋化轴对MSCs定向迁移的作用,评估移植MSCs对ALI的作用和效果,探讨调控定植的MSCs分化的分子机制。  方法:  1、购买构建好的重组CXCR4腺病毒以MOI=10的比例转染HEK293A包装细胞系,反复扩增3次,提取病毒液,PCR鉴定后用TCID50(Tissue CultureInfection Dose50)法进行病毒滴度测定。  2、差速贴壁分离法培养大鼠MSCs,选择稳定培养3代的MSCs,流式细胞仪技术鉴定MSCs表面标志CD45、CD90、CD79、CD34、CD44、CD29、CD73、CD11b、CD133的表达。  3、重组腺病毒以MOI=20、50、100、200、400、800转染第三代MSCs,荧光显微镜下观察转染效率,CCK8法绘制细胞生长曲线,RT-PCR、免疫荧光和Western Blot技术检测MSCs转染后目的基因CXCR4的表达情况。  4、ALI模型建立后,经尾静脉注射转染的MSCs,ALI模型鼠随机分为3组,ALI组:尾静脉注射生理盐水;ALI+MSC-GFP组:尾静脉注射Ad-GFP转染的MSCs;ALI+MSC-CXCR4组:尾静脉注射Ad-CXCR4转染的MSCs。空白对照组(Control组):未经HCl滴鼻处理,也不接受MSCs移植;对照组(Control组):未经HCl滴鼻处理,尾静脉注射Ad-CXCR4转染的MSCs。  5、免疫荧光、免疫组化和Western Blot技术检测肺组织Wnt/β-catenin信号通路的表达情况。  结果:  1、重组CXCR4腺病毒感染293A细胞,经大量扩增纯化后,最终得到1×1011pfu/ml的高滴度病毒液,RT-PCR鉴定证明腺病毒携带目的基因CXCR4。  2、大鼠MSCs聚集生长,呈长梭型,漩涡状排列。3-6代MSCs表达CD44、CD73、CD90、CD29(+),不表达CD11b、CD34、CD45、CD133(-),符合骨髓间充质干细胞特征。  3、重组腺病毒以MOI=100时转染MSCs为最佳,不会导致MSCs出现病理反应且转染效率最高,达到80%左右,细胞生长曲线亦表明腺病毒转染(MOI=100)对MSCs增殖能力无明显影响。  4、流式细胞和免疫荧光检测结果表明ALI+MSC-CXCR4组肺组织内MSCs定植数量明显高于ALI+MSC-GFP组,Control+MSC-CXCR4组MSCs未见MSCs定植。  5、免疫荧光、免疫组化和Western Blot技术检测到ALI组、ALI+MSC-CXCR4组和ALI+MSC-GFP组肺组织内β-catenin异常高表达,表明Wnt信号通路处于高度激活状态。  结论:  CXCR4基因修饰可显著提高MSCs在损伤肺组织内定植数量,SDF-1/CXCR4趋化轴在MSCs迁移和定植方面起着重要作用,是MSCs归巢的重要调节机制。MSCs的移植并未有效地修复损伤肺组织,反而在一定程度上促进了肺纤维化的发生发展。  第三部分 调控Wnt信号通路对移植MSCs修复ALI作用的研究  目的:  探讨Wnt/β-catenin信号通路对定植的MSCs定向分化的调控机制,研究抑制Wnt/β-catenin信号通路对移植MSCs修复ALI的作用,寻找移植MSCs治疗ALI的关键分子靶点,为临床上治疗ALI等肺部疾病提供新思路和理论依据。  方法:  1、ALI模型建立后,经尾静脉注射MSCs,ALI模型鼠随机分为5组,ALI组:尾静脉注射生理盐水;ALI+MSC-GFP组:尾静脉注射Ad-GFP转染的MSCs;ALI+MSC-CXCR4组:尾静脉注射Ad-CXCR4转染的MSCs;ALI+MSC-CXCR4+DKK1组:尾静脉注射Ad-CXCR4转染的MSCs,并鼻内给予DKK1(2mg/kg in100μl PBS); ALI+DKK1组:尾静脉注射生理盐水,并鼻内给予DKK1(2mg/kg in100μl PBS)。空白对照组:未经HCl滴鼻,以等量生理盐水滴鼻作为对照,不接受MSCs的移植;对照组(Control组):未经HCl滴鼻,尾静脉注射Ad-CXCR4转染的MSCs。  2、于移植MSCs第14、28天处死大鼠,取肺组织,马松染色技术观察肺组织胶原蛋白沉积情况。  3、免疫荧光技术分别检测MSCs的β-catenin、成纤维细胞标记和上皮细胞标记的表达情况。  4、免疫组化和Western Blot技术检测肺组织成纤维细胞标记和上皮细胞标记的表达情况。  5、RT-PCR技术检测相关炎症因子表达变化情况,动脉血气分析检测肺功能恢复情况,肺重量和肺形态检测肺部变化情况。  6、免疫荧光和Western Blot技术检测Wnt信号通路激活剂和抑制剂对MSCs分化的影响。  结果:  1、HE染色和马松染色表明ALI+MSC-CXCR4+DKK1组定植的MSCs能有效修复损伤肺组织,促进肺泡上皮结构修复,减弱胶原蛋白沉积,抑制肺纤维化的发生发展,ALI+DKK1组并无有效修复损伤肺组织和减弱胶原蛋白沉积。  2、激光共聚焦检测发现ALI+MSC-CXCR4组定植的MSCs表达成肌纤维细胞标记α-SMA、Vimentin、Collagen I,并高表达β-catenin,不表达上皮细胞标记CK18、CK19、Occludin、SP-C;相反ALI+MSC-CXCR4+DKK1组定植的MSCs表达CK18、CK19、Occludin和SP-C,不表达β-SMA、Vimentin、CollagenⅠ和β-catenin。  3、免疫组化和Western Blot检测发现ALI+MSC-CXCR4+DKK1组肺组织表达CK18、CK19、occludin和SP-C的水平明显高于ALI+MSC-CXCR4组、ALI组和ALI+DKK1组,β-SMA、Vimentin、CollagenⅠ和β-catenin表达水平较低;而ALI+MSC-CXCR4组、ALI组和ALI+DKK1组α-SMA、Vimentin、CollagenⅠ和β-catenin表达水平明显升高,CK18、CK19、Occludin和SP-C表达水平较低。  4、RT-PCR检测发现MSCs移植组可以促进抑炎因子IL-10、IL-4、TGF-β1表达水平升高,抑制炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6的表达水平。  5、动脉血气分析检测发现抑制Wnt/β-catenin信号通路的高表达有助于定植的MSCs修复损伤肺组织,恢复肺功能,肺重量和肺形态检测表明抑制Wnt/β-catenin信号通路的高表达有助于移植的MSCs修复肺组织,抑制肺纤维化的发生发展。  6、Wnt3α通过激活Wnt信号通路能够促进MSCs表达成肌纤维细胞标记 Vimentin,促进MSCs向成肌纤维细胞分化的可能。  结论:  损伤肺组织内Wnt/β-catenin信号通路的高度激活促进定植的MSCs分化为成肌纤维细胞,促进成纤维细胞灶形成,促进肺纤维化的发生发展,而抑制Wnt/β-catenin信号通路的异常活化能够促进定植的MSCs分化为肺泡上皮细胞,加快肺泡上皮结构修复,有效地抑制肺纤维化的发生发展,促进肺功能恢复。
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