实验研究
姜黄素对人胚胎干细胞向视网膜色素上皮样细胞定向诱导效率的促进作用
中华实验眼科杂志, 2015,33(9) : 774-780. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2015.09.002
摘要
背景

来源于多能干细胞的视网膜色素上皮(RPE)细胞移植治疗年龄相关性黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP)是近年研究热点,但RPE体外分化诱导效率低下、成本高等一直是难以克服的障碍。研究表明,姜黄素(curcumin)可促进人胚胎干细胞(ESCs)的定向诱导分化,但其对人ESCs向RPE样细胞的定向分化的作用机制尚不清楚。

目的

研究体外培养的人ESCs向视网膜色素上皮(RPE)样细胞的诱导分化过程,探讨curcumin对人ESCs向RPE细胞定向诱导效率的影响及其机制。

方法

将人ESCs株进行体外培养,将处于对数生长期的ESCs传代至基质膜(Matrigel)包被的6孔板中,以mTeSR™1培养基培养至过渡融合状态后更换为含质量分数87% KnockOut™DMEM、质量分数10%血清替代物(SR)、质量分数1%非必需氨基酸和质量分数1%谷氨酰胺及青链霉素双抗的分化诱导体系,同时加入终浓度为1 μmol/L的curcumin处理24 h,对照组培养基中未加入curcumin。分别于诱导培养3周及5周时提取细胞RNA及蛋白,采用荧光定量逆转录PCR(RT-PCR)法检测诱导RPE(iRPE)细胞中干细胞标志物、RPE相关标志物及Wnt/β-catenin信号通路相关因子mRNA的相对表达水平;采用Western blot法及免疫荧光染色检测人ESCs、iRPE细胞及人RPE细胞中相关标志物蛋白的表达水平;通过细胞吞噬实验检测iRPE细胞的吞噬功能。

结果

Curcumin组诱导后3周时即可见iRPE细胞色素化,随着时间延长色素化程度更高,而对照组细胞在诱导后5周时开始出现细胞色素化。RT-PCR结果显示,curcumin诱导后3周及5周,curcumin组iRPE细胞中ESCs标志物NANOG mRNA的相对表达水平明显低于对照组,差异均有统计学意义(t=13. 086,P=0. 022;t=34. 186,P=0. 004),而RPE标志物Pax6、RX、CRALBP及RPE65 mRNA的相对表达量明显高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0. 01)。Western blot检测显示,CRALBP、RPE65和MITF蛋白在iRPE细胞中表达,表达强度与人RPE细胞相近,而人ESCs不表达上述蛋白。免疫荧光染色显示,iRPE细胞中Pax6、MITF和ZO-1蛋白表达阳性,分别定位于细胞质和细胞膜,可见curcumin组得到的细胞为iRPE细胞,纯化效率达到100%,体外细胞吞噬实验显示,iRPE细胞的细胞质内呈现的聚苯乙烯荧光微球接近阳性对照组,而阴性对照组iRPE细胞中未见到聚苯乙烯荧光微球。诱导培养后第3周和第5周时,curcumin组细胞中Wnt信号通路下游靶因子Lef1、MYC和TCF7,Wnt受体FZD3及Wnt配体Wnt2B和Wnt7B的mRNA相对表达水平明显高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0. 01)。

结论

Curcumin能提高人ESCs向RPE样细胞的定向诱导效率,其主要机制可能是通过促进Wnt/β-catenin信号通路的活性,从而促进iRPE细胞的分化和成熟。

引用本文: 殷秋菊, 吴一湘, 于莉, 等.  姜黄素对人胚胎干细胞向视网膜色素上皮样细胞定向诱导效率的促进作用 [J] . 中华实验眼科杂志, 2015, 33(9) : 774-780. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2015.09.002.
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视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)广泛分布于脊椎动物视觉器官,是维持动物眼形态与功能的重要结构组成。RPE细胞是一层高度极化并且特化的单层上皮细胞,位于神经视网膜的光感受器与脉络膜毛细血管网之间,参与眼球的多种代谢活动,并参与视觉功能的维持。RPE的变性和退化均能引起视网膜的退行性改变,包括年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)和视网膜色素变性(retinitis pigmentosa,RP)。在西方国家,50岁以上人群AMD的发病率为0.05%,80岁以上者达11.8%。近年来,由于中国人口老龄化进程加快,AMD的发病率逐年升高,如何控制病变进展和恢复受损的视网膜功能仍是眼科学界的棘手问题。随着胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)技术的研究发展以及视网膜手术技术和设备的进展,使得干细胞移植替代萎缩变性的RPE细胞,重建视网膜解剖结构并恢复视网膜功能成为可能。除此之外,对RPE体外诱导分化过程进行研究能够进一步了解其正常的体内发展过程,从而对RPE病理生理过程有更深刻的认识,以期指导临床疾病的预防和治疗。目前进行RPE体外诱导的方法包括从诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)培养液中撤除碱性成纤维生长因子,或以小分子化合物CKI-7、SB-431542和Y27632实现iPS向RPE的定向分化,而实验证实其诱导效率均不高。姜黄素(curcumin)是从姜科植物姜黄等的根茎中提取得到的黄色色素。目前,国内外对姜黄素的研究集中在抗炎、抑制肿瘤生长等方面,已有报道curcumin通过DNA甲基转移酶、一氧化氮信号通路、Wnt/β-catenin信号通路等调节人ESCs的定向分化,对于人ESCs向RPE诱导分化过程中的作用鲜有探讨。本研究旨在探讨curcumin在定向诱导人ESCs分化为RPE样细胞中的作用及其对细胞相关信号通路的影响,为进一步提高人ESCs向RPE样细胞的定向诱导效率和推动视网膜变性疾病细胞治疗的临床转化提供新的途径。

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