基础研究
间充质干细胞来源的外泌体对肌腱细胞损伤修复的影响及其机制
中华创伤杂志, 2021,37(7) : 653-661. DOI: 10.3760/cma.j.cn501098-20201231-00759
摘要
目的

探讨人脐带间充质干细胞(hUC-MSCs)分泌的外泌体对损伤后肌腱细胞修复的影响及其机制。

方法

组织块贴壁法分离并纯化筛选出能稳定传代培养的hUC-MSCs,倒置荧光显微镜观察细胞形态,通过流式细胞术检测hUC-MSCs的免疫表型。应用诱导培养基诱导hUC-MSCs向成骨细胞、成软骨细胞和脂肪细胞分化并进行鉴定。运用高速离心法提取MSCs的分泌物外泌体(MSCs外泌体),用Western blot技术和电镜检测外泌体,用PKH67染色荧光法检测外泌体膜融合能力。40只Wistar鼠按随机数字表法分为肌腱损伤组和正常组,每组20只。肌腱损伤组:切断跟腱1周后用100 mg/kg戊巴比妥钠处死,取跟腱组织用胰蛋白酶消化得到损伤肌腱细胞。正常组:不做任何处理直接处死,与损伤组并行处理得到正常肌腱细胞。将外泌体与体外培养的肌腱细胞共培养,12,24,48,72 h后通过细胞计数CCK-8检测肌腱细胞增殖情况。hUC-MSCs外泌体处理细胞24 h后,采用Western blot、qPCR、免疫荧光方法检测外泌体对肌腱细胞转化生长因子-β(TGF-β)、骨形态发生蛋白(BMP)、血管内皮生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)和炎性因子白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的影响。

结果

鉴定了hUC-MSCs,并成功分离hUC-MSCs外泌体。分离培养的MSCs呈梭形,丙氨酸氨肽酶(CD13)、整联蛋白β-1(CD29)、ecto-5'-核苷酸酶(CD73)、胸腺细胞表面抗原(CD90)和内皮素(CD105)呈阳性,人类白细胞DR抗原(HLA-DR)、造血祖细胞抗原(CD34)、白细胞共同抗原(CD45)呈阴性。分离出的外泌体经PKH67染色鉴定证实,在电镜下呈直径30~100 nm的圆盘、内部凹陷结构,Western blot检测高表达移动相关蛋白-1(CD9)和溶酶体相关膜蛋白3(CD63)。处理肌腱细胞后,CCK-8检测12,24,48,72 h细胞活性,结果表明肌腱损伤组显著高于正常组(P < 0.01),qPCR结果表明肌腱损伤组TGF-β(1.850 ± 0.127)、BMP(2.133 ± 0.398)、FGF(1.610 ± 0.223)、VEGF(2.207 ± 0.059)的mRNA表达显著高于正常组TGF-β(1.004 ± 0.105)、BMP(1.007 ± 0.145)、FGF(1.007 ± 0.140)、VEGF(1.001 ± 0.065)( P < 0.05),而肌腱损伤组IL-1β(0.102 ± 0.009)、TNF-α(0.130 ± 0.013)的表达显著低于正常组IL-1β(1.004 ± 0.113)、TNF-α(1.006 ± 0.134)( P < 0.01)。Western blot检测结果与qPCR检测趋势一致。

结论

hUC-MSCs分泌的外泌体通过上调生长因子TGF-β、BMP、VEGF、FGF的表达,抑制炎性因子IL-1β、TNF-α的表达,促进肌腱细胞生长,促进肌腱细胞损伤修复。

引用本文: 赵海波, 赵夏, 高甲科, 等.  间充质干细胞来源的外泌体对肌腱细胞损伤修复的影响及其机制 [J] . 中华创伤杂志, 2021, 37(7) : 653-661. DOI: 10.3760/cma.j.cn501098-20201231-00759.
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肌腱损伤经常发生在运动和其他剧烈活动中,自然愈合的肌腱通常机械性能较差,容易再次损伤,患者常遭受长期疼痛、不适甚至残疾1。到目前为止,肌腱损伤的功能性愈合一直是一个巨大的挑战,需要有效的肌腱修复治疗技术2。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)广泛存在于多种组织,具有自我更新和多向分化潜能,并具有独特的免疫调节作用,是细胞治疗领域理想的种子细胞3。人脐带(human umbilical cord,hUC)组织来源MSCs取材方便,无伦理学争议,增殖能力更强,能连续多次传代后仍保持干细胞特性4。近年来,MSCs的治疗活性成分不仅是可溶性因子,而且还有囊泡结构,可以通过超速离心法从MSCs上清液中分离出来5。外泌体是一种小的膜泡,直径30~150 nm,被认为是细胞间的通讯载体,在细胞之间转移生物活性脂类,核酸和蛋白质,在受体细胞中引起生物反应6。研究表明,MSCs来源的外泌体可通过在血管生成过程中转运旁分泌因子、介导细胞间微通讯、免疫调节和组织再生来用于无细胞MSCs治疗。多项研究表明,MSCs分泌的外泌体可调节炎症,促进伤口愈合,已被确定为一种新的组织再生治疗策略,应用于不同疾病中7, 8, 9, 10, 11。然而,hUC-MSCs外泌体在肌腱损伤反应中的作用尚不清楚。因此,笔者推测hUC-MSCs外泌体在调节炎症和促进损伤肌腱愈合的过程中起着重要作用。为验证这一假说,笔者从hUC-MSCs中分离出外泌体,观察其对肌腱损伤及愈合过程中炎症因子和生长因子的表达影响,探讨外泌体对肌腱损伤后肌腱细胞的修复作用,为肌腱损伤的新疗法提供参考。

 
 
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