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低氧培养对骨膜细胞成软骨分化的影响重点

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史堡塞鹭窆E型盘查;!!§堡!旦箜!!鲞筮!塑堡!也』垦翌!!强:丛型垫!!,!!!:!i:塑!:!・1281・・实验研究・低氧培养对骨膜细胞成软骨分化的影响张峻玮陆海涛杨宇明袁峰郭开今邓斌作者单位:221000徐州,江苏省徐州医学院研究生学院(张峻玮、陆海涛、杨宇明);221006徐州,江苏省徐州医学院附属医院脊柱外科(袁峰、郭开今、邓斌)通信作者:袁峰,Email:cnxzyf@163.cornDOI:10.3760/cma.j.issn.11301-9030.2016.05.033l摘要】目的体外分离培养骨膜细胞,探讨低氧对其成软骨分化的影响。方法采用兔胫骨骨膜为材料分离骨膜细胞,完全培养基培养,倒置显微镜观察细胞形态;成软骨诱导培养基诱导分化,根据培养环境氧浓度分为实验组(低氧组,3%O:)及对照组(常氧组,20%O:);诱导2周后甲苯胺蓝及Ⅱ型胶原免疫组织化学染色观察细胞Ⅱ型胶原、蛋白聚糖的合成;反转录-聚合酶链反应(RT—PCR)检测成软骨相关基因Ⅱ型胶原0【1(Col20t1)、性别决定区Y框蛋白9(Sox9)、蛋白聚糖(Aggrecan)以及低氧诱导因子一let(HIF一1d)的表达变化。结果原代培养骨膜细胞生长良好,呈梭形旋涡状或平形状生长;诱导后实验组甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色均强于对照组;成软骨指标Col2Ⅸ1(1.00±0.17)、Sox9(0.77±0.13)、Aggrecan(1.12±0.10)及HIF-lot(1.45±0.28)mRNA表达水平高于对照组(0.64±0.12、0.38±0.01、0.684-0.03、0.89±0.20),呈一致的上调趋势(P<0.05)。结论骨膜细胞体外生长良好,低氧具有明显促进骨膜细胞分化为软骨细胞的作用。【关键词】低氧;骨膜细胞;成软骨分化;低氧诱导因子-ld基金项目:江苏省“科教兴卫”医学重点建设人才项目(H201129)’11leeffectofhypoxiaonthedifferentiationabilityofperiosteulcellsintocartilageZhangJunwei.LuHaitao,拖愕Yuming,Ynan%愕,Guo‰ijin,眈昭历,lGraduateSchool,XuzhouMedicalCollege,Xuzhou221000,China(Zhang邝,如日7’,砌ng肼);De—partmentofOrthopedics,fkAffiliatedHospitalofXvzhouMedicalCollie,Xuzhou221006,China(YnanF,GuogJ.隗醒丑)Correspondinga以hor:YuanFeng,Email:cn《硼罾163.corn【Abstract】ObjectiveSeparationandcultureofrabbittibialperiostealcellsinvitroandtofurtherexploretheeffectofhypoxiaonthedifferentiationabilityintocartilage.MethodsRabbittibialperiosteumwasusedtoseparatetheperiostealcells。afterwhichcompletemediumwasusedforcellcultureandinvert.edmicroscopeWasusedforcellobservation.DeftnedmediumWasappliedtomakeperiostealcellsdifferen.tiateintocartilageinhypoxiagroup(3%02included)andnormoxiagroup(20%02included).Afterin—ducingfor2weeks。cellswereharvestfortoluidinebluestainingandimmunohistochemiealstainingtode.tectpmteoglycanandcollagentypeII(C012).reversetranscriptase—polymerasechainreaction(RT—Pert)wasusedtodeterminethemRNAexpressionoftype2eouagenalpha1(Col2a1),sexdeter.miningregionY9(Sox9),aggl"eeanandhypoxiainduciblefactor—ld(HIF一1俚).ResultsPrimaryculturedpefiostealcellswereingoodconditionwithspindlespiralorparallelgrowthform.Toluidinebluestainandimmunohistochemicalstainofdefinedmediuminducedperiostealcellswerestrongerthancontr01.ThemRNAlevelofCol2cd(1.00±0.17),Sox9(0.77±0.13),aggrecan(1.124-0.10)andHIF一1d(1.45±0.28)thatindicatedthecellsabilityofdifferentiatingintocartilagewereupregulatedininducedperiostealcellsthancontrol(O.644-0.12,0.38±0.01,0.68±0.03。0.89±0.20,P<0.05).Con.clusionThe汛vitroreproductiveactivityofrabbitperiostealcellswereingoodcondition.Hypoxiacouldsignificantlypromoteperiostealcellstodifferentiatejntocartilagecells.【Keywords】Hypoxia;Periostealcell;Differentiateintocartilage;Hypoxiainduciblefactor一1仪Fundprogram:JiangsuProvince’SKeyProvincialTalentsProgram(H201129)软骨再生修复能力有限,软骨损伤的治疗是临床能更适合作为种子细胞用于修复软骨损伤。目前对于一大难题…。软骨组织工程技术的兴起为这一疾病骨膜细胞生物特性的研究主要是在20%O:浓度培养的治疗带来新的希望。骨膜与骨的形成和修复密切相条件下进行的,这和体内组织处于低氧的微环境不符。关,分化潜能不随着年龄增加而丧失‘2|,骨膜细胞可本研究旨在观察低氧对骨膜细胞成软骨分化的影响。万方数据生堡塞堕处型农盍垫!!生!旦筮塑鲞筮!塑垦!鱼』量墅§坚:迪垫!!:巡:箜:堂:1材料与方法1.材料:新西兰大白兔(购自徐州医学院实验动物中心,许可证号:SCXK(苏)2005-0005)。2.骨膜细胞分离培养及传代:无菌条件下取出兔胫骨内侧面骨膜,2g/L胶原酶消化20min,磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤3遍后置于杜尔伯科改良伊格尔(DMEM)/F12完全培养基(美国Thermo公司),5%CO:、37oC恒温培养箱内培养。相差显微镜下观察细胞融合至80%一90%时,用0.25%胰蛋白酶消化传代。第3代骨膜细胞用于实验。3.实验分组及诱导分化培养:取第3代骨膜细胞,随机分为2组,实验组:低氧(3%O:)诱导培养组;对照组:常氧(20%0:)诱导培养组。同时加入成软骨诱导培养基,成软骨诱导培养基:98ml1:1DMEM/F12加1ml双抗+100nmoL/L地塞米松加37.5mg/L维生素C+1mmol/L丙酮酸盐加1mlITS细胞培养添加物(含胰岛素6.25mg/L、转铁蛋白6.25mg/L、亚硒酸6.25“s/L、亚油酸5.35mg/L、牛血清白蛋白1.25ec'L)加10斗g/L转化生长因子pl,pH值7.4。分别置入低氧和常氧培养箱,每4d换液1次。4.成软骨标志物染色:两组细胞诱导2周后分别行甲苯胺蓝(北京雷根生物技术有限公司)及Ⅱ型胶原免疫组织化学染色[北京中衫金桥公司链菌素抗生物素蛋白.过氧化物酶(SP)试剂盒]。倒置显微镜下观察。5.软骨细胞基因检测:收集两组细胞,RNA试剂盒(北京天根生化科技有限公司)提取总RNA,逆转录试剂盒(北京天根生化科技有限公司)进行RNA逆转录成eDNA,反转录.聚合酶链反应(RT.PCR)扩增后检测相关基因的表达水平,以B.肌动蛋白(B-actin)做内参,ImageJ进行分析灰度值分析。PCR引物序列见表1。6.统计学方法:应用SPSS16.0统计软件分析,数据采用均数±标准差(面±s)表示,实验组与对照组的比较采用成组设计资料t检验,检验水准Ⅸ值取双侧0.05。以P<0.05为差异有统计学意义。结果1.骨膜细胞形态学特征:倒置显微镜观察可见贴壁细胞呈梭形、多角形、类圆形;随着培养时间的增加,成为形态相对均一的梭形细胞,呈平行排列生长或漩涡状生长。传代的细胞生长速度明显增快,形态均一,呈漩涡状平行生长。2.成软骨标记物检测:甲苯胺蓝和Ⅱ型胶原免疫组织化学染色反映了细胞基质蛋白聚糖和Ⅱ型胶原合万方数据表1引物序列表基因名称引物序那’q’)序列号序瑟度注:Col2A1:Ⅱ型胶原蛋白A1;Sox9:性别决定区Y框蛋白9;Aggrecan3.软骨相关基因mRNA表达:RT.PCR结果示低0【0【)mRNA表达高于常氧组;两组条带和内参灰mRNA表达水平差表2软骨基因表达比较(面-I-s)注:C012d1:II型胶原otl;Sox9:性别决定区Y框蛋白9;Aggrecan:讨论骨髓间充质干细胞(BMSCs)作为组织工程中最蛋白聚糖;HIF—In:低氧诱导因子一la;B-actin:B一肌动蛋白;F:上游引物R:下游引物成情况。低氧组甲苯胺蓝染色和Ⅱ型胶原免疫组织化学染色的染色深度、密度及范围均大于常氧组,说明产生了更多的蛋白聚糖和Ⅱ型胶原。氧组Ⅱ型胶原蛋白AI(Col2txl)、性别决定区Y框蛋白9(Sox9)、蛋白聚糖(Aggrecan)及低氧诱导因子一1(HIF.1度值之比,应用两样本t检验,示低氧组与常氧组Col2cxl、Sox9、Aggrecan及HIF—la异有统计学意义(P<0.05,表2)。蛋白聚糖;HIF—In:低氧诱导因子一la;与常氧组比较,8P<O.05早发现并且研究最深入的种子细胞,尽管在基础研究领域取得了重大进展,始终未能在临床上获得广泛应用,这主要是因为BMSCs的主要来源为成人骨髓,其细胞数量及增殖分化潜能随供者年龄的增大而下降,BMSCs的采集须行骨髓穿刺术,来源受到限制,同时还可能存在着病毒感染等问题。骨膜细胞增殖能力空坐塞堕窆E整盘盍垫!i生!旦筮塑鲞筮j翅gb地』垦翌!!堡:丛业!Q!!:!!!:!!:№:!・1283・强,分化潜能不随着年龄增加而丧失心1;骨膜细胞可直接分化为成骨细胞和软骨细胞,参与膜内成骨及软骨内成骨过程口1;骨膜细胞分化方向更易控制,体外培养表现出较强成骨、成软骨能力14』。因此骨膜细胞可能比BMSCs更适合作为组织工程的种子细胞用于修复软骨损伤。胞本身的优越性,骨膜细胞可能比干细胞更适合作为种子细胞用于治疗软骨损伤。参考文献[1]MakrisEA,GomollAH,MalizosKN,eta1.Repairandtissueensi—neeringtechniquesforarticularcartilage[J].NatRevRheumatol,2015,ll(1):21-34.DOI:10.1038/nrrheum.2014.157.机体内组织、器官的氧分压远低于大气,软骨组织较其他血供丰富的组织器官组织内氧分压更低(软骨表层7%,深层<1%)。低氧调控细胞增殖分化的机制目前认为是和HIF一1有关。HIF.1是异二聚体转录因子,由ltIF一10t和HIF一1p两个亚单位组成,其中HIF一1B表达水平较恒定,但HIF—let表达水平受到氧分压的严格调控,当培养环境中氧的浓度降低时,HIF—lot表达水平呈指数性增加,氧浓度从20%减少到[2]JansenEJ,Em∞8PJ,GuldemondNA,eta1.Humanperiosteum—de-rivedcellsfromelderlypatients∞a∞ureeforcartilagetissueensi-neering?[J].JTissueEngRegenMed,2008,2(6):331-339.DOl:10.1002/term.100.[3]Castro.SilvaII,ZambuzziWF,deOliveiraCastroL,eta1.Periosteal—derivedcellsforbonebioengineering:apromisingcandidate【J].ClinOralImplantsRes,2012,23(10):1238—1242.protein2stimulatesDOI:10.1111/j.1600-0501.2011.02287.x.[4]YuYY,LieuS,LuC,eta1.Bonemorphogeneticrepair[J].Bone,2010,47(1):65-73.DOI:10.1016/j.bone.2010.03.012.[5]CaoL,YangF,LiuG,eta1.Thepromotionusingadenovirusmesenchymalstemendochondralossificationbyregulatingperiostealcellfateduringbone6%,HIF-1仪表达增加1倍,当氧浓度从6%下降到0.5%,HIF一10t表达增加10倍,因此HIF.1仪是诱导低氧基因和修复细胞适应低氧环境的核心因子。HIF-1仅激活可使Sox9活化,Sox9参与软骨的形成,表达于所有的软骨前细胞和分化的软骨细胞,对软骨的发育成熟等过程发挥重要的调节作用∞J。有研究结果表明将小鼠胚胎干细胞的Sox9基因删除,小鼠的软骨无法形成∞j。Sox9通过与Col20tl和Aggrecan基因ofcartilagedefectrepairmediateds0圆genetransferofrabbitbonemalTOW[6]Manuylovcells[J].Biomaterials,201l,32(16):3910-3920.NL,FujiwaraY,AdameykoII,eta1.11IeregulationofSox9reversalgeneexpressionbytheGATA4/FOG2transcriptionalcomplexindom—inantXX356-367.sexmou∞models[J].DevBiol,2007,307(2):DOI:10.1016/j.ydbio.2007.04.040.[7]LefebvreV,LiP,deCrembruggheB.AalenewlongformofSox5CO.(L-So】【5),Sox6andSox9eoexpressedinchondragenesisandoperativelyactivatethetypeIIcollagengene[J].EMBO,1998,17的增强子元件结合,激活Col20tl和Aggrecan基因的表达,合成软骨骨基质Ⅱ型胶原和Aggrecan等¨引。(19):5718-5733.DOI:10.1093/emboj/17.19.5718.[8]HanY,LefebweV.L—s0】c5andSox6geneindriveexpressionoftheaggl℃cantoacartilagebysecuringbindingofSox9cellfar-upstreamenhan—cer[J].MolBid,2008,28(16):4999-5013.(收稿日期:2015—12・11)我们提取的骨膜细胞增殖能力强,有良好的成软骨分化潜能,同时实验模拟体内微环境,证实了低氧具有促进骨膜细胞分化为软骨细胞的作用。鉴于骨膜细DOI:10.1128/MCB.00695.08.・读者・作者・编者・本刊对中、英文摘要的一般要求论著类、综述类文章须著录中、英文摘要,论著类文章为结构式摘要,综述类文章可选择指示性摘要,其他类别稿件(如简报等)不附中、英文摘要。中、英文摘要应按结构式摘要格式撰写,采用第三人称,内容包括目的(Objective)、方法(Methods)、结果(Results)和结论(Conclusion)。其中结果部分应包括关键性或主要的数据。摘要中不列图表,不引用文献,不加评论和解释。中文摘要可适当简略、扼要一些(一般在400字以内),英文摘要内容可相对具体一些(一般在600个实词以内),以适当增加英文信息量。英文摘要应包括文题、作者姓名(汉语拼音,姓氏、名字仅首字母大写,双字名中间不加连字符)、全部作者的所属单位、科室名称、所在城市名和邮政编码及国名。应列出全部作者姓名和通信作者电子邮箱。本刊编辑部万方数据

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