小型猪ADSCs对腹腔镜肝脏I/R合并部分切除损伤保护作用的研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:mqshi
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肝脏具有蛋白质合成、解毒、糖原储存等多种功能,是哺乳动物体内最大的器官。肝脏需要丰富的氧气供应维持正常的生理功能,因此肝脏极易受到缺血再灌注(Ischemia-reperfusion,I/R)的影响,I/R是临床中引起肝脏损伤的重要因素。因此,寻找安全有效的方法增强细胞的抵抗力、提高肝脏再生能力是减轻肝脏I/R损伤的关键。脂肪间充质干细胞(Adipose-derived mesenchymal stem cells,ADSCs)是一种在组织中含量丰富、易于获得的多能干细胞,并具有较高的自我更新能力。ADSCs具有成脂、成骨、成软骨和成肌细胞分化的潜能,并且已有研究表明ADSCs具有分化为肝细胞的能力,分化产生的细胞具有肝细胞的功能,如尿素形成、糖原合成、细胞色素P450酶活性和肝细胞特异性基因的表达,并且ADSCs可用于治疗肝衰竭、肝炎、肝纤维化等肝脏疾病。ADSCs移植是肝脏大面积损伤后促进肝脏恢复正常功能及促进肝脏再生的有效方法,因为ADSCs能够分泌促进与肝脏再生相关的细胞因子和生长因子。在啮齿动物模型中,肝损伤后不同的ADSCs移植方式均能表现出对肝脏的保护作用,并能够稳定整合到病变的肝组织中。然而,在大型实验动物中,应用ADSCs治疗腹腔镜肝脏I/R合并部分切除损伤的研究仍未有报道,因此,本研究旨在通过巴马小型猪实验模型为比较医学领域开展肝病治疗、器官移植以及干细胞移植等领域的研究提供依据。脂肪组织由巴马小型猪腹部皮下获得用于ADSCs分离培养,观察ADSCs形态学特征。使用间充质干细胞诱导分化培养基鉴定猪ADSCs的成脂、成骨、成肝分化潜能,应用流式细胞仪检测ADSCs表面干细胞特异性抗原的表达水平。18头巴马小型猪随机分为3组,Sham组、LLR组和ADSCs组,每组6头。Sham组仅进行CO2气腹建立并用腹腔镜器械翻动肝叶,不进行肝叶血流阻断和肝切除,LLR组和ADSCs组小型猪在右半肝缺血60 min后行腹腔镜左半肝切除术,ADSCs组在肝部分切除术完成后立即通过肝实质进行ADSCs移植(1×106/kg),LLR组注射等量的生理盐水,采集血清和肝脏组织样本用于各项指标检测。检测外周血中炎性细胞的变化以及血清中肝脏生化指标的变化。观察肝脏组织病理学和细胞超微结构变化,试剂盒检测抗氧化酶活性和脂质过氧化水平,ELISA法检测血清中炎症因子和再生因子变化,qRT-PCR法检测肝脏组织中炎症因子、自噬、凋亡相关基因和再生因子mRNA水平变化,Western Blot法检测肝脏组织中自噬和凋亡相关蛋白水平变化,TUNEL法检测肝脏凋亡阳性细胞,免疫组化法检测肝脏凋亡和再生相关蛋白变化。试验结果如下:(1)小型猪ADSCs贴壁生长,呈长梭形,细胞表达干细胞特异性抗原CD29、CD44及CD105,不表达造血干细胞特异性抗原CD34,ADSCs经体外诱导能够分化为脂肪细胞、成骨细胞和肝细胞。(2)LLR组术后炎性细胞WBC、NE、LY,血清酶ALT、AST、LDH、ALP和T-BIL显著升高,TP显著降低,ADSCs治疗能够减少外周血中的炎性细胞、加快肝脏功能恢复,显著抑制NE、LY、ALT、AST、LDH和T-BIL的升高,但对WBC总数和TP、ALP无显著影响。(3)光镜下可观察到LLR组术后肝小叶结构受到破坏,出现多处灶状坏死、严重的空泡变性和多量炎性细胞浸润,电镜下能观察到肝细胞内严重的细胞核膜皱缩和内质网扩张现象。ADSCs干预后,光镜下炎性细胞浸润减少,肝细胞空泡变性减轻,同时电镜下肝细胞核变化和内质网扩张程度轻微。(4)术后LLR组血清中抗氧化酶CAT、GSH-Px和SOD活性显著降低,MPO活性和MDA含量显著升高,ADSCs治疗能够增强CAT和SOD活性,并显著降低MPO活性,减轻由I/R和肝部分切除引起的氧化损伤,但对脂质过氧化产物MDA影响不显著。(5)术后LLR组和ADSCs组血清和肝脏组织中促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α和抑炎因子IL-10蛋白和mRNA表达升高,血清CRP表达升高,显著高于Sham组。ADSCs干预显著抑制由肝脏I/R和部分切除引起的炎症反应,降低促炎因子和促炎介质的表达并升高抑炎因子的表达。(6)术后LLR组和ADSCs组肝脏组织中ATG5、ATG12和Beclin1 mRNA表达显著升高,P62和mTOR mRNA表达显著降低,ADSCs干预能够显著减少ATG5和ATG12 mRNA的表达,但对P62、Beclin1和mTOR mRNA表达无影响。术后LLR组和ADSCs组LC3Ⅱ和Beclin1蛋白表达显著升高,P62蛋白表达显著降低,ADSCs干预后显著增加P62蛋白表达,并减少LC3Ⅱ和Beclin1蛋白表达,抑制由I/R和肝部分切除引起的自噬进程。(7)ADSCs干预能够抑制由I/R和肝部分切除引起的凋亡过程,TUNEL阳性细胞数量和Caspase酶活性均显著低于LLR组。ADSCs干预显著抑制肝脏组织中Fas、FasL、Bax蛋白和mRNA的表达,增加Bcl-2蛋白的表达,但两组间肝脏组织中Bcl-2 mRNA表达无显著差异。(8)ADSCs干预能够显著增强术后肝脏再生过程,提高血清中血管再生因子VEGF、ANG-1和ANG-2表达表达,并降低血清HA水平,同时增强肝脏组织中生长因子HGF和Cyclin D1 mRNA表达,并抑制TGF-βmRNA表达,ADSCs干预组肝脏中PCNA阳性细胞数量显著高于LLR组。综上所述,猪ADSCs表达干细胞特异性抗原,具有分化为脂肪细胞、成骨细胞和肝细胞的能力,经肝实质移植后能够减少I/R和肝部分切除术后引起的外周血中炎性细胞增加,加速肝脏功能恢复。ADSCs干预通过减轻氧化应激、抑制炎症反应、降低凋亡和自噬水平减轻肝脏I/R和部分切除引起的肝损伤,并促进损伤后的肝脏再生进程。本试验成功应用ADSCs干预治疗I/R和肝部分切除引起的肝脏损伤,证明ADSCs在此模型中具有抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗自噬和促进再生的作用,本课题为腹腔镜技术在大型实验动物的肝损伤模型中的应用奠定基础,也为肝病治疗、器官移植和干细胞的临床应用等研究提供重要的理论依据。
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