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目的:观察色素上皮衍生因子基因修饰的人脐带间充质干细胞(pigment epithelial-derived factor gene-modified human umbilical cord mesenchymal stem cells,PEDF-MSCs)对早期糖尿病大鼠视网膜中PEDF、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达的影响及对视网膜的保护作用。方法:胰蛋白酶消化法获取人脐带间充质干细胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells,h UCMSCs)并进行体外扩增,采用流式细胞学方法进行鉴定其免疫表型。采用基因重组方法构建慢病毒(lentivirus,LV)-PEDF载体并对其进行基因测序。LV-PEDF以感染复数(multiplicity of infection,MOI)值为10、30、50体外转染h UCMSCs,采用实时定量聚合酶链反应(real time quantitative polymerase chain reaction,real time-PCR)和酶联免疫吸附测定法(enzyme linked immunosorbentassay,ELISA)分别检测以最佳MOI值转染细胞PEDF及VEGF信使核糖核酸(messenger ribonucleic acid,m RNA)和蛋白水平表达。选取链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)腹腔注射诱导糖尿病大鼠模型。实验动物分为五组:正常对照组(N组)、糖尿病对照组(D组)、磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)治疗组(B组)、绿色荧光蛋白标记的间充质干细胞(green fluorescent protein labelled mesenchymal stem cells,GFP-MSCs)治疗组(G组)及PEDF-MSCs治疗组(P组);造模成功后4个月进行干预治疗,P组与G组分别给予PEDF-MSCs、GFP-MSCs,B组给予PBS治疗,N组与D组不予特殊治疗。玻璃体腔注射PEDF-MSCs后2周,荧光显微镜观察PEDF-MSCs在大鼠眼内存活情况。成模后1,4,6个月分别进行苏木素伊红(hematoxylin and eosin,HE)染色观察视网膜结构,测量内丛状层(inner plexiform layer,IPL)、内核层(inner nuclear layer,INL)及外核层(outer nuclear layer,ONL)视网膜厚度,并通过免疫组织化学法分别检测各组大鼠视网膜中PEDF与VEGF的表达,real time-PCR检测大鼠视网膜PEDF与VEGF在m RNA水平的表达。观察治疗后视网膜形态学特征及视网膜血管迂曲扩张程度的变化。结果:胰蛋白酶消化法获取的h UCMSCs表达CD105、CD73和CD90,不表达CD34、CD45、CD11b、CD19和HLA-DR。经基因测序与对比分析(1257/1257=100%),测序结果与目标序列完全一致。最佳MOI值为50,转染效率可达72.1%。Real time-PCR检测结果显示,PEDF-MSCs及对照组中PEDFm RNA相对表达量分别为(0.170±0.028)与(0.015±0.007),差异有统计学意义(P<0.001);两组VEGF m RNA相对表达量分别为(0.265±0.022)与(0.285±0.049),差异无统计学意义(P>0.05)。ELISA检测显示,转染后PEDF-MSCs上清液中PEDF蛋白表达高于对照组,VEGF蛋白表达低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。腹腔注射STZ后总成模率达95%。玻璃体腔注射后2周,荧光显微镜下观察到P组与G组大鼠玻璃体腔内放射状及簇状排列的绿色荧光;视网膜中未发现明显绿色荧光。HE染色显示,糖尿病1个月,神经纤维层(nerve fiber layer,NFL)出现水肿,IPL增厚;糖尿病4个月,NFL水肿进一步加重,血管扩张,IPL结构疏松,INL细胞排列紊乱;糖尿病6个月,NFL水肿进一步加重,局部INL及外核层变薄。玻璃体腔注射PEDF-MSCs后,IPL水肿明显减轻,INL与ONL层细胞排列规整。视网膜厚度测量分析结果显示:玻璃体腔注射后2个月,P组IPL厚度显著下降;INL与ONL厚度显著增加。视网膜血管形态学分析结果显示,玻璃体腔治疗后2个月,P组血管化面积显著降低。免疫组织化学法染色结果显示:玻璃体腔治疗后2个月,P组PEDF平均光密度值增加;VEGF平均光密度值下降。Real-time PCR检测结果显示治疗后2个月,P组PEDF m RNA表达水平增加。VEGF m RNA表达水平下降。结论:PEDF-MSCs可较长时间在糖尿病大鼠玻璃体内存活且持续表达。玻璃体腔注射PEDF-MSCs能上调糖尿病大鼠视网膜PEDF表达与下调VEGF表达,改善糖尿病大鼠神经视网膜损伤。