人胎盘间充质干细胞源外泌体对急性肺损伤肺血管内皮的影响及其机制研究

来源 :宁夏医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangnnnnnn
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目的将人胎盘间充质干细胞外泌体(HPMSCs-Exo)作用于脂多糖(LPS)诱导损伤的肺血管内皮细胞(HPVECs),探索HPMSCs-Exo对HPVECs的影响及潜在的作用机制。方法第一部分:HPMSCs及HPMSCs-Exo的分离、培养及鉴定。检测指标:(1)在光镜下观察HPMSCs形态特征。(2)用配制好的成脂、成骨及成软骨诱导分化培养基培养HPMSCs,定期拍照,并通过相应染色分析其分化能力。(3)用无血清培养体系培养HPMSCs并收集上清从中提取HPMSCs-Exo,通过透射电镜观察其形态,Western blot检测HPMSCs-Exo表面标志蛋白表达。第二部分:观察HPMSCs-Exo对LPS诱导损伤HPVECs的作用。(1)实验分组及处理:(1)分组:分为正常组(NC组)、外泌体组(HPMSCs-Exo组)、损伤组(LPS组)、治疗组(HPMSCs-Exo+LPS组)。(2)处理:NC组仅用培养基处理,HPMSCs-Exo组培养基中加入HPMSCs-Exo(100μg/m L),LPS组培养基加入LPS(100 ng/m L)处理6h,HPMSCs-Exo+LPS组在LPS损伤后加入HPMSCs-Exo进行治疗。(2)检测指标:(1)HPMSCs-Exo摄取:以不同颜色荧光探针标记HPVECs和HPMSCs-Exo,通过荧光显微镜观察HPVECs对HPMSCs-Exo的摄取情况。(2)血管生成实验检测HPMSCs-Exo对HPVECs血管生成能力的影响。(3)transwell实验、划痕实验检测HPMSCs-Exo对HPVECs迁移能力的影响。(4)鬼笔环肽染色实验观察HPMSCs-Exo对HPVECs细胞骨架的影响;(5)线粒体膜电位实验检测HPMSCs-Exo对HPVECs凋亡的影响。(6)收集各组HPVECs蛋白,Western Blot实验检测HPMSCs-Exo对HPVECs内通透性相关蛋白ZO-1和VE-cadherin表达水平,骨架相关蛋白RHOA、ROCK1及F-actin表达水平。第三部分:1.利用高通量测序研究LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组HPVECs中差异表达基因及HPMSCs-Exo内miRNA表达谱。(1)检测指标:(1)火山图:以Fold Change≥1.5且P<0.05作为筛选标准,火山图绘制出LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组差异表达基因的分布差异情况。(2)差异表达基因功能分析:通过基因本体论(GO)和京都基因和基因组百科全书(KEGG)对LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组的差异表达基因进行功能富集并分析。(3)随机选取差异表达基因进行q-PCR验证测序数据的准确性。(4)HPMSCs-Exo内miRNA表达谱检测:利用Small RNA-seq检测HPMSCs-Exo miRNA表达谱,并对miRNA表达量进行统计及归一化处理;确定HPMSCs-Exo中miRNA的丰度情况,筛选出表达丰度高且与HPVECs功能联系紧密的miRNA作为下一步研究对象。2.富含hsa-miR-148a-3p的HPMSCs-Exo对HPVECs的作用研究。(1)实验分组:(1)分组:分为正常组(NC组)、外泌体组(HPMSCs-Exo组)、损伤组(LPS组)、过表达对照组(NC-mimic-HPMSCs-Exo+LPS组)、过表达组(mimic-HPMSCs-Exo+LPS)。(2)检测指标:(1)q-PCR检测LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组中HPVECs及HPMSCs-Exo内的hsa-miR-148a-3p的表达情况。(2)生物信息网站分析预测hsa-miR-148a-3p的靶基因。(3)mimic-hsa-miR-148a-3p转染HPMSCs,收集、分离外泌体,提取细胞和外泌体RNA,并用q-PCR检测hsa-miR-148a-3p的转染效率。(4)血管生成实验检测mimic-HPMSCs-Exo对HPVECs血管生成能力的影响。(5)transwell实验、划痕实验检测mimic-HPMSCs-Exo对HPVECs迁移能力的影响。(6)收集各组HPVECs蛋白,Western Blot实验进一步分析有关蛋白的表达情况。结果第一部分:HPMSCs及HPMSCs-Exo生物学特性:(1)HPMSCs呈长梭形,漩涡样贴壁生长,在相应的诱导培养基条件下中可向其他类型细胞转化。(2)在透射电镜下HPMSCs-Exo呈双层膜圆形结构,直径小于200nm,表面抗原CD9,CD63呈阳性。第二部分:HPMSCs-Exo对HPVECs的功能影响:(1)摄取:HPVECs可以有效摄取HPMSCs-Exo,荧光显微镜下可见HPVECs胞质内中出现已标记为红色的HPMSCsExo,且在LPS诱导损伤后,这种摄取效应进一步加强。(2)血管生成实验:NC组和HPMSCs-Exo组显微镜下管状结构明显,无明显差异(P>0.05);LPS组成管能力明显受到抑制,无管腔结构形成(P<0.01);HPMSCs-Exo+LPS组则可见有少量管状结构存在(P<0.01)。(3)tanswell实验和划痕实验:NC组与HPMSCs-Exo组细胞迁移能力无明显差异(P>0.05);LPS组HPVECs迁移能力明显受到抑制(P<0.01);HPMSCsExo+LPS组HPVECs迁移能力增加(P<0.01)。(4)鬼笔环肽染色实验:NC组和HPMSCs-Exo组HPVECs轮廓清晰,细胞连接清晰,细胞骨架蛋白排列良好;LPS组HPVECs界限不清,细胞骨架蛋白紊乱;HPMSCs-Exo+LPS组HPVECs形态尚可,细胞骨架蛋白的排列稍微紊乱,但仍可显示细胞骨架蛋白的结构;(5)线粒体膜电位实验:NC组和HPMSCs-Exo组HPVECs均呈现明亮的红色荧光,绿色荧光微弱,二者没有显著差异(P>0.05);LPS组细胞内荧光强度则相反,线粒体膜电位降低(P<0.01);HPMSCs-Exo+LPS组则逆转了HPVECs线粒体膜电位的降低(P<0.01);(6)Western Blot实验:NC组和HPMSCs-Exo组ZO-1、VE-cadherin、F-actin、ROHA和ROCK1表达无明显差异(P>0.05);LPS组ZO-1、VE-cadherin、F-actin表达呈下调改变(P<0.01),ROHA和ROCK1表达呈上调改变(P<0.01);HPMSCs-Exo+LPS组ZO-1(P<0.01)、VE-cadherin、F-actin表达上调改变(P<0.05),而ROHA和ROCK1表达呈下调改变(P<0.01)。第三部分:1.测序结果证明HPVECs内m RNA的表达与HPMSCs-Exo内miRNA密切相关。(1)RNA-seq:LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组共有1179个差异表达基因,其中上调816个,下调363个(P<0.05)。(2)GO和KEGG分析:差异表达基因功能主要集中于细胞内信号转导、凋亡、能量代谢、血管生成、炎症、细胞连接等途径。(3)q-PCR实验:结果与测序数据相一致。(4)HPMSCs-Exo miRNA测序:HPMSCs-Exo中有大量miRNA,以hsa-miR-148a-3p表达丰度最高,包含613个已知和712个未知的miRNA,其预测靶基因与LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组的差异表达基因大量重合。(5)hsa-miR-148a-3p的表达水平检测:单纯HPMSCs-Exo内、LPS组和HPMSCs-Exo+LPS组之间hsa-miR-148a-3p表达水平有着显著差异(P<0.05)。(6)生物学分析显示ROCK1是hsa-miR-148a-3p的靶基因。2.进一步探索富含hsa-miR-148a-3p的HPMSCs-Exo对损伤HPVECs的治疗机制。(1)q-PCR:mimic-hsa-miR-148a-3p转染HPMSCs后,外泌体hsa-miR-148a-3p表达水平显著增加(P<0.01)。(2)血管生成实验:富含hsa-miR-148a-3p的外泌体与HPVECs共培养,更进一步促进HPVECs的血管形成(P<0.01)。(3)迁移:tanswell实验和划痕实验:富含hsa-miR-148a-3p的外泌体能进一步改善HPVECs的迁移能力(P<0.01)。(4)Western Blot:富含hsa-miR-148a-3p的外泌体可下调ROCK1的表达水平。结论1.HPMSCs-Exo可以通过改善细胞血管生成、迁移、细胞骨架及凋亡等功能减轻LPS诱导的HPVECs损伤。2.HPMSCs-Exo内富含多种miRNA,其中hsa-miR-148a-3p/ROCK1途径可能是HPMSCs-Exo改善HPVECs功能的重要途径。
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