人脂肪来源间充质干细胞对小鼠急性肾损伤及其慢性化的保护效应及机制研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:niklausxiang
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随着人口老化、侵入性检查增多、造影剂和化疗药物的广泛使用,住院病人急性肾损伤(Acute Kidney Injury,AKI)的发病率和死亡率逐年增高。既往认为AKI后肾脏功能可以恢复正常,不影响肾脏寿命。但流行病学研究表明,即使是肾功能恢复正常的AKI患者,10年内仍有约25%进展为慢性肾脏病(Chronic Kidney Disease,CKD),死亡风险增加50%。因此,AKI与CKD被认为是相互交联的综合征。目前临床尚无有效方法阻遏AKI向CKD的进展。研究表明,外源性间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells,MSCs)治疗可以减轻顺铂、甘油以及缺血再灌注(Ischemia/Reperfusion,I/R)诱导的小鼠AKI。但该细胞对急性肾损伤慢性化的效应目前研究较少,且文献中使用的细胞多为骨髓来源。脂肪来源MSCs方便获取,且有比骨髓来源MSCs更强的体外扩增能力,因此本研究采用了人脂肪来源间充质干细胞(human Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells,hAD-MSCs)进行相关研究。研究表明,AKI后肾小管上皮细胞(Tubular Epithelial Cells,TECs)的Sox9被明显激活,且有超过40%的Sox9阳性细胞也是Ki67阳性的,因此Sox9的激活促进了损伤TECs的内源性修复。鉴于,MSCs和Sox9都有促进AKI修复与再生的能力,我们猜想hAD-MSCs可能通过旁分泌外泌体,进而激活TECs中Sox9的表达,减轻AKI及其慢性化。本研究中,我们成功建立了小鼠单侧I/R模型,尾静脉注射体外培养和扩增的hAD-MSCs,发现该细胞促进了TECs中Sox9的激活,明显减轻AKI及其慢性化;我们同时提取了hAD-MSCs的外泌体,发现其外泌体有同细胞相似的保护作用,而使用抑制外泌体释放的药物则阻断了Sox9的激活,抑制了该保护效应,进一步证实hAD-MSCs的保护作用是通过旁分泌效应来实现的;我们在体外将hAD-MSCs或其外泌体同TECs及胚胎成纤维细胞共培养,发现hAD-MSCs可以激活TECs中Sox9的表达,抑制转化生子因子-β1(Transforming Growth Factor-β1,TGF-β1)诱导的TECs向促纤维化表型的转变,抑制外泌体的释放则阻断该效应;但hAD-MSCs对胚胎成纤维细胞激活为肌成纤维细胞则无明显抑制作用。综上所述,hAD-MSCs通过旁分泌外泌体,激活TECs中Sox9的表达,促进肾脏的修复与再生,进而阻遏AKI及其慢性化的进展。第一部分h AD-MSCs减轻急性肾损伤并促进肾脏修复目的观察h AD-MSCs治疗小鼠单侧肾脏I/R 5天后肾脏病理、炎症细胞浸润、损伤及修复相关因子的表达情况,探讨h AD-MSCs对I/R诱导的小鼠AKI的保护效应及可能的作用机制。方法构建C57BL/6小鼠左侧肾脏I/R模型,24小时后尾静脉注射体外扩增的h AD-MSCs,5天后取肾脏和外周血标本。检测指标如下:1)肾脏病理:肉眼观察皮髓交界处缺血带的变化,PAS染色观察肾脏病理的改变;2)损伤相关分子:免疫荧光观察肾脏损伤分子(Kidney Injury Molecule-1,Kim-1)的表达;3)修复相关因子:免疫荧光观察残存近端小管(LTL)的数目、小管上皮细胞Sox9的激活情况;4)炎症细胞浸润:流式细胞术检测肾脏组织炎症细胞浸润的变化(巨噬细胞、T淋巴细胞);5)TECs的增殖和凋亡:免疫荧光双染(Ki67和Vimentin)检测TECs的有效增殖;TUNEL荧光观察TECs凋亡的变化,Western Blot(WB)检测肾脏Bcl-2、Bax的表达;6)AKI-CKD标记物:荧光双染检测肾小管上皮细胞G2/M期阻滞(PH3和Ki67),荧光检测管周毛细血管网(CD31),WB检测肾脏缺氧诱导因子(Hif-1α)的变化。结果与I/R组相比较,h AD-MSCs治疗后肾脏缺血带缩小、病理损伤减轻;Kim-1的表达减少;残存的TECs增多,TECs上Sox9的表达增加;肾脏炎症细胞浸润减少;TECs凋亡减少、有效增殖增加;阻滞于G2/M期的TECs明显减少,管周毛细血管网密度增大,肾脏缺氧改善。结论h AD-MSCs治疗减轻了缺血再灌注所致的小鼠急性肾损伤,并促进肾脏的修复。该作用可能是由于h AD-MSCs治疗减少了肾脏炎症细胞浸润,促进肾小管上皮细胞有效增殖,减轻细胞周期阻滞,改善了肾脏缺血缺氧的微环境所产生的。第二部分h AD-MSCs减轻I/R诱导的慢性肾间质纤维化目的观察h AD-MSCs治疗小鼠单侧肾脏I/R 28天后肾脏胶原纤维沉积、纤维化相关因子的表达变化,探讨h AD-MSCs对单侧肾脏I/R诱导的小鼠慢性肾间质纤维化的保护效应及可能的作用机制。方法构建C57BL/6小鼠左侧肾脏I/R模型,24小时后尾静脉注射体外扩增的h AD-MSCs,28天后取肾脏标本。检测指标如下:1)肾脏大小:肉眼观察肾脏大小的变化,计算肾脏重量的差值(右侧肾重减去左侧肾重);2)损伤相关分子:免疫荧光观察肾脏损伤分子(Kim-1)的表达;3)Sox9:免疫荧光观察TECs中Sox9的表达;4)间质胶原纤维沉积:Masson和天狼星红染色观察肾脏胶原纤维沉积的变化;5)纤维化相关因子:免疫荧光检测α-SMA、Col-Ⅳ的表达变化,WB检测α-SMA、PDGFR-β的表达变化;RT-PCR检测α-SMA、PDGFR-β、Col-Ⅳ以及Fibronectin的表达变化。结果与I/R组相比较,h AD-MSCs治疗后左侧肾脏体积增大,右侧与左侧肾脏的差值减小;肾脏损伤减轻;肾间质胶原纤维沉积减少,纤维化相关因子的表达减少。结论h AD-MSCs治疗减轻了缺血再灌注诱导的小鼠慢性肾间质纤维化。该作用可能是由于h AD-MSCs治疗明显减轻了急性期肾脏的损伤,使更多受损的TECs在急性期得以修复,重新进入细胞周期进行增殖;h AD-MSCs治疗后急性期肾间质炎症细胞浸润减少,炎性细胞因子和趋化因子的分泌也减少,间质肌成纤维细胞的激活随之减少。故而进入慢性期的损伤细胞数目明显减少,肾间质纤维化得以减轻。第三部分h AD-MSCs通过其外泌体激活肾小管上皮细胞Sox9的表达目的观察h AD-MSCs来源外泌体对肾小管上皮细胞Sox9的表达、纤维化相关因子表达的影响,深入探讨h AD-MSCs治疗急性肾损伤及其慢性化的机制。方法体内:构建C57BL/6小鼠左侧肾脏I/R模型,24小时后尾静脉注射h AD-MSCs来源的不同浓度的外泌体,加或不加抑制外泌体释放的药物(GW4869),7天后取肾脏标本。1)细胞示踪:PKH-26染色h AD-MSCs、GFP小鼠提取m AD-MSCs,分别经尾静脉注射入I/R小鼠体内,检测带荧光的细胞;2)分化:荧光双染(GFP和LTL),观察有无LTL阳性的GFP细胞;3)外泌体的鉴定:WB检测外泌体膜表面分子CD63的表达,电镜检测外泌体的大小和形态;4)外泌体的浓度:尾静脉注射h AD-MSCs来源的外泌体,摸索出能使肾脏纤维化水平降低的外泌体的最适浓度;5)纤维化相关因子:WB检测α-SMA、PDGFR-β的表达变化;6)Sox9:免疫荧光检测肾组织中Sox9的表达变化;荧光双标(Sox9和Kim-1)检测损伤管的修复情况,荧光双标(Sox9与LTL)检测残存管的变化。体外:将h AD-MSCs或者其外泌体同TGF-β1处理的原代TECs或胚胎成纤维细胞系(NIH3T3)进行共培养,加或不加GW4869。1)纤维化相关因子:WB检测h AD-MSCs对TGF-β1刺激的TECs、NIH3T3细胞系促纤维化因子(α-SMA、Col-Ι、Fibronectin)表达的影响;PCR检测h AD-MSCs对TGF-β1刺激的TECs、NIH3T3细胞系纤维化相关因子(TGF-β1、CTGF、α-SMA、Col-Ι、Fibronectin)分泌的影响。2)Sox9:PCR检测h AD-MSCs对TGF-β1刺激的TECs、NIH3T3细胞系Sox9表达的影响。结果体内:在h AD-MSCs治疗后的肾脏中仅找到少数带有荧光标记的细胞,这些细胞并未分化为肾小管上皮细胞。与I/R组相比较,h AD-MSCs来源的外泌体治疗后肾小管上皮细胞Sox9的激活增加,肾间质纤维化减轻,呈剂量依赖性;药物阻断外泌体的释放则抑制了Sox9的激活,肾间质纤维化加重。体外:h AD-MSCs及其外泌体促进TGF-β1刺激的TECs中Sox9的激活,抑制了TECs向促纤维化表型的转变,但对胚胎成纤维细胞激活为肌成纤维细胞无明显作用。结论h AD-MSCs通过其外泌体激活肾小管上皮细胞Sox9的表达,从而减轻肾间质纤维化。
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