MSC及其exosome在胃炎/癌微环境中的作用与机制研究

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目的:本研究旨在探讨MSC在胃炎微环境中的特性,MSC如何重塑胃炎微环境,通过研究MSC与炎症微环境的相互作用理解MSC促非可控性炎症恶性转化的作用及与胃癌发生的关系;本研究还将揭晓MSC在胃癌微环境中的生物学功能及其参与重塑胃癌微环境的潜在机制;将为胃癌的预防和治疗提供理论基础和实验依据。方法:(1)清洁级雄性Wistar大鼠随机分为2组,对照组正常饮食饮水,模型组采用含N-甲基-N’-硝基-N’-亚硝基胍(N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine,MNNG)的水溶液配合高盐饲料喂养。影像学核磁共振成像观察大鼠胃部结构变化情况,采集不同时间点的血标本和组织标本通过血清学Luminex液相芯片技术和组织学切片染色动态观察大鼠胃炎恶性转化的情况。分离正常胃组织的MSC (RGN-MSC)和炎症微环境下的胃组织MSC (RGI-MSC),通过细胞诱导分化染色,流式分析表面标记,干细胞相关指标检测等实验鉴定两者的多向分化潜能和自我更新能力。(2)采用细胞生长曲线,平板克隆,细胞周期,transwell实验,Luminex液相芯片等技术比较RGN-MSC和RGI-MSC的增殖速率,迁移率和炎性因子的分泌情况。比较RGN-MSC和RGI-MSC对正常胃上皮细胞GES-1和髓系单核细胞THP-1迁移能力的影响,检测GES-1细胞EMT相关指标的蛋白表达情况。(3)分离获得MSC来源的膜性囊泡(MSC-exosome)并进行鉴定,体外作用胃癌细胞株HGC-27。观察胃癌细胞的迁移和侵袭,检测EMT相关指标的变化,并与正常胃上皮细胞GES-1进行比较,评价胃癌细胞是否发生EMT。通过无血清培养基克隆形成实验,软琼脂克隆形成实验观察胃癌细胞体外成瘤的能力,Western-blot检测干细胞相关蛋白表达情况,评价胃癌细胞自我更新能力的变化。初步分析MSC-exosome促进胃癌恶性转化的信号通路并运用相应的通路阻断剂验证结果。(4)氟尿嘧啶(fluorouracil,5-FU)腹腔注射与MSC-exosome/HFL-exosome瘤内定点注射作用体内免疫缺陷小鼠建立胃癌皮下移植瘤模型,绘制瘤体生长曲线,检测肿瘤组织中耐药相关指标MDR,MRP阳LRP基因与蛋白的表达量。化疗药物(包括5-FU和顺铂)与MSC-exosome作用体外细胞模型,MTT实验观察胃癌细胞对化疗药物敏感性的变化,检测胃癌细胞耐药相关指标MDR, MRP和LRP基因与蛋白的表达量。流式检测胃癌细胞内罗丹明123的荧光强度间接反映各处理组胃癌细胞MDR的生物学功能。TUNEL染色和流式凋亡双染观察各处理组胃癌细胞抗凋亡能力。通过Western-blot,实时定量RT-PCR,细胞MTT,细胞转染等实验初步探讨MSC-exosome促进胃癌耐药的机制。结果:(1)在MNNG作用下大鼠胃黏膜从正常状态逐步发展为浅表性胃炎,非可控性萎缩性胃炎,肠型化生和不典型增生,至造模48周时,大鼠血清中MCP-1,VEGF,TNF-α, IL-1β和IL-6的表达量明显升高。分离获得的RGN-MSC和RGI-MSC具有较强的成骨成脂分化潜能,CD29,CD90和CD44H阳性,CD45阴性。(2) RGI-MSC较RGN-MSC具更高的增殖速率和迁移率,分泌更多的炎性因子包括MCP-1,IL-6和CXCL10。RGI-MSC能够促进GES-1和THP-1迁移,GES-1的E-cadherin表达降低,N-cadherin和Vimentin表达升高。(3) MSC-exosome表达CD9,CD63分子,作用胃癌细胞4h后即可进入细胞内。MSC-exosome能够促进胃癌细胞迁移和侵袭,促进其在液态和半固态培养基中克隆形成,提高N-cadherin,Vimentin,Twist,Oct4,Sox2,Lin28B的表达量,降低E-cadherin的表达量,促进胃癌细胞内Akt的磷酸化,运用PI3K的特异性抑制剂LY294002能够抑制上述变化。(4) MSC-exosome在体内动物模型和体外细胞模型中均可激活胃癌细胞内钙调蛋白激酶,引发Raf/MEK/ERK级联反应,提高胃癌细胞MDR、MRP和LRP的基因和蛋白表达量,提高MDR外排药物的功能,帮助胃癌细胞抵抗化疗引起的细胞凋亡,逆转化疗药物抑制肿瘤生长的作用。结论:炎症微环境可促进MSC增殖,迁移和分泌炎性因子,MSC在炎症微环境下能诱使正常胃上皮细胞发生EMT,募集免疫细胞,共同参与胃炎微环境的维持和恶性转化。MSC通过分泌exosome参与胃癌微环境的形成,直接作用于胃癌细胞促进胃癌发展,包括生长/自我更新,转移/EMT和化疗耐药,其机制与MSC-exosome内的蛋白质引发胃癌细胞内的Akt和CaM-Ks-MAPK信号通路有关。本研究阐述了MSC在胃炎/癌微环境中的作用及其机制,将为胃癌的预防和治疗提供新的视角与策略。
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