牛磺酸诱导间充质干细胞分化为神经细胞和类毛细胞的研究

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随着老年化社会的到来,神经退行性疾病未来可能会超过癌症成为世界上第二大致死性疾病,其最常见的特点是神经元细胞会逐渐变性和死亡,而中枢神经系统不具备再生性。干细胞疗法作为神经退行性疾病的一种新型治疗选择,在癫痫、阿尔茨海默症、帕金森疾病等神经退行性疾病中有着广泛的应用前景。间充质干细胞具有来源广泛、取材简便、致瘤性低等多种优点,在不同条件下可以往三个胚层方向分化,包括心肌细胞、皮肤细胞以及多种神经元细胞等。现今已有大量的实验验证了间充质干细胞能够在共培养、基因工程以及化学诱导的条件下分化成神经元细胞,说明其具备向神经元分化的能力。牛磺酸是一种广泛存在于人体内的氨基酸之一,在大脑中具有神经保护和神经营养作用,可作为渗透剂和神经调节剂参与抗氧化、缺氧抵抗以及渗透调节等过程,同时也是中枢神经系统中最丰富的代谢物之一,在大脑发育的早期阶段对突触发生和突触传递起着重要的作用。现今间充质干细胞分化为神经元有两种经典的方法,第一种是将附着在底物上的单层细胞直接进行诱导分化,第二种是先将细胞诱导成神经球然后再进一步地贴壁分化。基于此,本实验初步研究了牛磺酸对于两种不同来源的间充质干细胞往神经元细胞方向分化的影响,并在类毛细胞培养基的基础上简单探讨了牛磺酸的作用。首先,在大鼠骨髓间充质干细胞单层贴壁的情况下,利用表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维生长因子(b FGF)与牛磺酸联合,在短时间内高效诱导出GABA能神经元样细胞。我们先探究了不同浓度的b FGF对BMSC的诱导分化情况,利用q RT-PCR和免疫荧光实验验证了其和EGF在20ng/ml的浓度下能将细胞诱导分化为神经元细胞。在此基础上利用不同浓度的牛磺酸将其诱导为高表达GAD1、GAD2基因以及蛋白的GABA能神经元样细胞。其次,以脐带间充质干细胞为材料,在第一阶段利用生长因子和牛磺酸将细胞诱导成神经球,确定牛磺酸促进神经球增殖的浓度,第二阶段再以不同浓度的牛磺酸诱导神经球分化,设立5d和8d两个时间节点,分别观察分化后神经细胞和胶质细胞最终的比例变化。免疫荧光实验结果表明,利用5m M浓度牛磺酸诱导5d后,分化后的细胞能够高表达βIII-tublin蛋白,而GFAP蛋白表达相对偏低,证明了牛磺酸在促进形成神经球的基础上,可以使后者进一步分化为神经细胞和胶质细胞,并且主要偏向于神经细胞。最后,本实验室在利用MC3T3条件培养基成功诱导出类毛细胞的基础上,初步探究不同浓度的牛磺酸对神经球分化为类毛细胞产生的影响。Brn3c和Math1的双染实验证明了5m M浓度的牛磺酸能够提高神经球向类毛细胞分化的效率,同时扫描电镜实验结果证明了分化出的类毛细胞表面具有一定数量的杂乱纤毛结构。综上所述,本文表明了牛磺酸不仅能够促进间充质干细胞往神经元细胞的方向分化,并且在类毛细胞的分化过程中也能产生一定的影响。基于本研究,未来有望在再生医学领域进一步探索,为神经退行性疾病的治疗提供可替代细胞来源。
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