下丘脑垂体肾上腺轴反应对骨髓干细胞的动员作用与分子机制

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全球范围内由创伤引起的死亡人数持续升高,预计到2020年会达到840万,而严重组织损伤是致死致残的关键因素,因此寻找早期有效修复损伤组织、预防和控制创伤并发症的治疗方法是提高严重创伤患者生存率、改善预后的关键。近年来,成体干细胞为严重损伤组织的修复带来新的曙光。在成年个体中,定植于骨髓中的干细胞可以动员并向损伤组织迁移,作为种子细胞直接参与损伤组织的修复。此外,成体干细胞还具有免疫调节作用,如间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)可以抑制T、B、NK细胞的增殖和B细胞的迁移;抑制TH1细胞分泌促炎细胞因子,促进TH2细胞产生抗炎细胞因子等。虽然外源性干细胞移植在损伤组织治疗中具有重要价值,然而这种方法还有诸多伦理和技术瓶颈需要面对,如干细胞体外扩增、鉴定及其在体内的转归等等。损伤组织修复需要骨髓干细胞的动员,并作为种子细胞迁移到损伤部位。但是目前临床上所用的干细胞动员剂具有很多副作用,近30%的病人会出现骨痛、头痛、四肢乏力等症状,严重者甚至发生急性肺损伤,部分伴有基础疾患的创伤患者对干细胞动员剂不敏感。因此,探索内源性干细胞动员机制具有重要科学意义和临床价值。近年发现,神经内分泌反应对骨髓干细胞动员、增殖、分化和修复功能有潜在调控作用,如交感肾上腺髓质和其他内分泌器官源性激素(如去甲肾上腺素、雌激素)可以促进不同类型骨髓干细胞从骨髓池外流。鉴于神经内分泌反应对于骨髓干细胞数量的影响,以及效应激素在损伤微环境中的重要作用,我们推测下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamus-pituitary-adrenal,HPA)轴激活可能是下丘脑-骨髓-外周血三位一体的干细胞动员策略的关键环节。因此,本研究以HPA轴及其关键效应激素-糖皮质激素为切入点,探讨其对骨髓干细胞(HSCs、MSCs、EPCs)动员的影响及作用机制,进而初步探讨神经内分泌反应对骨髓干细胞的动员及后续损伤组织修复和再生的影响,旨在从骨髓干细胞动员角度为损伤组织修复另辟蹊径,从而更好地促进损伤组织实现功能修复。方法:繁育并鉴定CRH野生型(CRH+/+)小鼠和CRH基因敲除(CRH-/-)小鼠;将CRH野生型(CRH+/+)小鼠和CRH基因敲除(CRH-/-)小鼠分为强迫跑步应激组和对照组。应激后1h,通过摘眼球取血法获取足量抗凝血。ELISA法测定血浆皮质酮(corticosterone,CORT)浓度。外周血间充质干细胞(MSCs)、内皮祖细胞(EPCs)和造血干细胞(HSCs)的数量通过流式细胞分析法确定;利用微量注射泵对CRH+/+和CRH-/-小鼠分别输注不同剂量的糖皮质激素,以上述方法分别检测小鼠血浆皮质酮浓度,及其与外周血EPCs、MSCs和HSCs数量变化的关系;分离培养骨髓MSCs和EPCs,用糖皮质受体阻断剂RU486(10μM)预处理30min,通过neuro probe趋化小室法观察不同浓度(0ng/ml、75ng/ml、100ng/ml、1500ng/ml)的糖皮质激素对MSC、EPC趋化功能的影响及其趋化受体fMLP-R表达变化。结果:1.跑步应激后CRH+/+小鼠血浆皮质酮水平明显升高,同时其外周血MSCs、EPCs的数量也显著增加;但CRH-/-小鼠血浆皮质酮水平在跑步应激后没有明显变化,同时其外周血MSCs和EPCs的数量减少;2.给CRH+/+和CRH-/-小鼠注射糖皮质激素后,其血浆皮质酮水平都显著增加,同时外周血HSCs、MSCs、EPCs的数量也显著升高;3.低浓度皮质酮可以促进骨髓MSCs、EPCs向fMLP的趋化运动;RU486预处理可以逆转糖皮质激素对MSCs和EPCs趋化功能的影响;4.不同浓度的糖皮质激素均可以促进骨髓MSCs、EPCs fMLP-R mRNA表达,且低浓度的糖皮质激素可以促进fMLP-R蛋白的表达,这种作用可被RU486逆转。结论:1.急性应激条件下,间充质干细胞和内皮祖细胞发生显著的动员反应,HPA轴反应及其关键效应激素-糖皮质激素发挥了重要调节效应;2.在干细胞动员中,糖皮质激素可通过上调fMLP-R,经糖皮质激素受体基因组途径促进细胞趋化功能。
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