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第一部分低氧预处理h U-MSCs的培养体系建立及鉴定目的:建立低氧预处理人脐带间充质干细胞(h U-MSCs)模型,探究最适宜的预处理条件。方法:第4-5代的人脐带间充质干细胞培养至细胞融合度达70-80%时,吸掉原有培养基,更换含有不同浓度去铁铵(DFO)的低氧诱导培养基10ml,放至细胞培养箱48h。CCK8检测不同浓度DFO处理后的h U-MSCs在常规和过氧化氢刺激下的增殖情况;对不同浓度DFO处理后的h U-MSCs进行细胞蛋白提取,Western Blot检测HIF-1α表达水平。光学显微镜下记录低氧预处理干细胞(HPMSC)形态;流式细胞术检测HPMSC的CD45、HLA-DR、CD73、CD105表面标记物;使用特定的外诱导培养体系对HPMSC进行诱导分化14天,茜素红S染色观察成骨诱导分化能力,油红染色观察成脂诱导分化能力。结果:1.成功构建DFO诱导的低氧预处理h U-MSCs培养体系。2.CCK8结果提示DFO预处理提高了h U-MSCs在氧化应激损伤下的增殖能力,尤其50μM和100μM DFO预处理组,h U-MSCs细胞增殖能力增强。Western Blot显示100μM、150μM、200μM DFO处理组h U-MSCs的HIF-1α表达均较对照组显著升高(1.78±0.13 vs.2.13±0.27 vs.2.50±0.38,p<0.05)。3.HPMSC表面标志物CD45、HLA-DR表达率分别为1.39%、1.93%,为阴性;表面标志物CD73、CD105表达率分别为98.8%、99.0%,为阳性。在诱导分化14天后的HPMSC具有向成骨组织和脂肪组织分化的能力。结论:构建了HPMSC培养体系,择100μM DFO培养48h作为h U-MSCs适宜的低氧预处理策略,HPMSC镜下形态、表面标志物、定向诱导分化特征符合人脐带间充质干细胞特征。第二部分低氧预处理h U-MSCs对大鼠BPD模型的有效性研究目的:建立间充质干细胞移植治疗大鼠BPD的模型,观察低氧预处理人脐带间充质干细胞(HPMSC)对大鼠BPD模型的治疗作用。方法:新生SD大鼠分为4组:常氧对照组(RA+NS),BPD模型组(BPD+NS),NMSC治疗组(BPD+NMSC),HPMSC治疗组(BPD+HPMSC),于生后第7天按分组给与NS或MSC气道灌注。我们用PKH-26标记NMSC(normal h U-MSCs)、HPMSC(hypoxic preconditioned h U-MSCs)于BPD大鼠肺组织内示踪,观察其在移植后第1、3、5、7天的肺内留存情况。此外,第14天收取各组SD大鼠标本,通过观察各组生存曲线、肺组织病理结构、肺动脉高压相关指标(RV/LV+S、RV/BW)、肺功能(LR/Cydn)、肺血管免疫荧光及血管标志物蛋白定量来评估HPMSC对BPD新生大鼠的治疗作用。结果:1.成功构建MSC气道移植治疗BPD模型。2.BPD模型进行干细胞移植后第3、5、7天,HPMSCs组的干细胞数量明显多于NMSCs组(17.60±3.17 vs.29.60±1.69,12.20±0.80 vs.21.20±1.50,12.00±2.07 vs.18.80±1.91)。3.HPMSC治疗BPD模型组的平均肺泡截距较NMSC组显著降低(59.44±2.06 vs.75.75±1.95μm,p<0.001),HPMSC治疗组在右心室指数(0.28±0.01 vs.0.35±0.01,p<0.01)和右心室体重比(0.99±0.06 vs.1.26±0.05,p<0.05)上较NMSC治疗组均有明显缓解,HPMSC治疗组较NMSC治疗组LR/Cydn比值的改善更显著(23.39±2.52 vs.36.44±3.70,p<0.05)。4.HPMSC治疗BPD模型组肺组织冰冻切片v WF免疫荧光可见完整的血管结构增多,血管面积比例较NMSC治疗组有显著提高(4.51±0.80 vs.2.60±0.90,p<0.001),Western Blot结果显示HPMSC治疗组的v WF、CD31、VEGFA表达均较NMSC模型组升高。结论:与常规干细胞(NMSC)相比,低氧预处理干细胞(HPMSC)治疗BPD在肺组织中移植后存在的细胞数量更多,在肺泡结构、肺动脉高压、肺功能及肺血管修复方面的改善作用更强。第三部分HIF-1α介导的低氧预处理h U-MSCs在治疗大鼠BPD的机制探究目的:体外研究探讨低氧预处理对人脐带间充质干细胞的保护作用,推测低氧预处理人脐带间充质干细胞(HPMSC)治疗大鼠BPD的分子机制。方法:体外实验分为四组:对照组(NMSC),NMSC氧化损伤组2O O2O2+Oltipraz)。细胞按照分组用500μM H2O2和/或10μM Oltipraz处理24小时后观察镜下形态,流式细胞术检测各组细胞凋亡率、细胞周期、ROS生成,Western Blot检测各组caspase3、HIF-1α表达水平。ELISA检测NMSC和HPMSC细胞培养基中VEGF浓度;人脐静脉内皮细胞(HUVEC)血管形成实验分为4组:对照组(HUVEC),氧化损伤组(HUVEC+H2 2O2+NMSC),HPMSC共培养组(HUVEC+H2O2+HPMSC),将有或无氧化损伤的HUVEC按照分组以1.5×10/孔),共培养5小时后,显微镜下评估不同处理组血管生成情况,流式细胞术检测各组HUVEC细胞凋亡率。将对照组和BPD模型组肺组织中的m RNA进行转录组(RNA-Seq)测序,对差异表达靶基因进KEGG通路富集分析,新生SD大鼠分为5组:对照组(RA+NS)、BPD模型组(BPD+NS)、NMSC治疗组(BPD+NMSC)、HPMSC治疗组(BPD+HPMSC)、PI3K/AKT抑制剂组(BPD+HPMSC+LY294002),第14天收取各组肺组织标本,Western Blot检测p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT表达情况以评估HPMSC治疗在该通路上的改变。结果:1.氧化应激条件下HPMSC较NMSC的凋亡率显著降低2O2氧化损伤后细胞进入S期比例较NMSC组升高,细胞ROS生成显著降低(18318±2857vs.31890±5153,p<0.001),而HIF-1α抑制剂Oltipraz逆转了上述效应。2.HPMSC细胞培养基的VEGF浓度显著高于NMSC(28.20±38.09 vs.24.35±1.15 pg/ml,p<0.001);MSC与HUVEC共培养后,HPMSC组与NMSC组相比,在成环数(6.60±1.17 vs.3.20±0.73,p<0.05)和成管长度(11495±914.4 vs.9072±661.6 mm,p<0.05)都明显增加,HPMSC共培养组比NMSC共培养组更能降低HUVEC总凋亡率(11.78%±0.60%vs.19.38%±1.27,*p<0.05);RNA转录组测序结果分析显示,与正常对照组相比,BPD组大鼠肺组织中上调基因765个,下调基因473个(p<0.05),PI3K/AKT是20个最显著富集的KEGG通路之一,HPMSC治疗组在PI3K(1.35±0.12 vs.0.97±0.05,p<0.001)和AKT(1.37±0.07 vs.0.89±0.07,p<0.001)蛋白磷酸化表达水平较(8.42%±1.44%vs.22.36%±2.33%,p<0.001),caspase3表达显著减少(0.46±0.03 vs.0.88±0.03,p<0.001),HIF-1α表达显著升高(0.85±0.13 vs.0.40±0.09,p<0.05),NMSC治疗组显著升高。结论:HIF-1α保护HPMSC减轻氧化应激损伤,HPMSC分泌VEGF增强,在体外促进氧化损伤的HUVEC血管生成、减少凋亡,HPMSC移植影响BPD大鼠肺组织在PI3K/AKT信号通路的改变。