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临床上,深Ⅱ°以上烧伤创面愈合后多形成缺少毛发和汗腺的瘢痕组织,严重影响患者的生活质量,而对瘢痕的形成机制和治疗手段一直是医学界有待解决的难题。目前公认的瘢痕形成的生物学基础是(肌)成纤维细胞的大量增殖与凋亡抑制、细胞外基质(主要是Ⅰ/Ⅲ型胶原)合成与降解失衡、细胞因子的大量产生及三者的协同作用,其中成纤维细胞起到了至关重要的作用。但是,迄今为止对于增生性瘢痕(HS)中成纤维细胞的来源尚不完全明确。
毛乳头位于毛囊深部,其内的毛乳头细胞不仅可诱导毛囊形成、调控毛发生长,而且在体外培养中能被定向诱导分化为类成骨细胞和类脂肪细胞,表现干细胞特性。本研究推测,在深度烧伤(尤其是深Ⅱ°)创面,位于皮下脂肪的毛乳头细胞作为残留的皮肤干细胞有可能有可能在某些生长因子的诱导下转分化为成纤维细胞参与创面的修复,并失去形成毛囊等皮肤附属器的能力,从而愈合后形成缺乏毛发的瘢痕组织。
TGF-β1(转化生长因子-β1)被认为是与瘢痕形成关系最密切的细胞因子。在皮肤受到创伤后,伤口内的TGF-β1增加。在肾脏纤维化的研究中,已证明TGF-β1能诱导肾小管上皮细胞向成纤维细胞(肌成纤维细胞)转化。最新的研究表明BMP-7(骨形态形成蛋白7)具有拮抗TGF-β1促纤维化的作用,是一个重要的抑制纤维化的细胞因子。
本课题通过分离培养大鼠触须毛乳头细胞,观察其在TGF-β1诱导作用下的转分化情况,同时在此基础上研究BMP-7能否阻断该转分化过程,从新的角度探讨增生性瘢痕的形成机制并为临床探索新的瘢痕防治方法奠定理论基础。目前尚未见相关类似研究。
第一部分、大鼠触须毛乳头细胞的分离培养及鉴定。
目的:大鼠触须毛乳头细胞的体外分离培养和鉴定,为后续实验奠定基础。
方法:取4周龄雄性wistar大鼠触须处皮肤,结合“显微解剖法”与“酶消化法”并加以改进,分离出毛乳头,DMEM/F12培养基培养。光镜下观察细胞形态,免疫荧光检测细胞α-SMA(α平滑肌肌动蛋白)、LN(层粘连蛋白)、FN(纤维结合蛋白)的表达,流式细胞仪检测细胞α-SMA及Vimentin(波形蛋白)阳性表达的百分比。
结果:细胞原代培养后,毛乳头细胞为三角形或多角形,以毛乳头为中心向四周呈放射状生长,中央区细胞出现多层化向上堆积,传代后细胞形态表现为多形性,多为宽扁状、不规则形、短梭形,多极向排列,可见凝集性生长现象。免疫荧光检测:第3代细胞爬片,30min左右即可见贴壁、伸展成近似圆形,过夜后,细胞表现为三角形或多角形,α-SMA、LN、FN均呈强阳性表达。流式细胞检测:第三代毛乳头细胞α-SMA阳性表达的百分比为77.1%;Vimentin阳性表达的百分比为57.7%。
结论:结合“显微解剖法”与“酶消化法”并加以改进(低速离心和多次漂洗),能够相对比较容易地获得大量、纯净的毛乳头,DMEM/F12培养基培养的毛乳头细胞生长较好。通过光镜下观察细胞形态及生长方式,免疫荧光检测细胞α-SMA、LN、FN的表达及流式细胞仪检测细胞α-SMA及Vimentin阳性表达的百分比鉴定所培养的细胞为毛乳头细胞。
第二部分、TGF-β1诱导大鼠触须毛乳头细胞转分化为成纤维细胞的研究。
目的:研究大鼠触须毛乳头细胞在TGF-β1诱导作用下转分化为成纤维细胞的可能性,从新的角度探讨增生性瘢痕的形成机制。
方法:消化收集第4代毛乳头细胞,TGF-β1(10ng/ml)处理细胞4天,每隔24h观察细胞生长形态及生长方式;分别用实时一步法RT-PCR和流式细胞仪检测细胞α-SMA、Vimentin的mRNA表达和蛋白表达,Western-blot检测FSP1(成纤维细胞特异蛋白)的表达。
结果:原代培养的毛乳头细胞在TGF-β1诱导48h后出现较多长梭形细胞;诱导96h后大部分细胞呈现长梭形并呈旋涡状排列,失去凝聚性生长的特性。流式细胞仪不同时间点检测处理组细胞α-SMA阳性表达的百分比分别为73.3±4.4%(24h)、37.2±2.9%(48h)、35.5±1.7%(72h)、70.8±2.4%(96h),对照组四个时间点α-SMA阳性表达的百分比分别为75.3±3.9%(24h)、76.5±4.3%(48h)、79.7±3.8%(72h)、76.5±4.0%(96h),TGF-β1诱导48h、72h后α-SMA表达明显低于对照组(P<0.01);流式细胞仪不同时间点检测处理组细胞Vimentin阳性表达的百分比分别为60.2±4.0%(24h)、87.2±3.4%(48h)、93.3±3.8%(72h)、93.5±4.1%(96h),而对照组四个时间点Vimentin阳性表达的百分比分别为58.3±2.1%(24h)、60.5±3.4%(48h)、62.7±2.5%(72h)、62.5±3.1%(96h),TGF-β1诱导48h、72h、96h后Vimentin表达处理组明显高于对照组(P<0.01)。实时一步法RT-PCR检测Vimentin的mRNA表达逐渐增强,α-SMA的mRNA表达在48h后明显下降(P<0.01),但96h后表达又有所增加;Western-blot法检测FSP1表达在诱导48h后逐渐增加(P<0.01)。
结论:TGF-β1可诱导大鼠毛乳头细胞转分化为成纤维细胞。
第三部分、BMP-7阻断TGF-β1诱导大鼠触须毛乳头细胞转分化为成纤维细胞的研究。
目的:探讨BMP-7对TGF-β1诱导大鼠触须毛乳头细胞转分化为成纤维细胞的阻断作用,为临床探索新的瘢痕防治方法奠定理论基础。
方法:将培养的第4代毛乳头细胞分为5组:TGF-β1阳性对照组、BMP-7单独作用组、BMP-7/TGF-β1共同作用组、BMP-7预处理组、无血清培养基阴性对照组。各组处理后光镜下观察细胞生长形态及生长方式;流式细胞仪检测细胞α-SMA、Vimentin阳性表达的百分比;RT-PCR检测细胞α-SMA、Vimentin的mRNA表达;western-blot法检测FSP1的表达。
结果:各组处理后,光镜观察TGF-β1阳性对照组出现较多长梭形细胞;流式细胞仪检测各组细胞α-SMA阳性表达的百分比分别为37.2±2.9%、77.3±4.8%、75.8±4.7%、78.3±3.1%、73.2±4.1%,各组细胞Vimentin阳性表达的百分比分别为87.2±3.4%、60.3±2.6%、55.3±3.2%、59.4±2.8%、61.4±3.6%,BMP-7单独作用组、BMP-7/TGF-β1共同作用组、BMP-7预处理组的α-SMA阳性表达的百分比明显高于阳性对照组,与阴性对照组相比差异无统计学意义,而Vimentin阳性表达的百分比明显低于阳性对照组(P<0.01),与阴性对照组相比差异无统计学意义;RT-PCR检测,BMP-7单独作用组、BMP-7与TGF-β1共同作用组和BMP-7预处理组Vimentin的mRNA表达低于阳性对照组(P<0.05),与阴性对照组相比无统计学差异;而α-SMA的mRNA表达明显高于阳性对照组(P<0.01),与阴性对照组相比无统计学差异;Western-blot法检测FSP1的表达,BMP-7单独作用组、BMP-7与TGF-β1共同作用组和BMP-7预处理组FSP1的表达明显低于阳性对照组(P<0.01),与阴性对照组相比差异无统计学意义。
结论:BMP-7对TGF-β1诱导的大鼠触须毛乳头细胞转分化具有阻断作用,BMP-7有可能成为一种新的治疗瘢痕增生的生物制剂。