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目的:探讨血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)修饰的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BM MSCs)对大鼠减体积移植肝肝窦微循环及能量代谢的影响。方法:采用贴壁法体外分离培养BM MSCs,流式及体外诱导分化鉴定BM MSCs;载有HO-1的腺病毒(adenovirus,Adv)转染BM MSCs构建HO-1/BM MSCs。采用二袖套法建立大鼠原位50%减体积肝移植急性排斥模型。实验分为3组:生理盐水(NS)组,BM MSCs组,HO-1/BM MSCs组;术后经阴茎背静脉分别注射NS、BM MSCs及HO-1/BM MSCs;观察6个时间点;通过苏木精-伊红染色观察肝组织病理学改变,生物化学方法检测肝功能;酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测血清中内皮素-1(endothelin-1,ET-1)、内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthetase,e NOS)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthetase,i NOS)、一氧化氮(nitric oxide,NO)和透明质酸(hyaluronic acid,HA)的水平;Power Lab检测肝移植术后门静脉压力;免疫组织化学染色及Western blot检测受体肝脏组织ET-1、i NOS、e NOS和血管性血友病因子(von Willebrand factor,v WF)蛋白的表达;化学比色法检测肝组织中三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)酶含量;透射电镜检测移植肝超微结构。结果:经提取大鼠股骨、胫骨骨髓,体外贴壁法可成功筛选培养出数量多、纯度高的BM MSCs;经Adv载有HO-1转染到BM MSCs构建的HO-1/BM MSCs,转染成功率大于85%;采用“二袖套法”建立大鼠50%减体积肝移植急性排斥模型,病理和肝功能验证模型稳定、数据可靠;HO-1/BM MSCs组在术后所有时间点肝脏病理学表现明显优于NS组、BM MSCs组,无明显肝窦充血、大量炎性细胞浸润、小叶结构紊乱。肝功能表现,术后随着时间的延长,三组丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)和天门冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)表现为先升高后降低的趋势,总胆红素(total bilirubin,TBIL)随着时间的延长出现持续升高的趋势;术后1、5、7和14 d,HO-1/BM MSCs组肝酶及TBIL显著低于BM MSCs组及NS组,差异具有统计学意义(P<0.05)。肝窦微循环方面:(1)移植术后7 d时NS组排斥反应明显,同时BM MSCs和HO-1/BM MSCs组在该时间点对排斥反应的抑制和损伤修复作用明显,进一步检测门静脉压力,HO-1/BM MSCs组(10.67±0.35 mm Hg)与BM MSCs组(10.95±0.22 mm Hg)均能明显降低门静脉压力,与NS组(21.26±0.20 mm Hg)比较有统计学差异(P<0.01)。且HO-1/BM MSCs降低门静脉压力的作用优于单纯BM MSCs。(2)HO-1/BM MSCs能抑制ET-1表达、促进e NOS表达及抑制i NOS的表达,减少大量NO产生来改善ET-1/NO平衡(P<0.05),且HO-1/BM MSCs的作用优于单纯BM MSCs的作用。术后各组ET-1表达水平随时间延长呈现先降低后升高的趋势,1、5、7和14 d时,HO-1/BM MSCs组ET-1的表达水平显著低于其它两组(P<0.05)。而术后各组e NOS的表达水平总体呈现升高趋势,1、5、7和14 d时,HO-1/BM MSCs组e NOS的表达水平显著高于其它两组(P<0.05);术后各时间点i NOS的表达水平总体呈现升高趋势,术后1、7和14 d时,HO-1/BM MSCs组i NOS的表达水平显著低于其它两组(P<0.05);术后各时间点NO的表达水平总体呈现先升高后降低的趋势,但各组下降趋势不明显,术后1 d时,HO-1/BM MSCs组NO的产生水平显著高于其它两组(P<0.01),术后5 d和7 d时,HO-1/BM MSCs组产生水平显著低NS组(P<0.01)。(3)HO-1/BM MSCs能促进肝窦内皮细胞中v WF的表达、同时促进HA的降解,与NS组和BM MSCs组相比有统计学差异(P<0.05)。移植肝组织内v WF表达水平总体呈现升高趋势,NS组升高水平不明显,但术后7 d以后v WF表达水平均下降;术后1、5、7和14 d时,HO-1/BM MSCs组v WF的表达水平显著高于其它两组(P<0.05);术后血清中HA水平随着时间的延长,出现先升高后降低再升高的趋势,HO-1/BM MSCs组血清中HA水平显著低于其它两组(P<0.01)。肝脏能量代谢方面:术后7 d时,NS组肝细胞内线粒体损伤较严重,线粒体肿胀较明显,空泡化,线粒体嵴结构紊乱、部分消失,HO-1/BM MSCs组及BM MSCs组线粒体肿胀轻微,无空泡化表现,线粒体嵴结构较完整。术后各时间点线粒体AST(mitochondrial,ASTm)表现为先升高后降低的趋势,术后0、1、5、7和14 d,HO-1/BM MSCs组与BM MSCs组ASTm均显著低于NS组(P<0.05)。术后各时间点肝脏ATP酶活力呈现先升高后降低的趋势,各组均于7 d时ATP酶活力开始下降,术后1、7和14 d时,HO-1/BM MSCs组ATP酶活力分别高于BM MSCs组及NS组,差异具有统计学意义(P<0.05);术后5 d时,HO-1/BM MSCs组及BM MSCs组ATP酶活力均高于NS组,差异具有统计学意义(P<0.05)。HO-1/BM MSC能修复受损线粒体,降低ASTm水平,提高ATP酶活力;且HO-1/BM MSCs的作用优于单纯BM MSCs的作用。结论:HO-1/BM MSCs对大鼠减体积排斥反应移植肝的保护作用可通过:1、在移植肝内减少ET-1的表达、促进NO的生成改善肝内ET-1/NO平衡,降低门静脉压力,同时减少肝窦内皮细胞凋亡,进而改善大鼠减体积移植肝肝窦微循环;2、可通过修复受损肝细胞中线粒体功能、提高ATP酶活性改善移植肝能量代谢。3、HO-1/BM MSCs的改善减体积移植肝肝窦微循环及能量代谢的作用优于单纯BM MSCs。