LIPUS作用下MC3T3-E1细胞外泌体促进内皮细胞生物学功能的研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianhaiyandml
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目的:低强度脉冲超声波(low-intensity pulsed ultrasound,LIPUS)是一种在骨再生领域广泛应用的物理学疗法。本组前期实验对LIPUS作用下多孔钛合金支架材料上成骨细胞的生物学行为展开了体内外研究,发现在兔颌骨缺损模型中,LIPUS可以促进新骨形成及血管生成,然而这种作用的机制还没有完全阐明。血管生成-成骨耦合指骨折愈合过程中骨再生和血管生成之间密切的空间和时间联系,在维持骨代谢平衡中起关键作用,其机制主要和成骨细胞、内皮细胞及其前体之间的直接细胞间通讯以及其产生的各种自分泌和旁分泌因子相关。外泌体是细胞分泌的直径在30-150nm之间的细胞外双层脂质囊泡,内含非编码RNA、蛋白质、DNA等多种内含物,可以通过传递靶向miRNA在血管生成-成骨耦合过程中发挥作用。因此,本研究将LIPUS作用下小鼠胚胎成骨前体细胞(mouse embryo osteoblast precursor cells,MC3T3-E1)分泌的外泌体和人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)共培养,通过检验内皮细胞的生物学效应,研究LIPUS能否通过影响MC3T3-E1细胞的外泌体在成骨细胞和内皮细胞的细胞间通讯中发挥作用。为进一步探究其机制,应用lllumina-Seq技术对Lipus组及Control组的外泌体进行small RNA测序,对测序结果进行生物信息学分析,为下一步的体内外机制研究奠定基础。研究方法:1、将MC3T3-E1细胞接种到多孔钛合金支架材料上,加载LIPUS和假辐照,4、7天后收集细胞上清,超高速离心法分离外泌体。透射电镜鉴定外泌体形态,纳米粒子追踪技术鉴定外泌体粒径分布及浓度,免疫印迹法鉴定外泌体标志蛋白。2、将Dil细胞膜红色荧光染料预染的外泌体和HUVEC细胞共培养,共聚焦显微镜下观察外泌体摄取情况。用CCK8法,Transwell小室法,成管实验分别检测Lipus组和Control组外泌体对HUVEC细胞增殖、迁移、管形成能力的影响。3、应用lllumina-Seq技术对Lipus组及Control组的外泌体进行small RNA测序,筛选差异性表达miRNA,进行靶基因预测和富集性分析。结果:1、透射电镜下观察到30-150nm茶托样双层囊泡,NTA检验样本粒径分布在30-200nm间,表面表达HSP70、TSG101等标志性分子,证明在Lipus组和Control组上清中都成功提取了外泌体。2、Lipus组和Control组外泌体均能被HUVEC细胞摄取。Lipus组外泌体在共培养24、48、72小时后均可以促进HUVEC细胞增殖(P<0.05),Control组外泌体在共培养24、72小时后促进HUVEC细胞增殖(P<0.05),但两种外泌体之间没有显著差异(P>0.05)。两种外泌体均可促进HUVEC细胞迁移及成血管,Lipus组外泌体表现出更好的效应(P<0.05)。3、测序结果筛选出LIPUS作用下的MC3T3-E1细胞外泌体中miR-124-5p、miR-128-3p、miR-28c表达上调(P<0.01),miR-5100、miR-3474表达下调(P<0.01),生物信息学分析得出差异性miRNA靶基因富集程度最高的是Wnt信号通路和丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路。结论:LIPUS可以影响MC3T3-E1细胞外泌体中的miRNA表达,差异性表达的miR-124-5p、miR-128-3p、miR-28c、miR-5100和miR-3474可能通过调控MAPK、Wnt等信号通路对和外泌体共培养的HUVEC细胞生物学功能产生影响。
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