糖尿病大鼠来源成纤维细胞外泌体对创面愈合的影响

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背景:糖尿病的日益流行已成为21世纪全球公共卫生关注的焦点。全世界已有4.63亿成年人(20-79岁)患有糖尿病。其中糖尿病溃疡是糖尿病最严重的、代价最高的并发症之一。我们研究糖尿病大鼠来源的成纤维细胞外泌体对创面愈合的影响,并通过miRNA测序,预测关键信号分子,最终从外泌体角度揭示导致糖尿病创面不愈合的分子机制。方法:将30只150g左右SD大鼠编号,之后按照随机数表随机分为实验组和对照组,实验组大鼠注射55 mg/kg链脲佐菌素柠檬酸盐缓冲液,对照组注射等量柠檬酸盐缓冲液。7天后测量大鼠体重、血糖、饮水量和尿量,以血糖大于16.7mmol/L,体重较对照组明显减轻,饮水量和尿量较对照组显著增多为建模成功指标,持续建模12周后用于实验。用组织贴壁法分别提取实验组及对照组大鼠背部皮肤的成纤维细胞,传代培养细胞至P3代。用不含外泌体的血清与DMEM配置成完全培养基,培养P3代大鼠成纤维细胞,并收集细胞上清。将收集的细胞上清用超滤管浓缩后,装入超速离心管,差数离心提取外泌体,并将获得的外泌体做电镜、纳米颗粒跟踪分析技术(NTA)、western-blot检测鉴定。用CCK-8检测糖尿病大鼠来源成纤维细胞外泌体(Diabetes Exosome)较正常大鼠来源成纤维细胞外泌体(Normal Exosome)对人角质形成细胞系(HEK-a)和人微血管内皮细胞系(HMEC-1)细胞增值的影响。建立大鼠背部全层皮肤创面模型,观察糖尿病大鼠来源成纤维细胞外泌体和正常大鼠来源成纤维细胞外泌体较PBS对照组,对大鼠创面愈合的影响。分别提取糖尿病大鼠来源和正常大鼠来源成纤维细胞外泌体总RNA,进行miRNA测序。然后,对已知miRNA进行差异表达分析,并预测所得差异miRNA的靶基因信息。根据预测结果对靶基因进行功能注释及富集分析。结果:糖尿病诱导的大鼠中,有10只符合建模成功的标准。实验组的大鼠,体重较对照组显著减少,血糖值、每日饮水量和尿量较对照组显著增高。提取的成纤维细胞原代呈细长梭形,胞浆透亮丰富。外泌体透射电镜可见典型的外泌体双层膜结构。NTA提示所得外泌体直径在50-200nm,符合要求。外泌体western-blot提示,测得外泌体阳性指标热休克蛋白90(HSP90)、热休克蛋白70(HSP70)较细胞对照组增高,外泌体阴性指标GM130、β-tubulin未测得。CCK-8检测,加入Diabetes Exosome及Normal Exosome后,HEK-a和HMEC-1在450nm处吸光度较对照组均有显著增高。但加入Normal Exosome后,HEK-a和HMEC-1在450nm处吸光度增高更多。大鼠创面模型,自第7天起,Normal Exo组与对照组相比,同等时间下创面占比明显缩小;Diabetes Exo组与对照组相比,同等时间下创面占比无统计学差别。MiRNA测序结果显示,外泌体所含miRNA数量较少,其中有显著差异的为rno-mi R-99b-5p,rno-mi R-351-5p,可能参与细胞间紧密连接,逆行内源性大麻素信号,咖啡因代谢。结论:我们成功提取了糖尿病大鼠的成纤维细胞,并成功提取了其外泌体。糖尿病大鼠来源的成纤维细胞外泌体HSP70含量较正常大鼠来源下降。糖尿病大鼠来源成纤维细胞外泌体促进人角质形成细胞系和人微血管内皮细胞系增值的能力下降。大鼠创面模型结果表明,糖尿病大鼠来源成纤维细胞外泌体促进创面愈合能力较正常大鼠来源下降。大鼠成纤维细胞外泌体miRNA测序提示糖尿病大鼠来源成纤维细胞外泌体中,rno-mi R-99b-5p,rno-mi R-351-5p的表达下调,可能是导致其促进创面愈合能力下降的原因。
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