人脐带间充质干细胞来源的小细胞外囊泡治疗大鼠支气管肺发育不良的作用及机制研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haozi77805
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第一部分高氧BPD模型的建立以及hucMSC-sEVs的提取目的:建立高氧诱导的新生大鼠BPD模型,提取并鉴定hucMSC-sEVs。方法:将新生SD大鼠生后立即(P0)与母鼠一起放入高氧箱(Fi O2=85%)中持续高氧,每两天交换母鼠以减轻氧毒性作用。在P3、P7、P14、P21天收集新生大鼠左肺组织,脱水后石蜡包埋切片,进行HE染色,观察新生大鼠肺泡结构,利用Image Pro Plus软件统计平均肺泡线性截距(MLI)量化肺泡内径大小。第4-6代的人脐带间充质干细胞(hucMSCs)长满60-70%后,换无小细胞外囊泡(sEVs)的培养基培养48h,收集细胞上清,利用超速离心法提取hucMSC-sEVs,通过透射电镜(TEM)检测hucMSC-sEVs的形态和大小,Western blot技术检测外泌体表面标志物Alix和CD63,粒径跟踪分析仪(NTA)检测hucMSC-sEVs粒径大小分布范围。结果:1.高氧组新生大鼠MLI在P7(65.30±2.77 vs.55.70±1.40μm,P(27)0.05)、P14(82.74±3.70 vs.58.64±1.96μm,P(27)0.01)、P21(92.08±2.52vs.59.28±1.84μm,P(27)0.001)与空气组相比明显增大,表现为肺泡简化,次级脊不典型甚至消失;2.hucMSC-sEVs在TEM下呈双凹圆盘状,直径约30-150nm,囊内可见低密度透亮区;hucMSC-sEVs阳性表达外泌体表面标志物Alix和CD63;NTA显示颗粒多集中在70-300nm,峰值为175nm。结论:新生大鼠高氧14天可出现BPD的病理表现(肺泡结构简单化);使用超速离心法能提取出以外泌体为主的hucMSC-sEVs。第二部分hucMSC-sEVs治疗高氧BPD模型的有效性研究目的:观察人脐带间充质干细胞来源的小细胞外囊泡(hucMSC-sEVs)对高氧新生大鼠BPD模型的治疗作用。方法:将新生的SD大鼠生后立即(P0)随机分为3组:(1)空气对照组(RA+PBS):新生大鼠在空气条件下饲养,P7气管给予PBS;(2)BPD模型组(BPD+PBS):新生大鼠P0至P14暴露于85%的高氧环境下,P7气管给予PBS;(3)hucMSC-sEVs治疗组(BPD+hucMSC-sEVs):新生大鼠P0至P14暴露于85%的高氧环境下,P7气管给予hucMSC-sEVs,分别在注射后0、2、12、24、72h处死并收集标本。我们利用PKH26标记示踪hucMSC-sEVs在BPD新生大鼠肺内的迁移。另外,我们在P14处死并收集标本,通过观察各组新生大鼠肺组织病理结构、体重增长情况、肺动脉高压相关指标(富尔顿指数和右心体重比)、肺功能(LR和Cydn)和支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞总数、总蛋白浓度、IL-6以及IL-10水平来评估hucMSC-sEVs对BPD新生大鼠的治疗作用。结果:1.免疫荧光示踪显示,通过气管给予hucMSC-sEVs,hucMSC-sEVs开始主要集中在大气道,2h逐渐在损伤的肺部均匀分布,12h左右达到高峰,并持续至72h;2.BPD模型组新生大鼠MLI在P14时与空气对照组相比明显增大(98.93±7.27 vs.61.34±3.99 mm,P<0.001),表现为肺泡内径增大,肺泡简化,hucMSC-sEVs治疗后MLI降低(67.26±5.32 mm,P<0.01 vs.BPD);3.BPD模型组P14体重增长率较空气对照组明显降低(1.69±0.09 vs.2.77±0.05,P<0.001),hucMSC-sEVs治疗后体重增长率有所改善(2.09±0.11,P<0.05 vs.BPD);4.BPD模型组P14的富尔顿指数和右心体重比较空气对照组均明显增高(0.38±0.02 vs.0.28±0.01,P<0.001;1.17±0.06 vs.0.83±0.03,P<0.001),hucMSC-sEVs干预后富尔顿指数和右心体重比下降(0.27±0.16,,P<0.001 vs.BPD;0.89±0.03,P<0.05 vs.BPD);5.BPD模型组新生大鼠P14的LR较空气对照组明显增高(1.23±0.05 vs.0.49±0.04,P<0.001),Cydn明显降低(0.02±0.002 vs.0.05±0.004,P<0.001),给予hucMSC-sEVs干预后可逆转LR(0.65±0.03,P<0.001 vs.BPD)和Cydn(0.03±0.002,P<0.05 vs.BPD)的改变;6.BPD模型组P14新生大鼠BALF中细胞总数(101.70±11.09 vs.34.92±2.06,P<0.001)、总蛋白浓度(8.54±0.86 vs.2.09±0.22,P<0.001)、和IL-6水平(49.59±6.85 vs.20.19±1.82,P<0.01)较空气对照组均明显升高,IL-10水平明显降低(267.90±4.36 vs.326.30±5.95,P<0.001),hucMSC-sEVs干预后能降低BALF中细胞总数(72.04±5.57,P<0.05 vs.BPD)、总蛋白浓度(5.35±0.64,P<0.05 vs.BPD)和IL-6水平(29.75±2.53,P<0.05 vs.BPD),促进IL-10的分泌(292.6±6.11,P<0.05 vs.BPD)。结论:hucMSC-sEVs气管注射2h后可在肺内均匀分布,12h达摄取高峰,其在肺内停留时间可持续至72h;hucMSC-sEVs能改善新生大鼠高氧BPD模型的肺泡简化,提高新生大鼠的体重增长率,减轻肺动脉高压,改善肺功能损害;hucMSC-sEVs能减轻新生大鼠高氧BPD模型BALF中的炎症指标。第三部分hucMSC-sEVs治疗高氧BPD模型有效性的机制探讨目的:探讨huc MCS-sEVs治疗新生大鼠高氧BPD模型主要影响的细胞类型,推测hucMSC-sEVs治疗BPD的分子机制及发挥治疗作用的关键成分。方法:对不同处理组的新生大鼠P14的肺组织进行冰冻切片,通过组织免疫荧光检测肺组织切片中Ki-67、TUNEL和SPC阳性的细胞数和CD31阳性的微血管((27)100μm)数目。免疫细胞荧光观察PKH26标记的hucMSC-sEVs与人脐静脉内皮细胞株(HUVEC)或小鼠II型肺上皮细胞株(MLE-12)共培养0,2,12和24h的摄取情况。体外实验分为三组:正常培养组(RA)、高氧处理组(HYP)、hucMSC-sEVs处理组(HYP+s EV)。将HUVEC细胞在不同条件下培养24h,然后接种到Matrigel基质胶上,5h后光学显微镜下观察HUVEC血管生成的情况。通过CCK-8和Ki-67细胞免疫荧光检测不同处理组MLE-12细胞增殖的情况,Annexin V流式分析和TUNEL细胞免疫荧光检测不同处理组MLE-12细胞凋亡的情况。利用Western blot技术检测不同处理组新生大鼠肺组织匀浆中PTEN、p-Akt/Akt、caspase3和VEGF-A的表达情况。对hucMSC-sEVs中的mi RNA进行测序,并对TOP50的mi RNA靶基因进行GO和KEGG通路富集分析。结果:1.BPD模型组肺组织中Ki67阳性的细胞数较空气对照组明显减少(10.92±0.46 vs.22.20±3.27,P<0.01),TUNEL阳性的细胞数明显增加(2.91±0.34 vs.0.19±0.06,P<0.001),给予hucMSC-sEVs后Ki67阳性细胞数明显升高(19.67±1.24,P<0.05 vs.BPD),TUNEL阳性细胞数明显降低(1.31±0.25,P<0.05 vs.BPD);2.与空气对照组相比,BPD模型组CD31阳性的微血管数(<100μm)(4.20±0.27 vs.12.23±0.81,P<0.001)和SPC阳性的细胞数明显减少(14.38±1.24 vs.29.25±0.61,P<0.001),给予hucMSC-sEVs治疗后CD31阳性的微血管数(6.39±0.32,P<0.05 vs.BPD)和SPC阳性细胞数明显增加(23.03±1.50,P<0.05 vs.BPD);3.PKH26标记的hucMSC-sEVs与HUVEC或MLE-12细胞共同培养,2h后开始被细胞摄取,12h主要位于细胞质,24h时有少部分hucMSC-sEVs聚集在核膜上;4.高氧组HUVEC生成的血管长度较空气对照组明显减少(8.07±0.27 vs.13.00±0.44 mm,P<0.01),hucMSC-sEVs干预后生成血管总长度显著增加(11.04±1.05 mm,P<0.05vs.HYP);5.hucMSC-sEVs干预能明显减少高氧环境下TUNEL阳性的MLE-12细胞数(0.44±0.06 vs.2.21±0.34,P<0.01),还能明显抑制高氧环境下MLE-12细胞的凋亡比率(8.93%±1.05%vs.12.12%±0.32%,P<0.05);6.hucMSC-sEVs干预后能明显抑制BPD组PTEN(1.03±0.14vs.1.80±0.20,P<0.05)和caspase3(0.69±0.04 vs.1.08±0.11,P<0.01)的表达水平,提高BPD组p Akt(0.49±0.03 vs.0.33±0.04,P<0.05)和VEGFA(0.48±0.05 vs.0.20±0.03,P<0.05)的表达水平;7.hucMSC-sEVs中表达量最高的mi RNA为mi R-21-5p;TOP50高表达mi RNA的靶基因GO富集性分析显示hucMSC-sEVs中高表达的mi RNA与调节增殖、凋亡、血管生成和肺发育显著相关;KEGG富集分析与PI3K-Akt,VEGF和Ras通路显著相关。结论:hucMSC-sEVs对新生大鼠高氧BPD模型的TIIAECs和PVECs均具有保护作用;hucMSC-sEVs能改善高氧环境下MLE-12细胞的存活,促进高氧环境下HUVECs的血管生成;hucMSC-sEVs促进肺泡化和血管生成的机制可能与PTEN/Akt的激活有关;hucMSC-sEVs中表达量最高的mi RNA为mi R-21-5p;hucMSC-sEVs中高表达的mi RNA能参与调节增殖、凋亡、血管生成和肺发育;与PI3K-Akt,VEGF和Ras通路相关。
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