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细胞衰老是机体衰老的基础,成体干细胞在机体衰老进程中起关键作用。文献报道生理性老年骨髓功能减退和肿瘤放化疗所致病理性骨髓功能抑制其机制均与造血干细胞衰老相关。造血干细胞的自我更新及增殖分化受骨髓造血诱导微环境的调控,骨髓基质细胞作为造血诱导微环境的核心成分,其生理功能与造血干细胞的生理状态密切相关。但迄今为止鲜有实验数据证实生理性衰老以及肿瘤放化疗引起骨髓造血微环境的衰老生物学改变;骨髓造血诱导微环境的衰老对造血干细胞衰老的影响及其机制,目前也不甚清楚。本研究用D-半乳糖复制衰老大鼠模型,观察衰老大鼠骨髓基质细胞的生物学变化;D-半乳糖体外诱导复制衰老骨髓基质细胞模型,建立骨髓基质细胞与造血细胞共培养体系,初步观察衰老骨髓基质细胞对造血细胞增殖分化的影响。 当归多糖(angelica sinensis polysaccharide,ASP)是从祖国传统中药当归中分离、提取的有效药用成份,具有调控造血、抗辐射损伤、抗肿瘤和免疫调节等作用。既往研究表明ASP能促进正常造血,对造血细胞和造血基质细胞均有正向调控作用。本研究通过体内外衰老模型进一步探讨 ASP调控 BMSCs衰老的作用及其可能的生物学机制,为从骨髓微环境角度探讨ASP调控造血细胞衰老提供实验依据和理论基础。 方法: 1.D-Gal诱导复制衰老大鼠模型,观察BMSCs的衰老生物学变化及ASP调控BMSCs衰老的生物学作用:实验分为4组:对照组:连续6w颈部皮下注射NS2mL/d;衰老模型组:连续6w颈部皮下注射D-Gal120mg/(kg·d);ASP组:连续6w颈部皮下注射NS2mL/d,第3w开始,腹腔注射ASP200mg/(kg·d);ASP治疗衰老组:连续6w颈部皮下注射D-Gal120mg/(kg·d),第3w开始,腹腔注射ASP200mg/(kg·d)。药物注射完毕第2天,处死大鼠,全骨髓贴壁法培养BMSCs。采用CCK-8法、SA-β-Gal染色、细胞周期分析、Western Blotting观察衰老生物学指标的变化;酶学比色法测定细胞培养上清液超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量;免疫荧光检测BMSCs内活性氧(reactive oxygen specie,ROS)水平;ELISA法检测细胞培养上清中SCF、IL-6含量。 2.D-Gal复制BMSCs体外衰老模型,研究ASP调控BMSCs衰老的生物学机理:无菌条件下取大鼠胫股骨,制备全骨髓细胞悬液,体外培养BMSCs至F3代,进行后续相关实验检测。实验分组:对照组:BMSCs常规培养96h;衰老组:常规培养体系中加入30mg/mL D-Gal,培养96h;ASP组:常规培养体系中加入100μg/mL ASP,培养96h;ASP治疗衰老组:30mg/mL D-Gal作用BMSCs48h后,加入100μg/mL ASP继续培养48h;ASP延缓衰老组:100μg/mL ASP培养48h后,加入30mg/mL D-Gal继续培养48h。采用CCK-8法、SA-β-Gal染色、细胞周期分析、Western Blotting观察衰老生物学指标的变化;酶学比色法测定细胞培养上清液SOD、MDA含量;免疫荧光检测BMSCs内ROS水平; ELISA法检测细胞培养上清中SCF、IL-1β及GM-CSF含量。 3.建立BMSCs与骨髓单个核细胞(bone marrow mononuclear cells,BMNCs)共培养模型,观察ASP调控BMSCs衰老对造血细胞增殖分化的影响:同上制备BMSCs饲养层,实验分为对照组、衰老组、ASP组、ASP抗衰老组。提取BMNCs,分别种植于各组饲养层上,与BMSCs共培养48h。采用CFU-Mix集落半固体培养、CCK-8法、流式细胞周期术观察分析造血细胞增殖分化生物学指标。 结果 1.衰老大鼠BMSCs增殖能力明显降低;细胞周期阻滞于G1期;衰老细胞特异性SA-β-Gal染色阳性率明显增加;衰老相关蛋白P16、P21、P53表达明显上调。BMSCs内SOD酶活性降低、MDA及ROS含量升高;细胞分泌SCF、IL-6减少。 2.与衰老大鼠BMSCs相比,体内注射ASP,可降低衰老大鼠BMSCs SA-β-gal染色阳性率;G1期细胞比例降低、S期细胞比例增加;衰老相关蛋白P16、P21、P53表达下调;胞内SOD酶活力上升、MDA及ROS水平下降;细胞培养上清SCF、IL-6表达升高。 3.ASP体外作用衰老BMSCs,BMSCs增殖能力上升;细胞SA-β-gal染色阳性率降低;G1期细胞比例减少,S期细胞比例增加;P16、P21、P53蛋白表达减弱;ASP提高BMSCs的SOD酶活性,降低MDA、ROS含量。ASP促进BMSCs分泌SCF、IL-1β及GM-CSF。 4.与衰老组BMSCs共培养的BMNCs增殖能力下降;细胞周期分布改变,S期细胞减少,G1期细胞增多;多向性造血祖细胞CFU-Mix集落形成数量显著性降低;与ASP抗衰老组BMSCs共培养的BMNCs增殖能力较与衰老组BMSCs共培养的BMNCs明显上升;S期细胞比例升高,G1期细胞比例下降;CFU-Mix集落形成数量上升。 结论 1.衰老大鼠BMSCs发生衰老生物学改变。 2.ASP可延缓衰老大鼠BMSCs衰老。 3.ASP延缓BMSCs衰老机制可能与ASP提高骨髓基质细胞抗氧化能力,降低细胞内活性氧水平,抑制衰老相关蛋白表达有关。 4.ASP通过延缓BMSCs衰老促进造血细胞增殖分化,其机制可能与ASP降低BMSCs氧化损伤,促进分泌造血生长因子有关。