七氟烷影响小鼠胚胎干细胞自我更新能力的分子机制研究

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背景和目的  随着医疗技术的进步,孕期妇女接受非产科手术麻醉也逐渐增多,但孕期全身麻醉手术中麻醉药物对胎儿发育的影响始终是医生和患者关注的焦点问题。胎儿介入治疗、广泛开展的孕期腹腔镜手术以及部分剖宫产手术等都需进行全身麻醉,吸入麻醉药具有麻醉效能强、可控性好等特点,在临床上被广泛应用,其中也包括对孕妇、新生儿以及婴幼儿的手术麻醉。七氟烷是目前最常用的吸入麻醉药之一,然而七氟烷是通过阻滞大脑中 NMDA 受体并激活GABAA受体发挥麻醉效应,七氟烷是否具有发育期神经毒性也引起麻醉医生和科研工作者的关注。七氟烷分子量小,具有亲脂性,因此在孕期实施麻醉时容易通过胎盘屏障,可能对胎儿神经发育造成不良影响。有研究发现在孕期长时间或多次使用七氟烷进行全身麻醉后,会导致孕鼠子代学习记忆能力的损害。胎儿的神经系统在怀孕第五到六周就开始发育,神经系统是所有器官中发育期最长同时也是最早开始发育的器官,所以孕早期是胎儿中枢神经系统发育和模式建成的关键时期。一旦出现发育的损伤,将会在接下来的发育中逐渐积累,导致严重后果。而七氟烷对孕早期的神经系统发育和模式建成的影响与作用机制尚不清楚,阐明七氟烷对早期神经发育和子代学习记忆能力的影响及其作用机制,将为选择更加安全的麻醉药物进行孕期全身麻醉手术提供理论依据。  材料与方法  从上海生物化学和细胞生物学研究所购得小鼠胚胎干细胞(E14 mESCs),使用 Dulbecco 改良 Eagle 培养基进行培养,所有实验均选用第 2-4 代 mESCs进行。  单层贴壁培养mESCs,随机分为7组,Ctrl组、Sevoflurane组、miR-7a/7b组、miR inhibitor Ctrl组、miR-7a/7b inhibitor组。使用4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)对各组小鼠胚胎干细胞细胞核核进行染色观察各组细胞的凋亡状态;实时荧光定量PCR检测干性基因Oct4,Sox2和Nanog及 miR-7a/7b的表达水平;流式细胞术检测细胞周期;双荧光素酶报告基因检测miR-7a/7b是否能与Klf4的3’非翻译区(3’UTR)的mRNA结合;应用Western blot技术检测靶基因Klf4表达的变化,确定miR-7a/7b对的Klf4影响;采用溴脱氧尿苷(BrdUrd)掺入试验计数BrdUrd阳性细胞数,检测处于S期细胞数量。  结果  (1)七氟烷抑制小鼠胚胎干细胞的自我更新能力  与Ctrl组相比,Sevoflurane组小鼠ES细胞4.1%七氟烷处理后,继续培养24h出现提前分化;与Ctrl组相比,Sevoflurane组小鼠ES细胞干性标志物Oct4,Sox2和Nanog的表达水平下降,差异有统计学意义(P<0.05);Sevoflurane组BrdUrd阳性细胞数低于对照组,有统计学意义(P<0.05)。  (2)七氟烷处理的小鼠胚胎干细胞中miR-7a,7b的水平上调,miR-7a,7b水平上调抑制小鼠胚胎干细胞的自我更新能力  与Ctrl组相比,Sevoflurane组小鼠ES细胞中miR-7a、miR-7b表达水平上调,差异有统计学意义(P<0.05);用miR-7a、miR-7b转染mESCs,与Ctrl组相比,miR-7a、miR-7b组干性标志物Oct4,Sox2和Nanog的表达水平及BrdUrd阳性细胞数均下降,差异有统计学意义(P<0.05),证实miR-7a、miR-7b过表达抑制鼠ES细胞的自我更新能力。  (3)七氟烷通过miR-7a,7b影响小鼠胚胎干细胞的自我更新能力  分别用miR-7a inhibitor、miR-7b inhibitor转染mESCs,抑制miR-7a,7b的表达,再用4.1%七氟烷处理miR-7a inhibitor、miR-7b inhibitor组mESCs,发现与Ctrl组相比,miR-7a inhibitor组和miR-7b inhibitor组mESCs干性标志物Oct4,Sox2和Nanog的表达水平及BrdUrd阳性细胞数之间的差异均无统计学意义,证实阻止miR-7a、miR-7b的表达可阻断七氟烷对鼠ES细胞自我更新能力的影响。  (4)Klf4是miR-7a,7b的下游靶基因,miR-7a,7b的过表达下调 Klf4的表达水平  与对照组相比,miR-7a,7b显著降低野生型Klf4的萤光素酶活性,差异有统计学意义(P<0.01),相比之下,突变型Klf4的萤光素酶活性不被miR-7a,7b所抑制;与Ctrl组相比,miR-7a、miR-7b组Klf的表达水平下降,差异有统计学意义(P<0.01),miR-7b组Klf的表达水平下降,差异有统计学意义(P<0.05)。  结论  七氟烷通过调节miR-7a,7b/Klf4信号通路影响小鼠胚胎干细胞的自我更新能力
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