2013年12月ActaMedUnivSciTechnolHuazhon013Dec. 2g
转化生长因子-β不同亚型对前软骨干细胞
增殖分化的影响
丁 然, 王 庆△, 蔡贤华
广州军区武汉总医院骨科,武汉 430070
())摘要:目的 通过观察转化生长因子-对前软骨干细胞(的增殖分化及细TGF3种不同亚型(PSCs-1、2和β3)ββββ
胞外基质合成的影响,为构建组织工程学软骨组织寻找理想的细胞因子。方法 通过免疫磁珠分选法得到经过筛选和/分别用含有浓度为1纯化的PSCs细胞,0nmL的3种亚型的重组TGFSCs进行培养。PSCs培养后第-gβ培养液对P/采用MT采用R0、3、6、9天,T法与BrdUPI双参法测细胞增殖及DNA合成水平,T-PCR法测定ColArecan基因Ⅱ、gg的表达。采用免疫组化法测定培养2周后各组细胞SOX9蛋白表达情况。结果 培养3d后,TGFSCs的增殖活-1组Pβ),。6d后,性明显较对照组下降(而TP<0.05GFTGFP>0.05)--2、3组增殖活性与对照组相比差异无统计学意义(ββ);与对照组相比,而T增殖活性较对TGFP<0.05GFTGF---1组细胞增殖活性明显降低(2、3组则显示了相反的结果,βββ)。D照组明显增强,且T随着时间的延长,GFGFP<0.05NA合成呈同样趋势。RT-PCR分析显示,--3组高于T2组(ββ与对照组相比,TGFTGFTGFolTGFGFrecan的表达亦较对---Ⅱ基因表达均呈上升趋势;--gg1、2、3组C1与T3组Aβββββ照组增加,但TGFrecan的基因表达无明显改变。免疫组化检测结果显示,TGFTGFOX9蛋白合---gg2组A1、3组的Sβββ),。结论 T而T成高于对照组(P<0.05GFP>0.05)GFSCs增殖--2组与对照组相比差异无统计学意义(1能抑制Pββ而T而T活性,GFGFSCs增殖的作用,TGFGFSCs细胞分化,GF-----2和T3具有促进P1与T3均能促进P2对于分βββββ化的诱导作用不明显。
;关键词:前软骨干细胞; 转化生长因子- 增殖; 分化β
:/中图分类号:R329.2 DOI10.3870.issn.16720741.2013.06.008-j
EffectofThreeDifferentTransforminGrowthFactorBetaSubteson gyp
ProliferationandDifferentiationofPrecartilainousStemCells g
DeartmentoOrthoedics,Wuhan General HositaloGuanzhou MilitarCommand,Wuhan430070,China pf ppf gy
roliferaAbstractbectiveoexaminetheeffectofdifferentTGFisoforms(TGFTGFndTGFonthe O T --- - -p1,2a3)jββββ
()tionanddifferentiationofrecartilainousstemcellsPSCsinordertoseekanidealctokinefortissueenineerincartilae pgyggg
construction.MethodsSCswereobtainedafterisolationandurificationbmeansofimmunaneticactivatedcellsor P -m -pyg
,/,,,tin.ThecellswerethenculturedinthemediacontaininTGFGFrTGFt10nL.At0369dasaftercul -- - -gggmy1T2o3a βββ
,/roliferationturetheandDNAsnthesisofPSCsinresonsetoTGFisoformswereexaminedbMTTandBrdUPIdouble - pypy β
,staininndthemRNAexressionofColⅡandArecanwasdetectedbRT-PCR.TheexressionofSOX9wasimmunohis -gapggyp
,tochemicalldeterminedat2weeks.ResultshreedasafterculturetheroliferationotentialofPSCswassinificantlde T -yyppgy
(),creasedintheTGFrourelativetothecontrolrou.05butithadnosinificantchanesinbothTGFndTGF - - -pgpP<0gg1g2a ββ
(),.05.SixdaslaterthePSCscontinuedtodeclineintheTGFbutincreaseintheTGFrousP>0roliferationrou - -yppp3g1g2 βββ
()rousrouandTGFwithdifferencebeinsinificantwhencomaredwiththecontrol.05.RT-PCRshowedthe - pgpP<0ggp3g β
exressionofColⅡwasincreasedwithtimeinallthethreerous.TheexressionofArecaninthethreerousexmRNA -pgppgggp
rourou.ImmunohistochemistrcettheTGFwasmuchstronerthaninthecontrolshowedthesnthesisofSOX9pro - -pgpypgy2g β
)teinwasincreasedinbothTGFndTGFrouswhencomaredwiththecontrolrouP<0.05.ConclusionGF - - T-ppgp(1a3g1βββ
,roliferationromotecaninhibittheofPSCswhileTGFndTGFanit.BothTGFndTGFnsteadofTGFan - - - - -pp2a3c1a3i2cβββββ
romotethedifferentiationofPSCs. p
);;;recartilainousrowthroliferationKewordsstemcells(PSCstransforminfactorifferentiation p - p dgggy β
△
,DinRan,WanQinCaiXianhua ggg
尽管传统的手术 软骨自我修复能力极为有限,
但实际上髓腔及血液治疗可以起到一定修复作用,
:_丁 然,男,医学博士,1979年生,E-maildanadoctorotmail.com@h
△通讯作者,,:_CorresondinauthorE-mailwanin63.comk@1pggqgg
中的成软骨细胞无法到达损伤部位,进而增殖分化
1]
,最终损伤部位将形成具有一定强度的软骨组织[
为纤维疤痕组织所替代,无法恢复关节正常的生理构造和功能。故软骨损伤的治疗一直困扰着临床工
·660·
华中科技大学学报(医学版)013年12月第42卷第6期 2
作者,而利用组织工程的手段治疗软骨及骨骺损伤),也成为目前研究的热点。前软骨干细胞(因PSCs其具有定向增殖分化为成熟软骨细胞的能力而有望成为一种较为理想的组织工程学种子细胞,为越来越多的研究者所重视。转化生长因子-transfor-β(,)是一种多功能蛋rowthminfactorbetaTGF -gg β白质,可以影响多种细胞的生长、分化、凋亡及免疫调节等功能。TGF-β家族在调控胚胎源性干细胞它能通过提增殖与分化中也起到极为重要的作用,
高Cox9基因转录而上调骨髓间充质干细胞软骨基因的表达,通过抑制Runx2基因转录而阻止骨髓间
]23-。T充质干细胞向成骨细胞分化[GF-β包括5个4]
,其中T亚型[GFTGFGF---1、2和T3存在于哺βββ
5]
。3种亚型均具有介导不同来源的间乳动物体内[
即新生动物骺板周围骨膜环形组织结LaCroix环,
3
。Ⅰ型胶原构,仔细分离该环,剪成小块(<1mm)酶消化1h,密度梯度离心法去除死细胞,将收集到的细胞接种于含10%胎牛血清的DMEM-F12培养液中,37.5℃、5%CO24h后使用2培养箱中培养。将原代细缓冲液(PBS0.5%BSA2mmolEDTA)--
胞悬浮,用30μm孔径过滤器去除聚集的细胞团,制备成单细胞悬液。用兔多克隆抗体FGFR3室温-7
,离心,缓冲液洗涤2遍。按每1×1孵育15min0
个细胞加入2室0μL羊抗兔IG-免疫磁珠复合物,g
。缓冲液洗涤细胞2次,温孵育1离心,按每15min
7
mL细胞加500μL缓冲液制备成细胞悬液,×10
移入细胞分离阳性选择柱,按照说明书操作得到
。将P即PFGFR3阳性细胞,SCsSCs加入含10%-胎牛血清的DMEM-F12培养液中置于5%CO2细胞培养箱中培养,每3d换液1次,当贴壁细胞覆盖满瓶底时,以0取第3.5%的胰蛋白酶消化液传代,代细胞用于下一步的体外实验。
1.3 实验分组
充质细胞分化形成软骨细胞的能力,但对不同类型
]68-,的细胞其诱导效应存在很大的差异[对于PSCs
细胞的诱导效应尚未见相关报道。本实验旨在观察3种TGFSCs细胞增殖与分-β亚型细胞因子对于P
并对三者的诱导能力加以比较,以寻找能化的影响,
高效促进种子细胞分化增殖的细胞因子。1 材料与方法
1.1 实验材料
,取生长状态良好的第3代P以0SCs.5%的胰蛋白酶消化液3用含17℃下消化2min,0%胎牛血弯头吹打,将悬清的DMEM-F12培养液终止消化,调整细胞密度约浮细胞分别种植于数块96孔板中,置于5%C1000个/孔,O 2细胞培养箱中培养过夜,
待细胞贴壁后,实验组分为3组(TGFTGF--1组、β,分别在9TGF6孔板中加入重组-2组、3组)ββ
调整每孔TTGFTGFTGFGF----1、2、3,ββββ浓度为
/这一浓度被证实能诱导其它干细胞向软10nmL,g
9]
,空白对照组只使用含1骨分化[0%胎牛血清的
1.1.12h内新生的纯 实验动物 实验动物选用1
体重8g左右。由华中科技系清洁级雌性SD大鼠,大学同济医学院实验动物学部提供,实验动物许可,证号:鄂)乳鼠饲养在保持恒温SYXK(20090028-恒湿(的清洁动物饲养房内。23℃,50%)
1.1.2 试剂与仪器 重组TGFTGFTGF---1、2、ββ,,,FitzeraldIndustriesConcordMA)DMEM培 g3(β
,,优质胎牛血清(,养液(HcloneUSA)Gibcoy,羊抗兔IUSA)MiniMACS磁珠细胞分选系统、Gg
,),免疫磁珠(兔多克隆抗体FMilteniGerGFR3-y(,,SantaCruzUSA)Trizol试剂盒(Invitroen, g
,,反转录试剂盒(USA)TOYOBO,JPN)PCR引物(,由武汉Invitroen公司代为合成)TaMixDNA gq,聚合酶(鼠抗人BTOYOBO,JPN)rdU单克隆抗体(,,SimaUSA)FITC荧光标记的二抗(Dakog,、,噻唑蓝(二甲基亚砜(DEN)MTT)DMSO,SimagUSA)流式细胞仪FACSort(BectonDickson, ,。上海富众生物公司)USA)SABC试剂盒(
分离、纯化与培养1.2 PSCs的提取、
实验组各组按DMEM-F12培养液。每日换液1次,照上述浓度重新添加含有重组TGF0%胎牛-β的1血清的DMEM-空白对照组换液使用F12培养液,含10%胎牛血清的DMEM-F12培养液。
/1.4 MTT法及BrdUPI双参法测定细胞增殖活性
1.4.1 MTT法 分别取培养后第0、3、6、9天的
各组细胞,每孔加入MT孵育4h,吸弃孔内T溶液,培养上清液。每孔加1脱色摇床振50μLDMSO, 在酶联免疫监测仪上测定各孔在波长5荡,70nm处的吸光度(值。A)
/向目1.4.2 BrdUPI双参法 取培养6d的细胞,
/的细胞培养液内加入B浓度为5μ消化rdU,LmL,收集细胞,取固70%乙醇固定,-20℃条件下过夜,/定后的细胞,再加入2mPBS洗涤2遍,olL盐酸作用3成分为00min,PBS.1%BSA,0.2%Tween-T(),洗3遍,加鼠抗B20rdU一抗(1∶100)37℃条件
由于FGFR3可作为PSCs细胞特殊的表面标-志物而被鉴定,故可通过免疫磁珠法进行分选纯化。新生S低倍显微镜视野下环行切取D大鼠处死后,
丁 然等.转化生长因子-β不同亚型对前软骨干细胞增殖分化的影响
·661·
下孵育2h。P加入FBS洗2遍,ITC标记的羊抗鼠),二抗(室温放置1h,上流式细胞仪检测。1∶20
1.5 RTPCR检测ColArecan基因的表达-Ⅱ、gg
2 结果
2.1 TGFTGFTGFSCs增殖及DNA合成---1、2、3对于Pβββ的影响
分别在培养第0、3、6、9天收集细胞。采用RT-PCR法检测不同组PSCs细胞ColⅡ、Arecanggrizol法提取RNA。PCRmRNA表达情况。采用T各引物序列如下:上游引物5ColⅡ(225b′-p),下游引物5AGGGGTACCAGGTTCTCCA3′′--;()CTGCTCATCGCCGCGGTCCTA-3′Arecan276bggp,上游引物5′GGTGAGGTCTTTTATGCCA3′-G-。下游引物5′-GCTTTGCAGTGAGGATCACA3′-按以下条件进行反转录反应:95℃预热5min;95℃,,,变性3循环30s57℃退火30s72℃扩增10min5。反应结束后取5μ次;72℃延伸10minL扩增产
物在2%琼脂糖凝胶上电泳,凝胶成像,采用图像分析系统(检测条带的积分吸光AlhaImaer2000) pg度值,以与内参βactin的比值反映mRNA表达水-平。
1.6 免疫组化法测定SOX9的表达情况
T法检测细胞增殖活性结果见图1。培养3 MT
TGFd后,-1组细胞的增殖活性较对照组明显下β降,TGFTGF--2、3组与对照组相比较差异无统计ββ。培养6d后,学意义(与对照组相比,P>0.05),而TGFP<0.05)-1组细胞增殖活性明显降低(β
其细胞的TGFTGF--2、3组则显示了相反的结果,ββ,增殖活性较对照组明显增强(且第9天P<0.05)
时T差异具有统计学意义GFGF--3组高于T2组,ββ()。P<0.05
/BrdUPI双参法流式细胞术检测结果见图2。其中R2区域内红点代表正进行DNA合成活动的细胞,与空白R2为BrdU阳性细胞率。培养6d后,对照组R2(24.88±2.17)%相比较,TGF2-1组Rβ
明显下降,为(提示细胞D7.35±1.59)%,NA合成显著下降,而T分别为GFTGF2升高,--2、3组Rββ(提示细胞33.25±4.08)%和(39.18±5.91)%,DNA合成增加。
可SOX9是由成熟软骨细胞合成的一种蛋白,
间接提示细胞的分化成熟程度。取培养9d后的各使用S组细胞,ABC试剂盒检测各组细胞SOX9的按厂家说明书指示进行操作。结果判定表达情况,
方法:SOX9阳性表现为细胞膜或者细胞质出现明确的棕黄色反应物,无胞膜或胞质染色为阴性,每组选取细胞分布均匀的2作为观察0个视野(200倍)区,由2位观察者先后判断同一视野SOX9蛋白表求出2达阳性或阴性的细胞数,0个视野内各种细胞计算阳性细胞的百分比。的平均值,
1.7 统计学分析
采用SPSS11.0软件进行统计学分析。计量资 料以x多组间均数比较采用Onea珚±s表示,-Wy
.05为差异有统计学意义。ANOVA检验。以P<0
*#与对照组比较,与TP<0.05;GF0.05-3组比较,P<β
图1 MTT检测各组细胞增殖活性
roliferationrouFi.1MTTassashowintheofPSCsineach ygpgpg
/图2 BrdUPI双参法测定各组细胞DNA合成情况
/Fi.2DNAsnthesisineachrouexaminedbBrdUPIdoublestainin ygpygg
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2.2 TGFTGFTGFolⅡ、Arecan基因表达---1、2、3对Cggβββ的影响
)。增加(图5
2.3 免疫组化法检测SOX9的表达
、、、TPCR检测培养0369d各组细胞Col 通过R-Ⅱ
)。随着时间的延长,基因的表达情况(图3与空白对照组相比,TGFTGFTGFolⅡ基因表达---1、2、3组的Cβββ);图4在培养9d时T均呈上升趋势(GFTGF--1、2组ββ)。的C基因表达均明显低于T均P<olGF0.05Ⅱ-3组(β免疫组化检测结果如图6所示。对照组及TGFTGFTGF---1、2、3组的阳性细胞率分别为:βββ
(((10.5±1.2)%、53.6±5.6)%、11.4±2.5)%、)(62.5±5.9%。TGF-2与对照组相比差异无统计β
),学意义(而TP>0.05GFTGF--1、3组均明显高ββTGF-β1与TGF-β
3组Aggrecan的表达随培养时间延于对照组(P<0.05
)。长而增加,但TGF-β
2组Aggrecan的基因表达无明显A:对照组;B:TGF-β1组;C:TGF-β2组;D:TGF-β
3组;M:Marker;1~4:培养0、3、6、9d图3 RT-PCR检测各组ColⅡ的表达
Fig.3 The expression of ColⅡin each group detected by
RT-PCR与对照组比较,*P<0.05;与TGF-β3组比较,#P<0.05与对照组比较,*P<0.05;与TGF-β
3组比较,#P<0.05图4 各组ColⅡ基因表达水平比较
图5 各组Agg
recan基因表达水平比较Fig
.4 The expressions of ColⅡgene in each groupFig
.5 The expressions of Aggrecan gene in each groupA:对照组;B:TGF-β1组;C:TGF-β2组;D:TGF-β
3组图6 免疫组化法测定SOX9的表达(×200
)Fig
.6 Immunohistochemical analysis of the expressions of SOX9protein(×200)丁 然等.转化生长因子-β不同亚型对前软骨干细胞增殖分化的影响
·663·
3 讨论
)前软骨干细胞(是来源于哺乳动物骺板PSCs周围的L具有定向aCroix环内的一种软骨母细胞, 且P增殖分化为成熟软骨细胞的能力,SCs细胞膜可被分表面存在特异性表面标记物FGFR3受体,-离纯化,故PSCs是一种理想的组织工程学种子细胞,为越来越多的研究工作者所重视。
)、TGFBMP’s-β超家族主要包括骨形态蛋白()生长分化因子(以及3种TGDF’sGF亚型TGF-[10]
。3种亚型在调控细胞增殖TGFTGF--1、2、3βββ
11]
。近年来分化和发育中起到十分重要的作用[
亚型对细胞软骨形成过程的诱导分化作用主要通过与细胞膜表面T进而激活多GF-1、2、3等受体结合,β种细胞内信号途径的传导,其一主要为依赖信号分
[8]
子S传导,其二主要涉及活化蛋白激酶mad家族119]
。研究表明成熟软骨分化时通过T信号路径[GF-t路径在调控上存在β激活的信号级联放大和Wn20]
。T交联关系[GF-β超家族生物活化的调控是通过和细胞外基质蛋白(如蛋白聚糖)等相结合产生的
]2122-,通过改变细胞因子和相应相互作用来实现的[
细胞表面受体的结合来调控细胞生物活性。
综上,TGFTGFGF---1、2与T3对体外培养βββ的PSCs细胞增殖和分化的影响具有显著差异,TGF-3较另2种亚型对于增殖和分化的正向调节β
作用更为显著。但由于细胞的增殖分化作用极为复杂,且具有上述功能的细胞因子种类繁多,进一步探寻其作用机制,寻找并比较其它相关细胞因子的作用效应还需要我们更加广泛、深入的研究。
参 考 文 献
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TGF对各种来源的间充质干细胞增殖分化的影响
[2]
作用为越来越多的学者所关注。P研究oova等1p发现来源于人类婴儿支气管的间充质干细胞能自分泌T并通过TGFGF--1,1诱导细胞分化成为肌纤ββ
[3]
的研究发现T维母细胞。Park等1GF-3能够显β
著促进兔间充质细胞增殖并诱导其向软骨细胞定向
[4]
分化。S比较骨形态蛋白2、hintani等17和TGF-31对滑膜来源的间充质细胞诱导分化能力发现,β种TGF-β超家族细胞因子均具有诱导间充质细胞向软骨细胞分化的能力,其程度呈时间依赖性,且TGF-1较其它二者的诱导能力更强。β
[5]
观察TJames等1GFTGF--1、3对人类胚胎ββ颅骨囟门处间充质细胞增殖分化的影响,结果发现但能促进其向成熟TGF-1可抑制间充质细胞增殖,β
软骨细胞分化,并能促进细胞外基质的合成,而且不TGF-3对间充质细胞的增殖则起到抑制作用,β
16]
具有诱导分化的能力。陈建国等[发现TGF-α对于人表皮干细胞的增殖也有促进作用。
间充质细胞的聚集是软骨形成的先决条件,Tuli等
的研究发现TGF-1能够上调间充质细β
)及聚糖蛋白(的胞钙粘素(cadherin)lcoroteinsgyp表达,而以上2种物质具有引发细胞聚集的作用,并且能够影响细胞外基质成分ColⅡ、Arecan的表gg达和成熟软骨细胞标志物ColⅩ的表达。
以上研究结果提示TGF-β具有调控不同来源间充质细胞增殖分化的能力,但其效应因细胞种类的不同而存在很大的差异性。为寻找一种高效的细胞因子以促进PSCs增殖并诱导其向成熟软骨细胞,分化,本实验选用3种亚型T比较其对PGFSCs-β增殖分化的影响,结果发现TGFSCs的-1能抑制Pβ而T增殖,GFTGF--2、3在作用6d后能促进细胞ββ
增殖。TGFTGFSCs细胞分化的--1、3具有诱导Pββ能力,而TGFGF--2无明显诱导作用。不同Tββ的
[17]
·664·
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roenitorsotosisofbothuncommittedosteoblastanddif -pgp
ferentiatedosteoblastsbbetacatenindeendentandinde -- --yp
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