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HGF和1,25-(OH)2 VitD3对兔骨髓基质干细胞成骨活性的联合诱导

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第28卷第4期 青海医学院学报 JOURNAL OF QINGHAI MEDICAL COLLEGE V01.28 No.4 2007 2007车 HGF和1,25一(OH)2 VitD3对兔骨髓基质干 细胞成骨活性的联合诱导 祁玉林 刘丽梅 (1.青海省人民医院骨科;2.第三军医大学西南医院病理科) 摘要 目的观察肝细胞生长因子(HGF)和1,25一(OH) VitD 对兔骨髓基质干细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)成骨活性的诱导作用。方法 采用HGF和1,25一(OH) VitD 联合诱 导兔BMSCs后检测其碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性、骨钙素和胶原蛋白I、II的含量 并观察其成骨分化特性的变化。结果HGF和1,25一(OH),VitD 联合诱导的兔BMSCs的ALP 活性、骨钙素水平和胶原蛋白I、II在细胞中表达水平均明显高于对照组细胞。结论一HGF和1,25 (OH) VitD 联合诱导作用可以促使兔BMSCs明显表现出成骨分化特性。 关键词 骨髓基质干细胞HGF 1,25一(OH) VitD 成骨分化成骨诱导 中图分类号Q81 R733.7 文献标识码A OSTEOGENIC DIFFERENTION CAPACTIY OF RABBIT BONE MARROW STROMAL CELLS INDUCCD BY HGF AND 1,25一(OH)2 VITD3 Qi Yulin ,Liu Limei (1.Qinghai provencial hospital;2.Department of pathology,Third Medical University) Abstract Objective To investigate the oseogenic capacity of rabbit BMSCs(bome marrow stromal cells) induced by HGF(hepatocyte growth factor)and 1,25一(OH)2 VitD3.Methods the rabbit BMSCs was cultured in vitro and induced by HGF and 1,25一(OH)2 VitD3,then the osteogcnic differentiation capacity had been cultured by detecting the activation of ALP(alkalie phosphatae)and the expression of osteocalcin and collagen I and II. Results The activation of AI and expression of osteocalcin and collagen I and II of BMSCs induced by HGF and 1,25一(OH)2VitD3 were obviously higher than those of the control at different experiment time(P<0.01).Con・ clusion the ostengenic differentiation capacity of BMSCs could be induced by HGF and 1,25一(OH)2 VitD3. Key words Bone marrow stromal cells HGF 1,25一(OH)2 VitD3 Osteogenic capacity Ostengenic in- dUCti0n 各种创伤和骨病导致的骨缺损是临床上的常见 疾病,组织工程的发展为解决这一难题提供了新的 治疗途径。骨髓基质干细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)具有很强的扩增能力并能被诱导分化 为多种间质组织。研究发现多种因子可以诱导BM. SCs向成骨细胞分化,但对这些诱导因子的作用存 在不少争议。本实验通过HGF和1,25一 (OH) VitD,共同作用于体外培养的兔BMSCs,通 祁玉林(1968一),男,汉族,江苏籍,主治医师 240 维普资讯 http://www.cqvip.com

过检测ALP活性、骨钙素水平和胶原蛋白I、II的含 量,观察HGF和1,25一(OH)2VitD,对兔BMSCs成 骨活性的诱导作用。 1材料与方法 1.1 试剂 实验组和对照组细胞,每组取1 x 10。个细胞,离心 后弃上清并在细胞沉淀中加入600 Ixl的TritonX一 100,震荡30 s,4cc过夜,粉碎,按试剂盒说明书测定 ALP活性(单位: g/m1)。 1.5细胞内骨钙素的测定 0.25%的胰酶消化收集第3、6、9、12 d培养的 实验组和对照组细胞,每组取1 x 10。个细胞,离心 日本大耳白兔(第三军医大学动物中心);淋巴 细胞分离液(天津TBD公司);DMEM/F一12培养 基、胎牛血清(美国Hyclone公司);胰蛋白酶(美国 sigma公司);HGF、1,25一(OH)2VitD3(美国sigma 后弃上清并在细胞沉淀中加入1mlPBS与0.2% Triton—X(含4 mmol/L EDTA),按1:1混合,静置 10 min后按放免试剂盒说明由本校核医学教研室检 测骨钙素含量。 1.6胶原蛋白I和II的Western检测 公司);抗胶原蛋白I和II抗体(武汉博士德公司); 二抗(Santa Cruzs公司);化学发光剂(Signaling公 司);碱性磷酸酶检测试剂盒(南京建成公司);骨钙 素放免试剂盒(北方生物所)。 1.2兔BMSCs的培养 取3~4个月龄日本大耳白兔3只,无菌条件下 作双侧股骨髁上骨髓腔穿刺抽取4 ml骨髓,按比例 (1:2)加入到含淋巴细胞分离液的离心管中,以转 速2000 r/min离心,吸取中间层单个核细胞,接种 (3 X 10 /cm ),置于含有20%胎牛血清的DMEM/F 一将培养1、2 W的兔BMSCs在冰上每孔加入细 胞裂解液I x RIPA buffer(裂解液含50 mmol/L Tris —HCI、150 mmol/L NaC1、10 ml/L Triton X一100、 1g/L SDS、10 g/L脱氧胆酸、5 mmol/L EDTA,于 使用前加入5 g/L Aprotinin、2.0 mmo ̄L PMSF)。 匀浆后离心取上清液冻存,提取蛋白质用Folin一酚 法进行定量,并行SDS—PAGE电泳,转膜,依次加 入一抗(1:500)、二抗(1:1000)杂交,封闭,化学发 12培养基中,在37 ̄C、5%CO 的孵育箱中培养, 每2 d换液一次。待原代细胞生长至瓶底面积的 80%后用0.25%胰蛋白酶消化传代,再次接种(1 x 10 /cm ),置于含10%胎牛血清的培养基中,待 光显色,用Quantity One 4.4软件分析图像,用积分 光密度值比较蛋白的表达。 1.7统计方法 , 长满瓶底后消化传代。 1.3实验分组 采用SPSS 10.0统计分析软件对数据进行统计 学处理,结果以( ±s)表示,组间比较采用t检验, 取第二代兔BMSCs细胞用于实验,用仅含ITS 的培养基培养24 h。实验组加入HGF(20 ̄g/L)、1, 25一(OH)2VitD,(10 mol/L);对照组加人不含 同一组不同时间之间结果的比较采用双因素方差分 析。 2结果 HGF和1,25一(OH)2VitD 的培养基,分别培养3、 6、9、12 d后检测ALP的活性和骨钙素的水平,培养 1、2 W检测胶原蛋白I、II的表达,每组n:3。 1.4碱性磷酸酶活性测定 0.25%的胰酶消化收集第3、6、9、12 d培养的 表1 2.1碱性磷酸酶活性测定 诱导培养兔BMSCs的ALP活性随培养时间的 延长逐渐增高,9 d时到达最高峰,各时相点ALP活 性均明显高于对照组(P<0.01),见表1。 HGF和1,25一(OH)2VitD3联合诱导下BMSCs不同时相点ALP的活性(n:3, ±S) Tab 1 the activation ofALP ofBMSCs induced by HGF and 1,25一(OH)2VitD3 at diferent time(n=3, ±S) 注:诱导组F=13.530,P=0.02, 表示与3 d组比较P<0.01,其余各组间比较均P>0.05;对照组F=1.827,P= 0.220,无统计学意义. 241 维普资讯 http://www.cqvip.com 2.2骨钙素水平的测定 兔BMSCs诱导培养3 d后ALP活性显著高于 表2 对照组,随着培养时间的延长,骨钙素含量逐渐升 高,且在各时相点均高于对照组(P=0.00),见表2。 HGF和l,25一(OH):VitD 联合诱导下骨髓基质干细胞不同相点骨钙素的水平(n:3, ±s) Tab 2the express of osteocalcin of BMSCs induced by HGF and l,25一(OH)2VitD3 at diferent time(n=3, ±S) 培养时间(天) culture time(d) 3 d 对照Control 诱 indu n ( ̄g/m1) 值 ~ ( m1) 1.549 4-0.245 P值 3.148±0.372 6.2l8 0.03 6 d 1.882 4-_0.350 8.092±0.427 19.482 0.00 9 d 2.247±0.349 10.320±0.257 ▲ 32.262 0.oo 12 d 2.236±0.317 14.320±0.352 ▲☆ 44.184 0.oo 注:诱导组F=510.013,P<0.0l, 表示与3 d组比较P<0.01;▲表示与6 d比较均P<0.01;☆表示与9 d组比较P< 0.01.对照组F=3.302,P=0.079差别无统计学意义. 2.3 I、II型胶原蛋白的Western检测 Western Blot结果显示,HGF和l,25一(OH) 量在7 d和14 d均显著升高,明显高于各自对照组 和0 d组(P<0.01),见表3;I、II型胶原蛋白West. err—blot结果见图l~2。 2VitD3联合诱导后BMSCs的I、II型胶原蛋白表达 表3 HGF和1,25一(OH):VitD 联合诱导下骨髓基质干细胞不同相点胶原蛋白I、 I1型的表达(n=3, ±S,单位:IOD) Tab 3 the express of collagen I andⅡof BMSCs induced by HGF and 1,25一(OH)2 VitD3 at diferent time (n=3, ±S unit:IOD) 胶原蛋白I collagen I 检测 时间 (天) 胶原蛋白lI collagen lI 对照 对旦f{ Contro1 诱导 P值 (n=3) 103.52± l15.74 诱导 inducon Control t值 P值 (n=3) 1037.52± (n=3) (n=3) 984.39± 108.35 984.39± l08.35 0 d ll5.74 1135.98± 7 d 126.75 1975.43 4- 7.336 0.00 1238.34± 145.93 1737.33± 152.38丰丰 217.67‘‘ .. 3.298 0.03 1224.36± 14 d 112.50 2035.64 4- 5.226 244.19 0.00 1147.42± 1945.52± 304.20"" 3.685 0・02l 219.55 注:胶原蛋白I,对照组F=1.867,P=0.234;诱导组F=29.293,P<0.01。 表示与0 d比较均P<0.0l;胶原蛋白 Ⅱ对照组F=1.834,P=0.239;诱导组F=15.174,P=0.04;▲▲表示与0d比较均P<0.01. 242 维普资讯 http://www.cqvip.com 图1胶原蛋白1 western—blot结果 Figl the Western—blot result of collagen I 3讨论 BMSCs存在于骨髓等组织中,具有典型干细胞 的特点,在特定的条件下可以分化为骨、软骨、肌肉、 脂肪等问充质组织。存在于骨髓中的BMSCs具有 自我复制能力和多向分化潜能,在不同的条件的诱 导下能分化为多个细胞系,如成骨细胞、纤维细胞、 软骨细胞、脂肪细胞、肌肉胞、内皮细胞、神经细胞及 肝细胞等多种细胞¨ 。BMSCs与其它问充质干细 胞具有极为类似的基因表达图谱和分化特性,在受 到创伤和局部神经体液因素的刺激下,BMSCs可以 迅速增殖向成骨和软骨细胞分化,形成新的骨组织 参于创伤的修复。BMSCs在骨髓中的含量虽然很 少,但因其具有很强的多向分化增殖能力,能诱导分 化为多种问质组织,是组织工程中重要的种子细胞, 从而具有广泛的应用前景 J,研究BMSCs的诱导分 化的因素和其细胞分子机制具有重要的临床意义。 研究证实多种因素可以诱导BMSCs成骨分化, 包括多种生长因子,如BMP、 FGF—B、IL一6等 , 以及一些药物如地塞米松、B一甘油磷酸钠、维生素 C、抗坏血酸等,能促进BMSCs向成骨细胞分化,使 ALP的mRNA的表达水平及活性增高,成骨细胞的 标志物骨桥蛋白、骨钙素和胶原的mRNA水平及蛋 白合成增加,同时抑制其向其他细胞如脂肪细胞或 骨骼肌细胞分化 ‘。J。最近的研究发现,HGF能促 进BMSCs的成骨分化,其作用是通过跨膜的酷氨酸 激酶受体,从而刺激包括BMSCs在内的多种细胞的 增殖、分化和细胞因子的分泌。1,25一(OH):VitD 可以促进BMSCs向成骨细胞分化,同时抑制其向脂 图2胶原蛋白II Western—blot结果 Fjg2 the Western—blot result of collagen II 肪细胞转化,1,25一(OH):VitD,可以协同促进其他 细胞因子BMSCs成骨作用" 。 本实验采用已经较为成熟的贴壁法对兔BM— SCs进行体外分离培养,因其具有较强的粘附特性, 通过梯度离心和多次换液去除血系细胞和脂肪细 胞,再通过贴壁培养可得到较纯的BMSCs,体外培 养的BMSCs有利于对其分化增殖的特性进行系统 的研究 。 本实验中研究发现,在HGF和1,25一 (OH) VitD,的共同诱导下,BMSCs的ALP活性升 高,骨钙素的水平和胶原蛋白I、II的表达上调,表 现出明显的向成骨细胞和软骨细胞分化的活性。目 前对诱导因子和定向诱导的控制等研究仍不十分明 确,HGF和1,25一(OH)2VitD,共同成功诱导BM- SCs成骨分化为这方面的研究提供了新的线索。 参考文献 [1]Yamamoto N,Terai S,Ohata S,et a1.A subpopula— lion of bone ttlalTo- ̄;cells depleted by a novel antibody,anti— Liv 8,is useful for cell therapy to repair damaed liver[J].Bio— chemical and Biophysical Reserch Communications,2004,313 (4):1110—1118 [2]Bruder SP,Fox BS.Tissue engineering of bnne:cell based strategies[J].Clin Ortop,1999(366 Supp1):68—83 [3]Hori Y,Inoue S,Hirano Y,et a1.Effect of culture substrates and fibroblast growth factor addition on the prolifera— tion and differentiation of rat bone nlall'ow stromal cells[J].Tis— 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(下转第276页) 243 维普资讯 http://www.cqvip.com HIF一1 可作为肿瘤患者预后的独立指标。借鉴以 Overexpression of hypoxoa—inducible factor 1 a is a marker for 上的研究,我们可以推测子宫颈癌患者测定HIF一 an unfavorable prognosis in early——stage invasive cervical emle・・ 1 对临床估计预后、指导治疗意义非常。 er.Cancer Research.2000,60:4693—4696 参考文献 [6]林爽,李力,王云.缺氧诱导因子一1 及E一钙粘 [1]Brizd DM,Scully SP,Harrelson JM.et 1a.Tumor OX— 蛋白在宫颈癌中的表达及意义.第三军医大学学报,2005, ygenation predicts for the likelihood ofdistant metastasis in hu— 27(10):1026—1029 man soft tissue sarcoma[J].Cancer Res,1996,56:941— [7]Brown JM,Amato J G.The unique P hysiology of solid 943 tumors:opportunities(and problems)for cancer therapy[J]. 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