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鹿茸多肽介導(dǎo)心肌干細胞分化對終末心肌分化基因ANP和MLC-2v表達的影響

2018-03-30 09:31:57黃曉巍律廣富李曉華曲曉波
關(guān)鍵詞:鹿茸多肽心肌細胞

黃曉巍,徐 巖,韓 冬,林 賀,律廣富,李曉華,曲曉波,張 冰

(1.長春中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥與生物工程研究開發(fā)中心藥理實驗室,吉林 長春130117;2.長春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院臨床藥學(xué)與中藥藥理教研室,吉林 長春130117;3.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院臨床中藥系,北京 100102)

心肌細胞損傷是冠心病等各類心臟疾病的病理基礎(chǔ),但心肌細胞的再生能力較弱,一旦心肌受損,很難在短時間內(nèi)自行恢復(fù)心肌功能。通過干細胞分化再生心肌細胞,實現(xiàn)心肌損傷的修復(fù)是心臟功能恢復(fù)的重要途徑。心肌組織中存在成體心肌干細胞(cardiac stem cells,CSC),CSC是目前最有希望修復(fù)心肌損傷的干細胞類型[1-2]。目前CSC的移植存在許多問題,臨床應(yīng)用受限,動員自體CSC,誘導(dǎo)其向心肌細胞分化改善心功能是比較可行的方案,許多中藥有效成分具有干細胞誘導(dǎo)劑的作用,且具有不良反應(yīng)少的特點[3-5]。鹿茸味甘、咸,性溫補陽,歸肝、腎經(jīng),稟純陽之質(zhì),含生發(fā)之氣,具有壯元陽、益精血、溫通心陽、滋補腎精之功效,是中醫(yī)臨床采用溫通心陽法治療冠心病的核心藥材之一[6-7]。鹿茸多肽是鹿茸的有效成分,有明顯促進細胞再生作用。本研究通過體外細胞實驗觀察鹿茸多肽介導(dǎo)CSC分化對終末心肌分化基因心房鈉尿肽(atrial natriuretic polypeptide,ANP)和心肌肌凝蛋白輕鏈2(myosin light chain 2v,MLC-2v)表達的影響,并探討其作用機制。

1 材料與方法

1.1實驗動物清潔級新生Wistar大鼠,雄性,由吉林大學(xué)實驗動物中心提供,動物許可證號:SCXK(吉)2013-0001。

1.2藥品、主要試劑和儀器鹿茸多肽(長春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院自制,批號:20150417,純度>97%),5-氮胞苷(中國上海阿拉丁試劑有限公司,批號:B1412007,純度>98%)。胰蛋白酶(美國Sigma公司,批號:T0303),膠原酶(北京索萊寶公司,批號:C8140),DMEM和胎牛血清(美國Gibco公司,批號:12491-015、1009-141),CEM培養(yǎng)基(自制,DMEM 180 mL、胎牛血清20 mL、L-谷氨酰胺2.58 mg、β-巰基乙醇1.4 μL),瓊脂糖和DNA上樣緩沖液(上海碧云天公司,貨號:ST004L、D0071),AxyPrep總RNA小量制備試劑盒(美國Axygen公司,貨號:AP-UN-MS-RNA-50),DMA Ladder、ANP Elisa kit和MLC-2v Elisa kit(上海生工生物工程有限公司,貨號:B600109、D730358、D710117),PrimeScriptTMRT Master Mix和SYBR○RPremix Ex TaqTMⅡ(大連寶生物工程有限公司,貨號:RR036A、RR82LR)。CO2孵箱(日本三洋公司,型號:MCO-17),倒置顯微鏡(日本Olympus公司,型號:IX71),低溫離心機(德國Heraeus公司,型號:Biofuge primp R),熒光定量PCR儀(美國Stratagene公司,型號:Mx3000),凝膠成像系統(tǒng)(美國 Aplegen公司,型號:Omegalum C);流式細胞儀(美國Beckman Coulter公司,型號:Gallios)。

1.3 大鼠CSC分離提取和原代培養(yǎng)取剛出生2 d的健康Wistar大鼠的心臟于培養(yǎng)皿內(nèi),去除結(jié)締組織并擠壓出多余的血液,用PBS多次漂洗干凈后,轉(zhuǎn)移至無菌玻璃瓶中,將其剪成大小約為1 mm×1 mm×1 mm的塊狀物,反復(fù)吹打組織塊棄去上清液,并用PBS清洗心臟組織至澄清,吸出PBS。加入0.25%胰蛋白酶(含0.20% EDAT)1 mL,消化5 min,吸棄上清液,再加入0.1%膠原酶1 mL,消化5 min;消化步驟重復(fù)3次。將消化好的心臟組織塊,靜置1 min,吸取上清液至1.5 mL離心管內(nèi),800 r·min-1離心2 min。吸去上清液,加入CEM培養(yǎng)基1 mL,反復(fù)輕輕吹打,將細胞懸液轉(zhuǎn)移至細胞培養(yǎng)瓶內(nèi),置于37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中孵育。

1.4大鼠CSC的傳代培養(yǎng)取生長狀態(tài)良好的CSC,棄去培養(yǎng)液,加入0.25%胰蛋白酶(含0.02%EDTA)1~2 mL,放置37℃、5% CO2培養(yǎng)箱內(nèi)2~3 min,鏡檢細胞形態(tài)由梭形變?yōu)閳A形,貼壁松弛,立即加入等量的細胞培養(yǎng)液終止消化作用,用移液器吹打培養(yǎng)瓶底,以致心肌細胞脫離瓶壁,將細胞懸液轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管,800 r·min-1離心5 min,棄去上清液,加入細胞培養(yǎng)液,吹打成細胞懸液,轉(zhuǎn)入新的細胞培養(yǎng)瓶中,放置在37℃、5% CO2培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng)。

1.5c-Kit細胞免疫熒光鑒定分析取傳代培養(yǎng)狀態(tài)良好、呈對數(shù)生長的CSC,PBS漂洗后,經(jīng)0.05%胰蛋白酶消化后,將細胞懸液接種于24孔板中,細胞密度為1×105cm-2。置37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,PBS漂洗3次,加入4%多聚甲醛300 μL,室溫固定20 min,PBS漂洗3次;加入山羊血清(封閉液)200 μL,室溫孵育60 min,PBS漂洗3次;加入一抗200 μL,4℃孵育過夜;PBS漂洗3次,加入二抗200 μL,37℃避光孵育60 min;PBS漂洗3次,加入200 μL Hoechst33342浸染5~10 min,棄去。熒光倒置顯微鏡檢測熒光表達并拍照。采用流式細胞術(shù)檢測CSC特異性表面標(biāo)志物c-Kit和CD34的表達,以c-Kit陽性細胞表達占全部細胞百分比表示心肌干細胞純度。

1.6CSC分組和藥物誘導(dǎo)分化將傳代培養(yǎng)狀態(tài)良好、呈對數(shù)生長的CSC經(jīng)胰酶消化,制成細胞密度為1×108L-1的單細胞懸液,分成12個培養(yǎng)瓶培養(yǎng)。藥物誘導(dǎo)細胞共分4組:空白對照組(加等量緩沖液)、5-氮胞苷(終濃度3 μmol·L-1)、鹿茸多肽組(終濃度800 mg·L-1)和聯(lián)合組(3 μmol·L-15-aza+800 mg·L-1鹿茸多肽),各組待80%細胞貼壁后,加入相應(yīng)藥物誘導(dǎo),37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。

1.7ELISA法檢測各組細胞上清液中MLC-2v和ANP表達水平收集各組細胞上清液,按上海生工生物工程有限公司提供的ANP和MLC-2v Elisa kit說明書檢測各組細胞上清液中ANP和MLC-2v的表達水平,測定450 nm波長處吸光度(A)值。

1.8RT-PCR法檢測各組細胞中ANP和MLC-2v mRNA表達水平按AxyPrep總RNA小量制備試劑盒說明書提取各組細胞總RNA;然后按照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒操作步驟將mRNA逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA(反應(yīng)條件:37℃孵育60 min,85℃孵育5 min,冰浴5 min);再通過普通PCR擴增儀,以cDNA為模板,獲得目的基因。PCR反應(yīng)體系:模板1 μL、上游引物1 μL、下游引物1 μL、2×Taq PCR Master Mix 12.5 μL、DDH2O 9.5 μL。反應(yīng)條件:94℃預(yù)變性3 min;94℃變性30 s,55℃退火30 s,72℃延伸1 min,擴增30個循環(huán)后,72℃延伸5 min,4℃保存。內(nèi)參β-actin的引物,上游序列:5′-GTCCCTGTATGCCTCTGGTC-3′,下游序列:5′-GGTCTTTACGGTTGTCAACG3′(458 bp);目的基因ANP的引物,上游序列:5′-TGAGCTTCCTCCTTTTACTG-3′,下游序列:5′-CTCAGCTTGCTTTTTAGGAG-3′(322 bp);MLC-2v引物序列:上游引物5′-GCACCTAAGAAAGCAAAGAA-3′,下游引物:5′-AGGGTCAAACACTTTGAATG-3′(321 bp)。采用1.2%瓊脂糖凝膠電泳對PCR產(chǎn)物進行分析,通過凝膠成像系統(tǒng),對電泳結(jié)果進行拍照、記錄結(jié)果。以目的基因與內(nèi)參β-actin的灰度值之比表示mRNA表達水平。

2 結(jié) 果

2.1c-Kit細胞免疫熒光鑒定分析在IX71倒置熒光顯微鏡下觀察可見:c-Kit抗原偶聯(lián)的FITC呈綠色熒光表達,c-Kit抗原表達的CSC見圖1A(插頁四);通過Hoechst33342熒光染色,染成藍色的細胞核見圖1B(插頁四)。

2.2CSC純度分析P0代細胞c-Kit陽性細胞較少、CD34陽性細胞和雜細胞相對較多,隨著細胞傳代次數(shù)增加,c-Kit陽性細胞百分比明顯升高;到P3代時,大多數(shù)細胞均為c-Kit陽性,而CD34陽性細胞和雜細胞百分比共占約4.8%,說明細胞經(jīng)過4次傳代后得到純化的CSC。見表1。

表1CSC純度分析

Cellc?KitCD34ParenchymacellsP06.23±1.3832.78±4.0860.98±6.20P113.26±2.7615.90±2.8971.84±5.45P250.83±4.255.28±1.9844.02±5.02P395.27±3.082.08±0.322.73±0.59

2.3各組細胞上清液中ANP和MCL-2v表達水平與空白對照組比較,5-氮胞苷組、鹿茸多肽組和聯(lián)合組細胞上清液中ANP 及MCL-2v表達水平明顯升高(P<0.05)。見表2。

表2各組細胞上清液中ANP和MLC-2v表達水平

Tab.2Expression levels of ANP and MLC-2v in cell supernatant in various groups

GroupANPMLC?2vBlankcontrol248.63±28.3632.98±5.605?Azacytidine378.25±52.58?48.05±4.68?Piloseantlerpolypep?tides306.28±43.50?45.22±5.39?Combined422.58±50.06?58.65±6.03?

*P<0.05 compared with blank control group.

2.4各組細胞中ANP和MCL-2v mRNA表達水平與空白對照組比較,5-氮胞苷組、鹿茸多肽組和聯(lián)合組ANP 和MCL-2v mRNA表達水平明顯升高(P<0.05)。見圖2和表3。

3 討 論

心肌損傷伴隨臨床多種疾病的發(fā)生和發(fā)展,保護和增加心肌細胞數(shù)目對維持心肌結(jié)構(gòu)的完整和心臟功能的穩(wěn)定有積極的意義,藥物誘導(dǎo)多能干細胞分化為心肌細胞進而修復(fù)受損心肌是國內(nèi)外研究[8-10]的熱點。研究[11]表明:胚胎干細胞、間充質(zhì)干細胞和脂肪干細胞等在不同條件下均可誘導(dǎo)分化為心肌細胞,但存在誘導(dǎo)條件相對復(fù)雜、穩(wěn)定性差等缺點。CSC是存在于心臟中的自體心肌干細胞,在正常狀態(tài)下基本處于“休眠”狀態(tài),一旦心肌受損或心臟功能發(fā)生病理學(xué)改變,其在短時間內(nèi)快速分化為心肌細胞,對于修復(fù)受損心肌具有重要意義[12]。

目前干細胞移植技術(shù)尚不成熟,使用適當(dāng)?shù)乃幬镎T導(dǎo)促進干細胞分化成為可行方案?;瘜W(xué)合成藥

M:DNA ladder;Lane 1:Blank control group;Lane 2:5-Aza cytidine group;Lane 3:Pilose antler polypeptides group;Lane 4:Combined group.

圖2RT-PCR法檢測各組細胞中ANP和MCL-2v mRNA表達電泳圖

Fig.2Electrophoregram of expressions of ANP and MCL-2v mRNA in cells in various groups detected by RT-PCR method

表3各組細胞中ANP 和MCL-2v mRNA表達水平

GroupANPmRNAMCL?2vmRNABlankcontrol0.53±0.130.69±0.155?Azacytidine0.77±0.11?1.10±0.24?Piloseantlerpolypep?tides0.71±0.10?0.93±0.21?Combined0.88±0.14?0.91±0.25?

*P<0.05 compared with blank control group.

如5-氮胞苷是經(jīng)典的干細胞誘導(dǎo)劑,可以誘導(dǎo)多種干細胞分化,但作為化學(xué)藥物,其具有一定的毒性,長期使用可能誘導(dǎo)細胞變異甚至死亡[13-14]。中藥單體或有效成分作為干細胞誘導(dǎo)劑與化學(xué)合成藥物相比,具有種類多、來源廣和效果明顯的特點,且少有毒性報道[15-16]。中醫(yī)臨床上治療冠心病多采用溫通心陽法,而鹿茸是核心藥材之一,鹿茸多肽是鹿茸主要藥效學(xué)物質(zhì),具有明顯促進細胞再生作用[17]。ANP是利鈉利尿肽,為心臟循環(huán)激素,由心房心肌細胞合成、分泌,而MLC-2v特定表現(xiàn)在心室細胞中,二者在胚胎心臟發(fā)育形成過程中起很重要的作用[18-21]。

本研究結(jié)果顯示:鹿茸多肽可以明顯提高CSC中 ANP和MLC-2v 表達水平,提示其可以作為干細胞誘導(dǎo)劑促進CSC分化,且與5-氮胞苷聯(lián)合應(yīng)用可以在一定程度上降低其毒性。

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