模擬微重力對骨髓間充質干細胞增殖和遷移的影響及相關分子機理研究.pdf

1、空間生命科學是空間科學和生命科學相互滲透形成的一門交叉學科,主要研究宇宙空間環(huán)境對生命活動的影響規(guī)律及機制。隨著空間科學技術的快速發(fā)展,空間生命科學逐漸成為生命科學領域的一個熱點和前沿。
　　骨髓間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一類具有自我更新和多向分化潛能的成體干細胞,可以在不同培養(yǎng)條件下分化成多種間質細胞,也具有免疫兼容、定向遷移至損傷位點參與組織修復等特點,是臨床細胞治療和組織工程的重

2、要種子細胞,對維持正常生命活動有重要作用。
　　MSCs的生物學行為受多種環(huán)境因素的調控,除化學因素外,力學刺激對MSCs的生物學行為也有重要調節(jié)作用?？臻g環(huán)境與地面環(huán)境完全不同,失重是空間特殊環(huán)境的主要特點之一。隨著航天技術的發(fā)展和對太空探索需求的不斷增加,人類活動已經(jīng)頻繁進入外層空間?？臻g微重力環(huán)境引起宇航員骨鈣含量降低、肌肉系統(tǒng)萎縮、免疫系統(tǒng)紊亂等不良反應,了解空間微重力下MSCs生物學行為的變化特征及規(guī)律及其對人體生理活動

3、的影響及機制,對預防和治療微重力引起的相關疾病具有重要意義。因此,本文采用地基微重力模擬裝置,主要考察模擬微重力對大鼠MSCs(rat MSCs,rMSCs)增殖和遷移行為的影響及其相關分子機理。該研究主要有以下4個方面的內容:
　　1. rMSCs的原代分離培養(yǎng)本實驗結合Percoll密度梯度離心法和差時貼壁法,從大鼠后肢股骨分離rMSCs。用該方法獲得的細胞傳代后0.5h即可貼壁,24h后完全鋪展,多呈長梭形或三角形。細胞具有

4、較強的增殖能力,3~5天即可接近融合,呈漩渦樣單層生長。流式細胞儀檢測細胞表面相關抗原,結果顯示,細胞的CD44和CD90呈陽性,CD34呈陰性,符合MSCs表面標記抗原的一般規(guī)律。
　　2.微重力效應模擬裝置本實驗采用中國科學院力學所微重力重點實驗室研制的平行平板旋轉微重力效應模擬裝置,其主體結構包括用于細胞培養(yǎng)的旋轉培養(yǎng)腔和產(chǎn)生水平旋轉驅動力的單軸旋轉支架。該裝置的基本原理是通過細胞繞水平軸的旋轉,當轉速快于細胞重力方向的時間

5、閾值時,細胞因喪失或者降低對固定重力方向的感知而產(chǎn)生類似于空間微重力下的生物學效應。
　　3.模擬微重力對rMSCs增殖行為的影響及相關分子機理細胞計數(shù)和CCK-8試劑盒檢測模擬微重力對rMSCs增殖的影響,發(fā)現(xiàn)模擬微重力1天對rMSCs增殖沒有明顯影響,模擬微重力3天、5天明顯抑制rMSCs增殖。
　　RT-PCR檢測模擬微重力對rMSCs中cyclin D1 mRNA表達的影響,發(fā)現(xiàn)與對照組相比,模擬微重力顯著抑制rMS

6、Cs中cyclin D1 mRNA的表達。模擬微重力作用下rMSCs中β-catenin mRNA的表達沒有明顯變化。免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)模擬微重力作用下MSCs的細胞質中游離的β-catenin明顯下降,并且β-catenin向細胞核的轉移量也降低。模擬微重力環(huán)境顯著下調MSCs中Wnt3a mRNA的表達,但不影響DKK-1 mRNA的表達。結果表明,微重力可能通過抑制經(jīng)典Wnt信號通路抑制rMSCs增殖。
　　4.模擬微重力對r

7、MSCs遷移行為的影響及其相關分子機理Transwell跨膜遷移模型和劃痕遷移模型考察了模擬微重力對rMSCs遷移能力的影響。結果顯示,模擬微重力作用24h后rMSCs的劃痕遷移能力受到明顯抑制,恢復重力24h并沒有恢復rMSCs的遷移能力。此外,不管是在無血清培養(yǎng)基還是1％血清培養(yǎng)基的誘導條件下,模擬微重力24 h后rMSCs的跨膜遷移能力都受到明顯抑制。
　　進一步研究了模擬微重力影響rMSCs遷移行為的機理。原子力顯微鏡檢測

8、結果發(fā)現(xiàn),模擬微重力作用24h顯著提高rMSCs的楊氏模量,恢復重力24h后,上調的楊氏模量明顯恢復。免疫熒光染色考察模擬微重力對rMSCs中F-actin的影響,結果顯示,模擬微重力作用24h明顯促進F-actin細胞骨架的表達和聚合,恢復重力24h后,rMSCs中F-actin細胞骨架明顯下調。結果表明,模擬微重力下rMSCs遷移能力的下降可能與細胞骨架重構和細胞硬度變化有關。
　　本文研究結果表明,模擬微重力可能通過下調Wn