Activin A在牙髓干细胞与内皮细胞直接共培养中调控血管形成与稳定

Activin a regulates vascular formation and stabilization in direct coculture of dental pulp stem cells and endothelial cells

作者信息Jialin Zhong, Yuchen Zhang, Shulan Lin, Jun Kang, Mingxin Hu, Junqing Liu, Ying Chen, Qianzhou Jiang, Chengfei Zhang
PMID40106315
发布时间2025-07
DOI10.1111/iej.14226

实验完整度

包含直接/间接共培养模型、条件培养基处理、细胞功能实验(增殖、迁移、管形成、出芽)、机制验证(VEGFR表达、siRNA/敲低)等多层次证据。

主要模型

DPSC-HUVEC直接共培养模型 HUVEC单培养模型 DPSC单培养模型 Matrigel管形成模型 HUVEC球体出芽模型

重点核对

DPSC和HUVEC共培养比例为1:1,共培养培养基为EGM-2与完全α-MEM按1:1混合 Activin A处理浓度为100 ng/mL VEGF处理浓度为25 ng/mL 中和Activin A IgG使用浓度为15 μg/mL DPSC和HUVEC共培养接种密度为2×10^4 cells/cm²

摘要

目的:及时建立功能性血液循环对牙髓组织再生至关重要。间充质干细胞(MSCs)可作为壁细胞稳定新生血管,加速吻合。我们的初步研究发现,牙髓干细胞(DPSCs)与人脐静脉内皮细胞(HUVECs)直接共培养可显著增强Activin A分泌。本研究旨在揭示Activin A表达的动态变化及其对血管形成和稳定的调控作用。方法:将DPSCs和HUVECs按1:1比例直接共培养3天和6天。通过qRT-PCR和ELISA评估Activin A和Follistatin的表达。将HUVECs分别暴露于100 ng/mL Activin A或由DPSC单培养和DPSC-HUVEC共培养产生的条件培养基(CM)。评估HUVEC的增殖、迁移、管形成和血管出芽。同时,在第3天和第6天分析膜结合型血管内皮生长因子受体(mVEGFR1和mVEGFR2)和可溶性VEGFR1(sVEGFR1)。结果:在DPSC-HUVEC共培养期间,Activin A的表达和分泌随时间依赖性升高。DPSC-HUVEC共培养中Follistatin表达降低,而Activin A/Follistatin比值显著增加。Activin A处理未促进DPSC向平滑肌细胞(SMC)特异性分化,而Activin A和DPSC+HUVEC-CM抑制了HUVEC的增殖、迁移、管形成和出芽。Activin A和DPSC+HUVEC-CM处理显著增加了mVEGFR1表达和sVEGFR1分泌,抑制了HUVEC血管形成。Activin A IgG通过降低VEGFR1表达和增加血管形成,部分逆转了DPSC+HUVEC-CM对HUVECs的作用。Activin A预处理下调了VEGF触发的HUVEC VEGFR2磷酸化。INHBA敲低的DPSCs破坏了预形成的HUVEC血管管状网络的稳定性。结论:DPSC-HUVEC直接共培养上调Activin A分泌,干扰HUVECs中VEGF受体的平衡,从而抑制HUVEC血管出芽并增强血管稳定。这些发现为DPSC-HUVEC直接共培养中血管稳定的旁分泌相互作用提供了新见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探讨牙髓干细胞与内皮细胞直接共培养中Activin A表达的动态变化及其对血管形成和稳定的调控作用。
核心机制
DPSC-HUVEC直接共培养促进DPSC分泌Activin A,Activin A通过上调HUVEC中VEGFR1(mVEGFR1和sVEGFR1)表达,增加VEGFR1/VEGFR2比值,作为VEGF诱饵受体减少VEGFR2磷酸化,从而抑制VEGF介导的血管生成并增强血管稳定。
主要证据
ELISA显示共培养中Activin A分泌显著升高;CCK-8、划痕、管形成和出芽实验表明Activin A抑制HUVEC功能;Western blot和ELISA证实VEGFR1表达和分泌上调,VEGFR2磷酸化降低;INHBA敲低DPSCs破坏血管网络稳定性。
研究意义
揭示Activin A在牙髓血管再生中的关键作用,为促进牙髓血管化和再生的分子靶点提供新见解。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立共培养模型并检测Activin A表达

验证DPSC-HUVEC直接共培养是否促进Activin A表达和分泌。

将DPSCs和HUVECs以1:1比例直接共培养,或通过Transwell间接共培养,并通过ELISA和qRT-PCR检测Activin A和Follistatin的表达和分泌水平。

2

评估Activin A对DPSC分化的影响

探究Activin A是否促进DPSC向平滑肌细胞分化。

用不同浓度Activin A(25、50、100 ng/mL)处理DPSC 6天,通过Western blot检测SMC标志物(α-SMA、Calponin 1、SM22α)的表达。

3

测定Activin A对HUVEC血管生成功能的影响

验证Activin A对HUVEC增殖、迁移、管形成和出芽等血管生成功能的作用。

用Activin A(100 ng/mL)或VEGF(25 ng/mL)处理HUVEC,通过CCK-8、划痕、Matrigel管形成和球体出芽实验评估其功能。

4

利用条件培养基验证旁分泌机制

确认DPSC-HUVEC共培养分泌的Activin A是否介导对HUVEC血管生成的抑制作用。

用DPSC单培养条件培养基(D-CM)和DPSC-HUVEC共培养条件培养基(D+E-CM)处理HUVEC,并加入中和Activin A抗体,检测HUVEC功能变化。

5

分析VEGF受体表达变化

阐明Activin A是否通过调节VEGF受体平衡影响血管生成。

在共培养或Activin A处理的HUVEC中,通过qRT-PCR、Western blot和ELISA检测VEGFR1(FLT-1)和VEGFR2(KDR)的表达及磷酸化水平。

6

敲低INHBA验证Activin A对血管稳定性的作用

验证DPSC来源的Activin A对预形成血管网络稳定性的必要性。

将INHBA敲低或对照DPSC加入预形成的HUVEC管状网络,观察血管结构的稳定性变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
α-MEM培养基Thermo Fisher Scientific--
内皮生长培养基-2LonzaCC-3162
胎牛血清Thermo Fisher Scientific--
青霉素/链霉素Sigma-Aldrich--
Transwell插入式培养皿Corning3450
Dynabeads CD31内皮细胞分选磁珠Thermo Fisher Scientific11155D
CCK-8试剂盒APExBIO--
Activin A重组蛋白R&D Systems338-AC-050
重组人VEGF165Peprotech--
Matrigel基质胶Corning354234
μ-玻片血管生成载玻片ibidi81506
牛血浆纤维蛋白原Sigma-AldrichF8630
PrimeScript逆转录预混液TakaraRR036A
SYBR Premix Ex Taq II实时荧光定量PCR试剂TakaraRR82LR
StepOne实时荧光定量PCR仪Thermo Fisher Scientific--
Activin A酶联免疫吸附测定试剂盒R&D SystemsDY338
Follistatin酶联免疫吸附测定试剂盒R&D SystemsDY669
可溶性VEGFR1酶联免疫吸附测定试剂盒R&D SystemsDY321B
VEGF酶联免疫吸附测定试剂盒R&D SystemsDY293B
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
抗SM22α抗体Abcamab14106
抗Calponin 1抗体Abcamab46794
抗α-SMA抗体Cell Signaling Technology19245S
抗vWF抗体Abcamab6994
抗CD31抗体Abcamab24590
抗INHBA抗体Abcamab128958
抗VEGFR1抗体Proteintech13687-1-AP
抗磷酸化VEGFR2抗体Cell Signaling Technology2478
抗VEGFR2抗体Abcamab39638
抗GAPDH抗体Abcamab181602
靶向INHBA的慢病毒(sh-INHBA)Santa Cruz Biotechnologysc-39783-V
FLT-1小干扰RNASanta Cruz Biotechnologysc-29319
脂质体转染试剂3000Invitrogen--
GraphPad Prism 9.0统计软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
DPSCs和HUVECs的供应商、培养条件和传代范围;细胞培养基和添加成分
阅读提示:见Materials and Methods - Cell culture
DPSC-HUVEC直接共培养
共培养比例、接种密度、培养基组成和培养时间
阅读提示:见Materials and Methods - Direct coculture of DPSCs and HUVECs
Activin A处理
Activin A处理浓度和时间;VEGF处理浓度
阅读提示:见Materials and Methods - Proliferation assay, Scratch assay, Tube formation assay, Sprouting assay
条件培养基制备
CM制备方法、稀释比例、中和抗体浓度
阅读提示:见Materials and Methods - Conditioned medium preparation
VEGF受体表达分析
qRT-PCR检测的基因和时间点;ELISA检测的分泌因子;Western blot检测的蛋白
阅读提示:见Materials and Methods - qRT-PCR, ELISA, Western blot 以及 Results - Upregulation of VEGFR1 in DPSC-HUVEC coculture
基因敲低实验
shRNA或siRNA的目标基因、转染方法和效率验证
阅读提示:见Materials and Methods - Cell transfection with siRNA/shRNA
Matrigel管形成和稳定性实验
Matrigel浓度、种板密度、预形成网络时间、DPSC加入时间和比例
阅读提示:见Materials and Methods - Tube formation assay 和 Results - Knocking down Activin A inhibits vessel stability
出芽实验
球体制备方法、纤维蛋白原浓度和凝固条件
阅读提示:见Materials and Methods - Sprouting assay