人脐带间充质干细胞通过减少巨噬细胞极化改善糖皮质激素诱导的股骨头坏死模型中的坏死和骨细胞凋亡

Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells Improve the Necrosis and Osteocyte Apoptosis in Glucocorticoid-Induced Osteonecrosis of the Femoral Head Model through Reducing the Macrophage Polarization.

作者信息Gang Tian, Chuanjie Liu, Qi Gong, Zhiping Yu, Haitao Wang, Daoqiang Zhang, Haibo Cong
PMID34965999
发布时间2022-05-30
DOI10.15283/ijsc21120

实验完整度

包含体内动物模型、组织学染色、免疫荧光、ELISA和Western blot等实验,但缺少体外细胞实验和深入的机制验证。

主要模型

糖皮质激素诱导的股骨头坏死SD大鼠模型 hUC-MSCs

重点核对

hUC-MSCs来源:脐带组织,来自正常足月剖宫产新生儿 ONFH模型诱导:连续两天腹腔注射LPS(40 μg/kg/d),第3至7天肌内注射甲泼尼龙(40 mg/kg/d) hUC-MSCs处理:尾静脉注射0.2 ml(约1×10^6细胞),每周一次,共6周 对照:对照组和模型组尾静脉注射0.2 ml PBS 检测指标:H&E、TUNEL、Masson、TRAP、免疫荧光(CD86、CD206、F4/80)、ELISA(TNF-α、IL-1β、IL-6)、Western blot(AKT、mTOR、p-AKT、p-mTOR)

摘要

背景与目的:凋亡是糖皮质激素(GC)诱导的股骨头坏死(ONFH)的一个显著决定因素。人脐带间充质干细胞(hUC-MSCs)已被证明与疾病模型中的凋亡相关。然而,hUC-MSCs通过调节凋亡在GC诱导的ONFH中的作用仍需进一步研究。方法与结果:在本研究中,通过连续注射脂多糖(LPS)和甲泼尼龙,在体内建立了GC诱导的ONFH模型。通过组织学和末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记(TUNEL)检测评估股骨头的坏死和凋亡。通过Masson和TRAP染色分别测定胶原水平和TRAP阳性细胞。使用免疫荧光法评估M1巨噬细胞极化。使用酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒测定股骨头的促炎细胞因子包括肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1β和IL-6的水平。使用蛋白质印迹法检测AKT、mTOR、p-AKT和p-mTOR的蛋白表达。结果显示,hUC-MSCs处理显著促进了GC诱导的胶原水平下降和TRAP阳性细胞增加。此外,hUC-MSCs处理降低了体内股骨头的坏死和凋亡、巨噬细胞极化、TNF-α、IL-1β和IL-6的水平、p-AKT和p-mTOR的蛋白表达以及p-AKT/AKT和p-mTOR/mTOR的比值。结论:因此,本研究表明hUC-MSCs通过减少巨噬细胞极化改善了GC诱导的ONFH模型中的坏死和骨细胞凋亡,这与抑制AKT/mTOR信号通路相关。

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
hUC-MSCs是否通过调节巨噬细胞极化改善糖皮质激素诱导的股骨头坏死模型中的坏死和骨细胞凋亡?
核心机制
hUC-MSCs通过减少M1巨噬细胞极化,抑制AKT/mTOR信号通路,从而改善股骨头坏死和骨细胞凋亡。
主要证据
在GC诱导的ONFH大鼠模型中,hUC-MSCs处理减少了股骨头的坏死和凋亡(H&E和TUNEL染色),增加了胶原水平(Masson染色),减少了TRAP阳性细胞,降低了M1极化(CD86阳性巨噬细胞比例降低),降低了促炎细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的水平,并抑制了p-AKT和p-mTOR的表达。
研究意义
该研究为GC诱导的ONFH的预防和治疗提供了新的理论基础,提示hUC-MSCs可能作为潜在的治疗策略。

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GC诱导的ONFH大鼠模型

构建糖皮质激素诱导的股骨头坏死动物模型,用于评估hUC-MSCs的治疗作用。

18只雌性SD大鼠随机分为对照组、模型组和hUC-MSCs组,每组6只。模型组和hUC-MSCs组连续两天腹腔注射LPS(40 μg/kg/d),第3至7天肌内注射甲泼尼龙(40 mg/kg/d),之后持续喂养12周建立ONFH模型。hUC-MSCs组尾静脉注射0.2 ml hUC-MSCs(约1×10^6细胞),每周一次,共6周;对照组和模型组注射等量PBS。

2

评估hUC-MSCs对股骨头坏死和凋亡的影响

验证hUC-MSCs是否减轻ONFH模型中的组织坏死和细胞凋亡。

通过H&E染色观察股骨头组织学变化,包括软骨细胞坏死、柱状排列消失、软骨下骨小梁塌陷和空骨陷窝数量;TUNEL染色检测细胞凋亡;Masson染色评估胶原水平;TRAP染色检测破骨细胞数量。

3

评估hUC-MSCs对巨噬细胞极化的影响

检测hUC-MSCs是否调节M1/M2巨噬细胞极化。

通过免疫荧光染色检测M1标记CD86和M2标记CD206,以及巨噬细胞标记F4/80,分析CD86阳性细胞和CD206阳性细胞的比例。

4

检测促炎细胞因子水平

评估hUC-MSCs对炎性细胞因子分泌的影响。

通过ELISA试剂盒检测股骨头组织中TNF-α、IL-1β和IL-6的水平。

5

检测AKT/mTOR信号通路蛋白表达

探究hUC-MSCs发挥保护作用的潜在分子机制。

通过Western blot检测股骨头组织中AKT、p-AKT、mTOR、p-mTOR的蛋白表达,评估AKT/mTOR通路激活状态。

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
脂多糖----
甲泼尼龙----
磷酸盐缓冲液Zhongshan Golden Bridge Biological Technology--
DMI1显微镜LEICA--
TUNEL凋亡检测试剂盒Roche Applied Science49330900
CD86抗体Signalway#48763
CD206抗体Abcamab64693
F4/80抗体Abcamab16911
Cy3标记的山羊抗大鼠IgGServicebioGB21302
FITC标记的山羊抗兔IgGServicebioGB22303
DAPIZhongshan Golden Bridge Biological TechnologyZLI-9557
大鼠TNF-α ELISA试剂盒ZCi BioZC-37624
大鼠IL-1β ELISA试剂盒ZCi BioZC-36391
大鼠IL-6 ELISA试剂盒ZCi BioZC-36404
酶标仪Molecular Devicesspectra max PLUS 384
总蛋白提取试剂盒SolarbioBC3711
蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜Millipore--
牛血清白蛋白Sangon Biotech--
抗AKT抗体Abcamab179463
抗磷酸化AKT抗体Abcamab81283
抗mTOR抗体Abcamab2732
抗磷酸化mTOR抗体Abcamab63552
抗β-actin抗体Abcamab8227
山羊抗兔IgG (H+L)-HRPAbcamab6721
ECL化学发光试剂盒EMD MilliporeWBULS0500
Image-Pro Plus 6.0软件----
SPSS 20.0SPSS Inc.--

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
hUC-MSCs制备
hUC-MSCs分离来源、培养条件及传代次数
阅读提示:Materials and Methods: Preparation of hUC-MSCs
动物模型建立
大鼠品系、性别、周龄、体重、LPS剂量和给药方式、甲泼尼龙剂量和给药方式、模型构建时间
阅读提示:Materials and Methods: Animal model and experimental groups in vivo
hUC-MSCs处理
hUC-MSCs注射途径、剂量、频率、持续时间
阅读提示:Materials and Methods: Animal model and experimental groups in vivo
组织学检测
切片厚度、染色方法、显微镜型号
阅读提示:Materials and Methods: H&E, Masson and TRAP staining assays
凋亡检测
TUNEL试剂盒品牌和货号、切片厚度、凋亡指数计算方法
阅读提示:Materials and Methods: TUNEL staining
巨噬细胞极化检测
抗体类型、稀释比、免疫荧光流程
阅读提示:Materials and Methods: Immunofluorescence assay
ELISA检测
ELISA试剂盒品牌和货号、检测波长
阅读提示:Materials and Methods: Enzyme‐linked immunosorbent assay (ELISA)
Western blot
蛋白提取试剂盒、抗体稀释比、蛋白上样量、封闭液、曝光试剂
阅读提示:Materials and Methods: Western blot assay