人脐带间充质干细胞对高脂饮食兔模型中主动脉粥样硬化斑块的治疗潜力

Therapeutic potential of human umbilical cord mesenchymal stem cells on aortic atherosclerotic plaque in a high-fat diet rabbit model.

作者信息Yanhong Li, Guiying Shi, Yunlin Han, Haiquan Shang, Huiwu Li, Wei Liang, Wenjie Zhao, Lin Bai, Chuan Qin
PMID34266502
发布时间2021-07-15
DOI10.1186/s13287-021-02490-8

实验完整度

包含体内动物模型、组织病理学、免疫组化、肠道菌群和代谢物检测等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制分析。

主要模型

高脂饮食诱导的日本大耳白兔动脉粥样硬化模型

重点核对

UCSCs剂量:6×10^6细胞/500μL PBS,经耳缘静脉注射,每2周一次,持续3个月;模型组给予相同体积PBS;对照组常规饲养,不注射。 高脂饮食组成:含0.5%胆固醇、5%猪油、5%蛋黄粉、0.2%猪胆盐和89.3%基础饲料,每日150g,持续16周。 样本量:每组10只兔(5雌5雄),部分检测n=6-8。 检测指标:主动脉油红O染色斑块面积、免疫组化检测CD68、IL-6、TNF-α、IL-10、TGF-β等,TUNEL凋亡、Ki67增殖、CD31内皮标记。

摘要

人脐带间充质干细胞对高脂饮食兔模型中主动脉粥样硬化斑块的治疗潜力。 背景 动脉粥样硬化(AS)是一种由血脂异常和慢性炎症共同引起的复杂疾病。AS与严重的心血管疾病相关,并且仍然是全球死亡的主要原因。间充质干细胞(MSCs)已成为治疗包括AS在内的多种疾病的有吸引力的治疗剂。人脐带间充质干细胞(UCSCs)因其分化和增殖能力而用于细胞治疗试验。本研究旨在探讨UCSCs治疗对高脂饮食兔模型中动脉粥样硬化斑块形成和病变进展的影响。 方法 兔子喂食高脂饮食,然后随机分为三组:对照组、模型组和治疗组。治疗组兔子在高脂饮食1个月后注射UCSCs(6×10^6个细胞溶于500μL磷酸盐缓冲液中),每2周一次,持续3个月。模型组仅给予PBS。我们分析了血清生物标志物,使用超声和组织病理学检测动脉斑块,使用激光多普勒成像测量外周血管血流充盈,并分析了肠道菌群和代谢。 结果 组织学分析显示,治疗组主动脉斑块面积显著减少。我们还发现,UCSCs治疗后,巨噬细胞积累和凋亡显著减少,清道夫受体CD36和SRA1的表达增加,修饰低密度脂蛋白(ox-LDL)的摄取减少,促炎细胞因子白细胞介素(IL)-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α的水平降低。我们还发现,治疗组主动脉粥样硬化斑块中抗炎细胞因子IL-10和转化生长因子(TGF)-β的表达增加。UCSCs治疗改善了早期外周血流充盈,降低了血清脂质水平,并通过调节高脂饮食引起的肠道菌群失调抑制了炎症进展。更具体地说,治疗组中微生物群依赖性代谢物氧化三甲胺(TMAO)的水平下调。 结论 UCSCs治疗通过减少炎症、调节肠道菌群和TMAO水平以及修复受损内皮来减轻动脉粥样硬化斑块负担。

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
人脐带间充质干细胞(UCSCs)治疗是否对高脂饮食诱导的兔动脉粥样硬化斑块形成和进展有治疗作用,及其潜在机制。
核心机制
UCSCs通过减轻炎症、调节巨噬细胞极化、修复受损内皮、纠正肠道菌群失调并降低TMAO水平,从而减少ox-LDL摄取和泡沫细胞形成,减轻动脉粥样硬化。
主要证据
体内高脂饮食兔模型:UCSCs治疗后主动脉斑块面积显著减少,巨噬细胞积累和凋亡减少,促炎因子IL-6、TNF-α降低,抗炎因子IL-10、TGF-β升高,CD36和SRA1表达减少,ox-LDL摄取降低,外周血流改善,肠道菌群失调和TMAO水平改善。
研究意义
该研究为UCSCs治疗动脉粥样硬化提供了新的治疗见解,提示其可能成为减轻人类动脉粥样硬化病变发展的有前景的策略。

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

建立高脂饮食兔动脉粥样硬化模型及UCSCs治疗

建立AS动物模型,并评估UCSCs早期干预对斑块形成的影响。

日本大耳白兔随机分为正常、模型和治疗组,模型和治疗组喂食高脂饮食16周;治疗组在饮食1个月后经耳缘静脉注射UCSCs,每2周一次,持续3个月;模型组注射PBS。

2

评估血清脂质和生化指标

检测UCSCs治疗对血清脂质和相关生化指标的影响。

在治疗后1、2、3个月采集血样,通过酶法测定TG、TC、LDL-C,用丙氨酸底物法测ALT,抗体抑制法测CK-MB,免疫透射比浊法测ApoB,使用自动生化分析仪。

3

评估外周血管血流充盈

观察UCSCs治疗对早期外周血管血流的影响。

在高脂饮食后1、2、3、4个月拍摄兔耳血管照片,并在2个月时使用激光多普勒血流成像分析血流。

4

评估动脉粥样硬化斑块形成

通过超声检测动脉粥样硬化斑块的发生率。

在高脂饮食后1个月和3个月,使用彩色多普勒超声诊断系统对主动脉弓、颈动脉和腹主动脉进行成像。

5

组织病理学和免疫组化分析

评估UCSCs对主动脉斑块面积、细胞凋亡、增殖、内皮修复、炎症细胞和细胞因子表达的影响。

安乐死后取主动脉,油红O染色定量斑块面积,HE染色观察病理,免疫组化检测CD68、IL-6、TNF-α、IL-10、TGF-β、CD31、Ki67、CD36、SRA1、ox-LDL等,TUNEL检测凋亡。

6

肠道菌群16S rDNA分析

分析UCSCs治疗对高脂饮食引起的肠道菌群失调的影响。

处死前收集新鲜粪便,进行16S rDNA微生物群落分析,包括alpha和beta多样性分析,以及属水平TOP15菌群相对丰度比较。

7

肝脏TMAO靶向代谢检测

检测UCSCs治疗对肝脏TMAO水平的影响。

处死后收集肝脏组织(约0.5cm³、0.03g),使用LC-MS/MS进行TMAO靶向代谢检测,包括样品研磨、纯化、UPLC分离、MS/MS多反应监测检测。

8

数据分析与统计

评估各组间差异的统计学意义。

使用SPSS 16.0和Microsoft Excel进行统计分析,连续数据以均数±标准差表示,组间差异采用单因素方差分析,P<0.05为显著。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证免疫效应
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
MEM培养基GIBCO12571071
胎牛血清GIBCO10099141C
青霉素-链霉素GIBCO15140122
胰蛋白酶GIBCO25200056
CD90-FITCInvitrogen11-0909-41
CD29-PE-Cy5BD PHOSFLOW559882
CD73-PEInvitrogen12-0739-41
CD105-APCInvitrogen17-1057-41
HLA-APC-Cy7Invitrogen47-9956-41
流式细胞仪Becton Dickinson--
血清管BD--
全自动生化分析仪Beckman--
激光多普勒血流成像仪Moor--
彩色多普勒超声诊断系统SIEMENS--
油红OSigmaO0625
抗干细胞抗原121抗体TakaraY40410
抗ox-LDL抗体Yaji BiologicalTS2004R
抗CD36抗体Biossbs-8873R
抗SRA1抗体Biossbs-6763R
抗CD31抗体Abcamab199012
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗CD68抗体MDLMD11047
抗IL-6抗体Biossbs-6312R
抗TNF-α抗体Biossbs-2150R
抗IL-10抗体Biossbs-0698R
抗TGF-β抗体Biossbs-4538R
ApopTag®Plus过氧化物酶原位凋亡检测试剂盒MilliporeS7101
光学显微镜Olympus--
样品研磨机文中未明确说明--
超声波清洗器文中未明确说明--
超高效液相色谱AB--
串联质谱仪AB Sciex--

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
动物模型建立与UCSCs治疗
兔品系、年龄、体重、性别比例、高脂饮食配方和喂养时长、UCSCs细胞系、剂量、注射途径、频率和持续时间、对照组处理。
阅读提示:参见Methods中'Rabbits'和'Animal model of AS and treatment regimens'部分。
血清生化检测
采血时间点、检测指标(TG、TC、LDL-C、ALT、CK-MB、ApoB)、检测方法、检测仪器。
阅读提示:参见Methods中'Serum biochemical detection'部分和Results中'Serum lipid analysis'部分。
外周血流成像
激光多普勒血流成像仪型号、检测时间点、动物准备(剃毛)、分析指标。
阅读提示:参见Methods中'Analysis of Doppler flow imaging of peripheral vessels'部分和Results中相应部分。
血管超声
超声设备型号、检测时间点、检测血管部位、斑块定义和判读标准。
阅读提示:参见Methods中'Vascular ultrasonic evaluation'部分和Results中'Vascular ultrasonic detection of atherosclerotic plaques'部分。
组织病理与免疫组化
主动脉取材和固定方法、油红O染色方案、定量方法、HE染色、免疫组化抗体、TUNEL试剂盒、光镜观察条件。
阅读提示:参见Methods中'Histopathological analysis'部分和Results中'Pathological changes of aortic atherosclerotic plaques'部分。
肠道菌群分析
粪便采集时间、16S rDNA测序平台、分析方法(alpha/beta多样性、TOP15菌属)。
阅读提示:参见Methods中'16S rDNA microbial community analysis'部分和Results中'Changes in intestinal flora'部分。
TMAO检测
肝脏组织取样量、样品处理步骤、LC-MS/MS条件(UPLC、MS/MS系统)、定量方法。
阅读提示:参见Methods中'TMAO targeted metabolism detection'部分和Results中相应部分。