增加的肝再生磷酸酶-1通过血小板源性生长因子信号通路触发受损卵巢中的血管重塑

Increased phosphatase regenerating liver-1 trigger vascular remodeling in injured ovary via platelet-derived growth factor signaling pathway.

作者信息Hyeri Park, Jin Seok, Jun Hyeong You, Jae Yeon Kim, Ja-Yun Lim, Gi Jin Kim
PMID35255961
发布时间2022-03-07
DOI10.1186/s13287-022-02772-9

实验完整度

高

文献包含体外细胞实验(HUVECs管形成和通透性)、体内动物模型(OVX大鼠)和离体卵巢培养,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

SD大鼠部分卵巢切除(OVX)模型 人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 卵巢外植体离体培养 胎盘来源间充质干细胞(PD-MSCs)

重点核对

PD-MSCs过表达PRL-1的构建方法(非病毒AMAXA电转)及移植细胞数量(5×10^5) OVX大鼠模型构建:7周龄雌性SD大鼠单侧卵巢切除,移植后1、3、5周分析 PRL-1过表达后PDGF-BB分泌水平及PDGFRβ表达 离体实验中siRNA-PRL-1敲低和PDGFR抑制剂imatinib(1μM)处理对PDGF信号通路的影响 血管重塑和卵巢功能的检测指标(血管数量、厚度、管腔面积、周细胞标记物NG2/CD31、血管通透性ERG-3、激素水平AMH、E2等)

摘要

背景 卵巢中的血管异常导致不孕,伴随因卵巢组织微环境贫瘠而导致的卵巢功能不全。胎盘来源间充质干细胞(PD-MSCs,Naïve)治疗卵巢功能障碍显示出血管生成效果,然而卵巢功能与血管重塑之间的治疗机制仍不清楚。因此,我们研究了通过肝再生磷酸酶-1(PRL-1),其与生殖系统中的血管生成相关,过表达PD-MSCs是否能够在部分卵巢切除的大鼠模型受损卵巢组织中最大化血管生成效应,以及通过增强的血管功能经由PDGF信号通路的治疗机制。 方法 通过非病毒AMAXA基因递送系统生成PD-MSCsPRL-1(PRL-1),并分析卵巢中的血管重塑和卵泡发育。Sprague-Dawley(SD)大鼠卵巢切除一周后,移植Naïve和PRL-1。在移植后1、3和5周处死动物,分析血管重塑和卵泡发育。此外,进行了人脐静脉内皮细胞(HUVECs)和卵巢外植体培养以证明PRL-1的具体作用和机制。 结果 卵巢组织中的血管结构(如血管数量、厚度和管腔面积)在Naïve和PRL-1过表达PD-MSC(PRL-1)移植(Tx)组与非移植(NTx)组相比显示变化。尤其,与NTx相比,PRL-1诱导血小板源性生长因子(PDGF)表达增加,该因子在血管重塑及卵泡发育中发挥作用。此外,与NTx相比,PRL-1组动脉中与周细胞和血管通透性相关的基因表达显著增强(p < 0.05)。PRL-1通过激活PDGF信号通路增强HUVECs的血管形成和通透性。 结论 我们的结果表明,PRL-1通过PDGF信号通路增强血管功能从而恢复卵巢功能。这些发现为功能增强的干细胞疗法对生殖系统的影响提供了新见解,并应为开发退行性医学中更有效的疗法提供新途径。

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
PRL-1过表达的PD-MSCs能否通过增强血管功能恢复卵巢功能,及其机制是否涉及PDGF信号通路。
核心机制
PRL-1通过激活PDGF信号通路(上调PDGF-BB、PDGFRβ,并促进下游PERK/ERG等)增强血管重塑,从而恢复卵巢功能。
主要证据
体内OVX大鼠模型移植PRL-1-PD-MSCs后,血管结构改善、周细胞募集增加、血管通透性降低,血清中AMH和E2水平升高,卵泡发育改善;体外HUVECs管形成和通透性实验证实PRL-1通过PDGF信号通路发挥作用;离体卵巢培养中应用siRNA-PRL-1和PDGFR抑制剂证实了PDGF通路的关键作用。
研究意义
研究为功能增强的干细胞疗法在生殖系统中的应用提供新见解,并为开发退行性疾病的更有效疗法提供新途径。

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

体外模型构建与功能验证

验证PRL-1过表达的PD-MSCs对HUVECs血管形成和通透性的影响

通过非病毒AMAXA系统将PRL-1质粒转染入PD-MSCs,获得PRL-1过表达细胞;将HUVECs用5-FU处理损伤后,与Naïve或PRL-1细胞共培养,观察管形成和通透性。

2

动物模型建立与细胞移植

评估PRL-1-PD-MSCs移植对OVX大鼠卵巢功能的影响

对7周龄雌性SD大鼠进行单侧卵巢切除,一周后通过尾静脉注射移植Naïve或PRL-1-PD-MSCs(5×10^5细胞),在移植后1、3、5周处死动物,收集卵巢组织和血液,进行组织学、分子和生化分析。

3

血管结构和功能分析

评估PRL-1-PD-MSCs移植对卵巢血管重塑的影响

通过H&E染色和3D HISTECH分析血管数量、厚度和管腔面积;免疫组化分析PDGFRβ定位;免疫荧光分析NG2/CD31比率和LC3B表达;western blot检测ERG-3等血管通透性因子。

4

分子机制验证

验证PRL-1通过PDGF信号通路影响卵巢血管重塑和卵泡发育

在体外和离体实验中,使用siRNA-PRL-1敲低PRL-1,或用imatinib抑制PDGFR,或添加重组PDGF-BB,检测PDGF-BB、PDGFRβ、VEGF、VEGFR2及卵泡发育相关基因的表达。

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-最低必需培养基HyClone--
胎牛血清Gibco-BRL--
青霉素/链霉素Gibco-BRL--
成纤维细胞生长因子4Peprotech--
肝素Sigma-Aldrich--
4D AMAXA核转染系统Lonza--
PKH67荧光细胞连接试剂盒Sigma-Aldrich--
TRIzol试剂Ambion, Thermo Fisher Scientific--
Nanodrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
Superscript III反转录酶Invitrogen--
SYBR Ex TaqRoche--
基质胶Corning--
siRNA-PRL-1Invitrogen--
插入式培养皿(8 μm孔径)SPL--
甲磺酸伊马替尼Sigma-Aldrich--
重组PDGFPeproTech--
NE-PER™核和胞质提取试剂Thermo Fisher Scientific--
RIPA裂解缓冲液Sigma-Aldrich--
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
磷酸酶抑制剂混合物genDEPOT--
PVDF膜Bio-Rad Laboratories--
Transfer Turbo系统Bio-Rad Laboratories--
Clarity Western ECL试剂盒Bio-Rad Laboratories--
ChemiDoc XRS+成像系统Bio-Rad Laboratories--
兔抗PDGF受体β抗体(28E1; 3169S)Cell Signaling Technology3169S
小鼠抗PDGFR-α抗体(C-9; sc-398206)Santa Cruz Biotechnologysc-398206
小鼠抗HIF-1α抗体(28b; sc-13515)Santa Cruz Biotechnologysc-13515
兔抗CD105抗体(内皮糖蛋白;bs-4609R)Bioss Antibodiesbs-4609R
兔抗VEGF受体2抗体(D5B1; 9698S)Cell Signaling Technology9698S
兔抗总mTOR抗体(7C10; 2983S)Cell Signaling Technology2983S
兔抗mTOR(磷酸化S2448;ab109268)Abcamab109268
兔抗LC3B抗体(2775S)Cell Signaling Technology2775S
小鼠抗Erg-1/2/3抗体(D-3; sc-271048)Santa Cruz Biotechnologysc-271048
小鼠抗Nobox抗体(D-3; sc-390016)Santa Cruz Biotechnologysc-390016
兔抗BMP15抗体(MBS2516631)MybiosourceMBS2516631
兔抗EGF受体抗体(2232S)Cell Signaling Technology2232S
真空采血管BD Biosciences--
雌激素ELISA试剂盒Biovision--
AMH ELISA试剂盒Elabscience Biotechnology--
FSH ELISA试剂盒Abnova--
睾酮ELISA试剂盒Mybiosource--
10%中性缓冲福尔马林BBC--
伊红Y溶液Sigma-Aldrich--
EDTAeLbio--
一抗稀释液Dako--
Dako Real EnVision HRP兔/小鼠二抗Dako--
DAB显色剂Dako--
山羊抗PECAM-1抗体(CD31; sc-1506)Santa Cruz Biotechnologysc-1506
含DAPI封片剂(Vectashield)Vectashield--
ECM培养基Science Cell--
葡聚糖Sigma-Aldrich--
96孔黑色检测板Costar--

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
细胞培养与转染
PD-MSCs的分离来源(胎盘绒毛板)、培养条件(α-MEM+10% FBS+1% P/S+25ng/ml FGF-4+1μg/ml heparin)、转染试剂(4D AMAXA系统)及细胞数量(5×10^5)
阅读提示:参见Materials and methods: Cell culture and gene transfection
动物模型构建与移植
SD大鼠周龄(7周)、OVX手术方式(单侧卵巢切除)、每组动物数(5只)、移植时间(术后1周)、细胞数量(5×10^5)、移植途径(尾静脉注射)
阅读提示:参见Materials and methods: Construction of the OVX rat model and transplantation of stem cells
血管结构分析
血管数量、厚度和管腔面积的测量方法(3D HISTECH程序);H&E染色流程(4μm切片,苏木精和伊红染色)
阅读提示:参见Results: Fig. 1及Materials and methods: H&E staining for follicle counting
离体实验
卵巢外植体培养条件(Matrigel包被、24孔板);siRNA-PRL-1浓度(50nM);imatinib浓度(1μM);重组PDGF浓度(10ng/ml);共培养时间(48小时)
阅读提示:参见Materials and methods: Ovarian explant ex vivo culture
分子检测
qRT-PCR条件(SYBR Ex Taq,循环参数);Western blot抗体稀释度及检测蛋白(PDGFRα、PDGFRβ、ERG-3等);ELISA检测激素种类(AMH、E2、FSH、TES)
阅读提示:参见Materials and methods: RNA isolation and quantitative real-time polymerase chain reaction, Protein isolation and western blotting, ELISA