表达C1q/肿瘤坏死因子相关蛋白-3的间充质基质细胞减轻小鼠心肌梗死后的心脏损伤

C1q/tumor necrosis factor-related protein-3-engineered mesenchymal stromal cells attenuate cardiac impairment in mice with myocardial infarction.

作者信息Zhengbin Zhang, Liwen Zhu, Pan Feng, Yanzhen Tan, Bing Zhang, Erhe Gao, Xiaowu Wang, Chongxi Fan, Xiaoming Wang, Wei Yi, Yang Sun
PMID31296837
发布时间2019-07-11
DOI10.1038/s41419-019-1760-5

实验完整度

包含体外细胞实验、基因过表达/敲低、动物MI模型、功能与机制验证等多个独立证据层级。

主要模型

小鼠骨髓间充质干细胞 心肌梗死小鼠模型 CTRP3敲除小鼠来源的MSCs 过表达/敲低CTRP3的MSCs

重点核对

MI模型:C57BL/6J小鼠,8周龄,永久性结扎左前降支冠状动脉 MSCs注射:2×10^5细胞/25μL PBS,心肌内注射至梗死边界区 体外应激模型:血清 deprivation联合400μM H2O2处理24小时;缺氧(1% O2)联合血清 deprivation 12小时 剂量:hCTRP3蛋白处理浓度(6 μg/mL用于增殖实验) ERK1/2抑制剂:U0126预处理浓度10μM

摘要

间充质基质细胞(MSCs)移植为心肌梗死治疗提供了一种有吸引力的替代方案。然而,细胞植入率低和存活率低限制了其修复能力。C1q/肿瘤坏死因子相关蛋白-3(CTRP3)抑制心肌梗死(MI)后的逆向重塑,并在我们的初步实验中发现由MSCs分泌。我们研究了CTRP3的过表达是否改善移植MSCs的存活并增强其对MI的疗效,以及沉默CTRP3是否减弱这些作用。对于功能获得性分析,在冠状动脉结扎后立即将过表达CTRP3的MSCs(LvC3-MSCs)、对照病毒转染的MSCs(LvNull-MSCs)、单独MSCs或磷酸盐缓冲液(PBS)注射到梗死周边区域。对于功能缺失性分析,将MI小鼠随机分组,并给予CTRP3敲低MSCs(LvshC3-MSCs)、Lvshctrl-MSCs、MSCs或PBS。4周后评估小鼠的存活率、心脏功能和心肌重塑。与PBS组相比,注射MSCs或LvNull-MSCs在MI后4周改善了左心室射血分数,抑制了心脏纤维化,并调节了梗死边界区的细胞谱。此外,hCTRP3的过表达促进了MSCs治疗MI的疗效。然而,敲低CTRP3则损害了这种疗效。共培养实验证实,富含hCTRP3的条件培养基(CM)促进MSCs迁移并保护免受H2O2诱导的细胞损伤。相反,来自C3−/− MSCs(CTRP3敲除)的CM显著降低了MSCs的迁移和抗氧化作用。单独的CTRP3蛋白通过上调基质金属蛋白酶9(MMP9)和增加超氧化物歧化酶2(SOD2)及金属硫蛋白1/2(MT1/2)的表达来促进MSCs增殖和迁移,并保护免受氧化损伤;这些作用可被细胞外信号调节激酶(ERK1/2)抑制剂U0126预处理阻断。CTRP3的过表达通过增加细胞存活和滞留,显著提高了MSCs治疗MI的疗效,其机制涉及ERK1/2-MMP9和ERK1/2-SOD2/MT1/2信号通路。

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
CTRP3过表达能否改善移植MSCs的存活和滞留,从而增强其对心肌梗死的治疗效果?
核心机制
CTRP3通过激活ERK1/2信号通路上调MMP9、SOD2和MT1/2,分别促进MSCs增殖/迁移和抗氧化保护。
主要证据
体内实验表明,过表达CTRP3的MSCs提高MI小鼠存活率、改善心功能、减少纤维化,并增加MSCs存活/滞留;体外实验证实CTRP3促进MSCs迁移、抑制H2O2诱导的凋亡,且这些作用依赖于ERK1/2通路。
研究意义
CTRP3基因修饰的MSCs可能为心肌梗死提供一种新的治疗策略,同时有益于MSCs和心肌细胞,增强MSCs的疗效。

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

MSCs分离与鉴定

获取并验证小鼠骨髓间充质干细胞

从小鼠骨髓中分离MSCs,培养至第4代,通过流式细胞术检测表面标志物(CD29、CD44阳性,CD34、CD45阴性),并通过成骨和成脂分化实验验证多能性。

2

体外应激模型建立及CTRP3表达检测

模拟缺血环境,检测CTRP3在应激条件下的表达变化

建立血清剥夺联合缺氧或H2O2处理模型,通过RT-qPCR和Western blot检测CTRP3的mRNA和蛋白水平。

3

CTRP3过表达和敲低的MSCs构建

获得CTRP3过表达和敲低的MSCs用于功能研究

使用慢病毒载体转导MSCs,过表达hCTRP3(LvC3-MSCs)或敲低CTRP3(LvshC3-MSCs),并设置对照(LvNull-MSCs、Lvshctrl-MSCs)。

4

心肌梗死模型建立及MSCs移植

评估CTRP3过表达/敲低MSCs对MI的治疗效果

在C57BL/6J小鼠中结扎左前降支冠状动脉建立MI模型,立即心肌内注射MSCs(2×10^5细胞)或PBS,分为不同处理组,监测存活率和心功能。

5

心脏功能与重塑评估

评估MSCs移植对MI后心脏功能和结构的影响

通过超声心动图评估LVEF,通过Masson染色评估纤维化,通过免疫荧光染色检测血管密度(vWF、αSMA)和细胞凋亡(TUNEL)。

6

MSCs存活和滞留评估

评估CTRP3对移植MSCs在梗死心脏中存活和滞留的影响

通过GFP免疫荧光染色检测移植后1、7、14天MSCs数量,并通过共染色评估MSCs分化。

7

体外功能验证

验证CTRP3对MSCs增殖、迁移和抗凋亡的影响

使用CCK-8检测细胞增殖,使用transwell迁移实验检测迁移,使用流式细胞术和TUNEL检测凋亡,使用LDH检测细胞死亡。

8

机制探索

阐明CTRP3促进MSCs功能效应的分子机制

通过RT-qPCR和Western blot检测相关基因表达,通过明胶酶谱法检测MMP9活性,使用ERK1/2抑制剂U0126验证通路参与。

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
C57BL/6小鼠MSC基础培养基Cyagen BiosciencesMUBMX-90011
胎牛血清----
流式染色缓冲液ThermoFisher4311084
抗CD16/32抗体eBioscience14-0161
抗CD29-FITCeBioscience11-0291
抗CD34-FITCMilliporeCBL555F
抗CD44-PEBiolegend103007
抗CD45-FITCeBioscience11-0461
流式染色缓冲液eBioscience00-4222-26
茜素红S染色试剂盒Cyagen BiosciencesMUBMX-90021
油红O染色试剂盒Cyagen BiosciencesMUBMX-90031
Hanks缓冲液Gibco14175079
Napco 8000 WJ低氧培养箱Thermo Fisher Scientific--
聚凝胺----
TUNEL试剂盒Roche Diagnostics Corporation11684817910
OCT包埋剂Sakura Finetek USA, Inc.4583
抗血管性血友病因子抗体Abcamab6994
抗α平滑肌肌动蛋白抗体Abcamab5694
抗波形蛋白抗体Abcamab8978
PE偶联的山羊抗小鼠IgGSolarbioA10703G-PE
Cy3偶联的山羊抗兔IgGZhuangzhibioEK022
pET30a载体Novagen, Merck--
HisTrap HP柱GE Healthcare17-5247-01
Pierce高容量内毒素去除离心柱Pierce, ThermoFisher--
离心过滤器MilliporeUFC900396
CCK-8试剂盒Beyotime--
Transwell小室Corning Inc.3422
基底膜提取物Trevigen3455-096-02
结晶紫溶液----
Annexin V-FITC/PI染色试剂盒7sea BiotechA005-3
LDH细胞毒性检测试剂盒BeyotimeA020-2
SpectraMax M5酶标仪Molecular Devices--
RNA simple总RNA提取试剂盒TIANGENDP419
Prime Script RT预混液TakaraRR036A
TaKaRa SYBR Premix Ex Taq IITakaraRR820A
CFX-96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23227
Amicon Ultra-15 3K超滤管Millipore--
抗CTRP3抗体Abcamab36870
抗CCNA2抗体Abcamab38
抗CCNB1抗体Cell Signaling Technology4135
抗Nusap1抗体InvitrogenPA5-42841
抗MMP3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-21732
抗MMP9抗体Abcamab38898
抗MT1/2抗体Abcamab12228
抗SOD2抗体Cell Signaling Technology13141
抗磷酸化AKT抗体Cell Signaling Technology4058
抗AKT抗体Cell Signaling Technology2967
抗磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology9106S
抗ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4696S
抗磷酸化AMPK抗体Cell Signaling Technology2531
抗AMPK抗体Cell Signaling Technology2532
抗磷酸化JNK抗体ElabscienceEAP1789
抗JNK抗体Abcamab199380
抗β-微管蛋白抗体CMCTAGAT0003
抗β-肌动蛋白抗体CMCTAGAT0001
抗GAPDH抗体CMCTAGAT0002
抗兔二抗Zhongshan CompanyZB-2301
抗小鼠二抗Zhongshan CompanyZB-2305
Bio-Rad成像系统Bio-Rad--
VisualSonics VeVo 2100成像系统VisualSonics--
GraphPad Prism 6GraphPad--
U0126MCEHY-12031

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
MSCs分离与培养
小鼠品系、周龄;培养基类型;传代次数;培养条件(37°C、5% CO2)
阅读提示:Materials and methods: Isolation, culture, and characterization of MSCs
体外应激模型
H2O2浓度(400μM)、处理时间(24小时);缺氧浓度(1% O2)、处理时间(12小时)
阅读提示:Materials and methods: Establishment of cell stress models
病毒转导
慢病毒感染复数(MOI=50)、polybrene浓度(5 μg/mL)、感染时间(48小时)
阅读提示:Materials and methods: Lentivirus vectors and MSCs transduction
心肌梗死模型
小鼠品系、周龄;麻醉方式;结扎方法;细胞注射剂量(2×10^5)和体积(25μL)
阅读提示:Materials and methods: Animal model of MI, MSCs transplantation, and study protocol
心脏功能评估
超声心动图检测时间点(1、7、28天);LVEF计算方式
阅读提示:Materials and methods: Echocardiographic analysis
组织学分析
Masson染色切片厚度(5μm)、切片数量;TUNEL染色切片数量;免疫荧光染色抗体
阅读提示:Materials and methods: Masson staining, TUNEL staining, Immunofluorescence staining
MSCs存活和滞留检测
GFP检测时间点(1、7、14天);切片厚度(8μm);定量方法(GFP阳性细胞/1000核)
阅读提示:Materials and methods: Monitoring of the survival and retention
体外功能实验
CCK-8孵育时间(2-4小时);迁移实验细胞数(2×10^5)和孵育时间(24h);凋亡检测细胞数(5×10^4);LDH检测H2O2处理时间(24h)
阅读提示:Materials and methods: Cell growth assay, Two-chamber migration assay, Flow cytometry analysis, LDH assay
机制验证
U0126浓度(10μM)和预处理时间(2小时);CTRP3蛋白处理时间(48小时用于基因表达);检测基因和蛋白
阅读提示:Materials and methods: RT-qPCR, Western blotting, In-gel zymography; Results section 'Activation of ERK1/2 signaling...'