胚胎干细胞来源的间充质干细胞减轻急性筋膜室综合征引起的骨骼肌损伤

Embryonic stem cell-derived mesenchymal stem cells alleviate skeletal muscle injury induced by acute compartment syndrome.

作者信息Xiangkang Jiang, Jingyuan Yang, Fei Liu, Jiawei Tao, Jiefeng Xu, Mao Zhang
PMID35841081
发布时间2022-07-15
DOI10.1186/s13287-022-03000-0

实验完整度

包含体外细胞分化鉴定、大鼠ACS模型、体内功能验证、巨噬细胞极化机制验证及巨噬细胞耗竭逆转实验,证据层级充分。

主要模型

人胚胎干细胞系H9来源的ESC-MSCs Sprague-Dawley大鼠急性筋膜室综合征模型 胫骨前肌组织

重点核对

ACS模型建立:2小时筋膜室内压力升高至80±10mmHg ESC-MSCs注射剂量:1.2×10^6 cells/0.5ml PBS,静脉注射 巨噬细胞耗竭:脂质体氯膦酸二钠(5mg/ml, 1ml)于ACS前及后1天静脉注射 检测时间点:1天、3天、7天 样本量:每组7只大鼠

摘要

背景:急性筋膜室综合征(ACS)是肌骨骼损伤的众所周知的并发症,导致肌肉坏死和细胞死亡。胚胎干细胞来源的间充质干细胞(ESC-MSCs)已被证明是ACS的有前景的治疗方法。然而,其有效性和潜在的保护机制仍不清楚。本研究旨在探讨ESC-MSCs在ACS诱导的骨骼肌损伤中的疗效及其潜在机制。方法:共168只雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠通过向左后肢前筋膜室输注生理盐水使筋膜室内压力升高2小时,建立ACS模型。ESC-MSCs由人胚胎干细胞系H9分化而来。在筋膜切开术期间静脉注射1.2×10^6的ESC-MSCs。ACS后评估包括骨骼水肿指数、血清指标、组织学分析、凋亡、纤维化、再生和骨骼肌功能恢复。然后,使用荧光显微镜观察标记的ESC-MSCs在体内的分布,并通过 western blotting 和免疫荧光分析检查骨骼肌中的巨噬细胞浸润。最后,我们使用脂质体氯膦酸二钠耗竭巨噬细胞,并重新评估ESC-MSC治疗对骨骼肌损伤的反应。结果:ESC-MSCs显著减少全身炎症反应、ACS诱导的骨骼肌水肿和细胞凋亡。此外,ESC-MSCs抑制ACS后骨骼肌纤维化,并增加骨骼肌的再生和功能恢复。ESC-MSCs对ACS诱导的骨骼肌损伤的有益作用伴随着CD86阳性M1巨噬细胞极化减少和CD206阳性M2巨噬细胞极化增加。用脂质体氯膦酸二钠耗竭巨噬细胞后,ESC-MSCs的有益作用减弱。结论:我们的研究结果表明,胚胎干细胞来源的间充质干细胞输注可有效减轻ACS诱导的骨骼肌损伤,其中有益作用与巨噬细胞极化的调节有关。

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
ESC-MSCs能否减轻急性筋膜室综合征引起的骨骼肌损伤,其潜在机制是否涉及巨噬细胞极化调节?
核心机制
ESC-MSCs通过减少M1巨噬细胞极化、增加M2巨噬细胞极化,调节炎症反应,从而减轻骨骼肌损伤并促进修复。
主要证据
在大鼠ACS模型中,ESC-MSCs显著降低水肿指数、血清CK、TNF-α、IL-6,升高IL-10,减少凋亡和纤维化,增加再生和功能恢复;巨噬细胞耗竭后这些有益效应减弱。
研究意义
研究表明ESC-MSCs可能成为ACS治疗的稳定细胞来源,并为巨噬细胞在ESC-MSC治疗中的作用提供基础。

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

ESC-MSCs的制备与鉴定

获取并验证具有间充质干细胞表型的ESC-MSCs。

从人ESC系H9经两步法分化为ESC-MSCs,通过流式细胞术检测表面标记物(CD73, CD90, CD105阳性,CD14, CD34, CD45, CD79a, HLA-DR阴性)。

2

建立ACS大鼠模型

模拟急性筋膜室综合征引起的骨骼肌损伤。

雄性SD大鼠麻醉后,向左后肢前筋膜室插入24G导管,输注生理盐水使筋膜室内压力升至80±10mmHg,维持2小时,然后行筋膜切开减压。

3

ESC-MSCs治疗及初步疗效评估

评估ESC-MSCs对ACS诱导的骨骼肌水肿、炎症和组织学损伤的影响。

筋膜切开术后立即静脉注射ESC-MSCs(1.2×10^6/0.5ml PBS)或PBS。在不同时间点测定水肿指数、血清CK、ELISA检测炎症因子,H&E染色评估组织病理。

4

评估细胞凋亡与再生纤维化

检测ESC-MSCs对ACS后骨骼肌凋亡、纤维化及再生的影响。

TUNEL染色和western blot检测凋亡相关蛋白;H&E和Masson染色评估再生和纤维化;肌力测试评估功能恢复。

5

检测巨噬细胞极化

探究ESC-MSCs是否调节巨噬细胞极化。

用PKH26标记ESC-MSCs追踪分布;Western blot和免疫荧光检测CD68、CD86、CD206表达;qPCR检测炎症因子mRNA。

6

巨噬细胞耗竭验证

验证巨噬细胞在ESC-MSC治疗效应中的必要性。

通过静脉注射脂质体氯膦酸二钠(LC)耗竭巨噬细胞,然后评估ESC-MSC治疗对骨骼肌损伤的影响。

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
TrypLE Express----
E8培养基Gibco--
高糖DMEM培养基----
胎牛血清----
L-谷氨酰胺----
抗CD73-PE-Cy7抗体BD Pharmingen--
抗CD90-APC抗体BD Pharmingen--
抗CD105-PE抗体BD Pharmingen--
抗CD34-PE抗体BD Pharmingen--
抗CD45-FITC抗体BD Pharmingen--
CD79a-PE抗体BD Pharmingen--
HLA-DR-PE抗体BD Pharmingen--
PKH26荧光染料Sigma--
肌酸激酶试剂盒Jiancheng Bioengineering Institute--
TNF-α、IL-6、IL-10 ELISA试剂盒Elabscience--
Masson三色染色----
小鼠抗CD206抗体Santa Cruzsc-58986
RIPA裂解缓冲液Biosharp--
BCA蛋白定量试剂盒Biosharp--
PVDF膜----
抗微管蛋白抗体CST5335S
抗剪切型caspase3抗体CST9664S
抗caspase3抗体CST9662S
抗Bax抗体CST14796S
抗Bcl-2抗体CST3498S
抗CD68抗体Santa Cruzsc-20060
ECL化学发光试剂盒Millipore--
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript反转录试剂盒Yeason--
SYBR荧光定量PCR混合液Yeason--
Mx3000P实时荧光定量PCR系统Agilent Technologies--
辣根过氧化物酶标记的二抗Boster--
亲和素-生物素-过氧化物酶复合物Boster--
DAB底物显色液Vectorlabs--

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
ESC-MSCs制备
细胞分化、培养条件(培养基、血清、时间)、传代代数(P4)
阅读提示:参见Methods中'ESC-MSCs preparation and identification'
ACS模型建立
大鼠品系、性别、体重;压力(80±10mmHg)、时间(2小时);麻醉方式(3%戊巴比妥钠腹腔注射)
阅读提示:参见Methods中'Establishment of the ACS animal model'
ESC-MSCs治疗与评估
细胞剂量(1.2×10^6)、给药途径(阴茎背静脉)、时间(筋膜切开术后立即);检测时间点(1、3、7天);评估指标(水肿指数、CK、ELISA、组织学等)
阅读提示:参见Methods中'Experimental design' 和 Figure 3-6 legend
巨噬细胞极化检测
标记物(CD68、CD86、CD206);检测方法(Western blot、免疫荧光、qPCR);时间点(0h, 1d, 3d, 5d, 7d)
阅读提示:参见Methods中'Part 2'和Figure 7 legend
巨噬细胞耗竭
LC剂量(5mg/ml, 1ml)、给药时间(ACS前1天和后1天)、给药途径(静脉);对照(LV)
阅读提示:参见Methods中'Macrophages depletion'和Figure 8 legend