骨髓间充质干细胞联合艾灸通过改善线粒体功能和调节线粒体自噬恢复环磷酰胺诱导的早发性卵巢功能不全

Combination of bone marrow mesenchymal stem cells and moxibustion restores cyclophosphamide-induced premature ovarian insufficiency by improving mitochondrial function and regulating mitophagy.

作者信息Ge Lu, Hong-Xiao Li, Zi-Wei Song, Jia Luo, Yan-Liang Fan, Yao-Li Yin, Jie Shen, Mei-Hong Shen
PMID38589967
发布时间2024-04-08
DOI10.1186/s13287-024-03709-0

实验完整度

研究包含体外细胞实验(BMSCs鉴定、线粒体功能检测)、动物模型(POI大鼠模型)及机制验证(Mdivi-1和CCCP干预),证据层级完整,功能验证与机制验证明确。

主要模型

环磷酰胺诱导的POI大鼠模型(Sprague-Dawley大鼠) BMSCs(大鼠骨髓间充质干细胞) 卵巢颗粒细胞(GCs)

重点核对

环磷酰胺建模剂量:第1天50 mg/kg,第2-15天8 mg/kg维持 BMSCs移植:尾静脉注射,第1、3、7天各一次 艾灸治疗:选穴肾俞(BL23)、关元(CV4)、神阙(CV8),每日1次,每次10分钟,持续15天 线粒体自噬抑制剂Mdivi-1:1.2 mg/kg每日腹腔注射 线粒体自噬激活剂CCCP:2 mg/kg隔日腹腔注射

摘要

背景:早发性卵巢功能不全(POI)是不孕的主要原因。本研究旨在探讨骨髓间充质干细胞(BMSCs)联合艾灸(BMSCs-MOX)对POI的影响,并评估其潜在机制。方法:通过注射不同剂量的环磷酰胺(Cy)建立POI大鼠模型。通过评估动情周期、血清激素水平、卵巢重量、卵巢指数和卵巢组织病理学分析来评估POI建模及治疗效果。通过追踪DiR标记的BMSCs并分析趋化因子基质细胞衍生因子1(Sdf1)和趋化因子受体4型(CXCR4)的表达,评估艾灸对BMSCs迁移的影响。通过测定活性氧(ROS)水平、线粒体膜电位(MMP)、ATP和线粒体自噬标志物(Drp1、Pink1和Parkin)来评估线粒体功能和线粒体自噬。此外,使用线粒体自噬抑制剂Mdivi-1和线粒体自噬激活剂CCCP来证实线粒体自噬在Cy诱导的卵巢损伤及联合治疗机制中的作用。结果:使用Cy注射成功建立了合适的POI大鼠模型。与单独艾灸或单独BMSCs移植相比,BMSCs-MOX显示出更好的效果,如减少动情周期紊乱、改善卵巢重量和指数、恢复血清激素水平、增加卵巢储备和减少卵泡闭锁。艾灸增强了Sdf1和Cxcr4的表达,促进BMSCs迁移。BMSCs-MOX降低了ROS水平;上调了卵巢颗粒细胞(GCs)中的MMP和ATP水平;并下调了卵巢组织中Drp1、Pink1和Parkin的表达。Mdivi-1显著减轻了卵巢GCs中的线粒体功能障碍并改善了卵巢功能。CCCP抑制了BMSCs-MOX治疗调节线粒体自噬和改善Cy诱导的卵巢损伤的能力。结论:艾灸增强了BMSCs移植后的迁移和归巢,并提高了其修复卵巢损伤的能力。BMSCs与艾灸联合有效减少了线粒体自噬的过度激活,有助于预防线粒体损伤,最终改善卵巢功能。这些发现为病理性卵巢衰老的治疗提供了一种新方法,并为提高POI患者干细胞治疗的疗效提供了新见解。

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
探讨BMSCs联合艾灸对环磷酰胺诱导的POI大鼠模型的治疗效果及其潜在机制,特别是艾灸对BMSCs迁移和线粒体自噬的调控作用。
核心机制
艾灸通过上调Sdf1和Cxcr4表达促进BMSCs迁移和归巢;BMSCs-MOX通过抑制过度激活的Pink1/Parkin依赖性线粒体自噬,减轻线粒体损伤,从而改善卵巢功能。
主要证据
建立POI大鼠模型后,比较不同治疗组卵巢功能指标;通过DiR标记追踪BMSCs迁移;检测ROS、MMP、ATP水平及Drp1、Pink1、Parkin表达;使用Mdivi-1和CCCP进行机制验证。结果显示BMSCs-MOX显著改善卵巢功能,降低ROS,升高MMP和ATP,抑制线粒体自噬标志物表达。
研究意义
为病理性卵巢衰老的治疗提供了新方法,并为提高POI患者干细胞治疗疗效提供了新见解。

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POI大鼠模型

确定合适的环磷酰胺剂量以建立慢性POI大鼠模型。

给大鼠腹腔注射不同剂量环磷酰胺(第1天25/50/100 mg/kg,随后14天8 mg/kg),评估动情周期、血清激素、卵巢重量、组织学和卵泡计数。

2

BMSCs的分离、培养和鉴定

获取并验证具有多向分化潜能的BMSCs用于后续移植。

采用全骨髓贴壁法从3周龄雄性大鼠骨髓中分离BMSCs,培养至第三代,通过流式细胞术检测表面标志物(CD29、CD90阳性,CD11b、CD45阴性),并诱导成骨和成脂分化。

3

艾灸促进BMSCs迁移和归巢

验证艾灸是否增强BMSCs在受损卵巢组织中的迁移和归巢。

用DiR标记BMSCs并移植到POI大鼠,通过活体荧光成像和卵巢冰冻切片观察迁移;检测卵巢组织中Sdf1和Cxcr4的表达。

4

评估BMSCs-MOX对卵巢功能的恢复作用

比较BMSCs-MOX与单独MOX或BMSCs治疗对POI大鼠卵巢功能的影响。

将POI大鼠分为CON、POI、MOX、BMSCs、BMSCs-MOX组,进行相应治疗后,评估动情周期、血清激素水平、卵巢重量和指数、组织学及卵泡计数。

5

检测线粒体功能和线粒体自噬

探究BMSCs-MOX对卵巢颗粒细胞线粒体功能和线粒体自噬的影响。

收集各组大鼠卵巢颗粒细胞,检测ROS水平、MMP(JC-1染色)、ATP浓度;通过Western blot、IHC和qRT-PCR检测Drp1、Pink1、Parkin的表达。

6

机制验证:抑制或激活线粒体自噬

证实BMSCs-MOX通过抑制过度激活的Pink1/Parkin依赖性线粒体自噬来改善卵巢功能。

使用线粒体自噬抑制剂Mdivi-1和激活剂CCCP干预,评估对卵巢功能、线粒体功能及线粒体自噬标志物表达的影响。

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
环磷酰胺Sigma-AldrichC0768
L-DMEM培养基----
胎牛血清OricellFBSSR-01021
青霉素-庆大霉素Basal MediaS110
CD29-FITC抗体Invitrogen11-0291-80
CD90-FITC抗体Invitrogen11-0900-80
CD11b-PE抗体Invitrogen12-0110-80
CD45-PE抗体Invitrogen12-0461-80
DiR碘化物Yeasen40757ES25
ELISA试剂盒ElabscienceE-OSEL-R0001,
Hifair® II第一链cDNA合成试剂盒Yeasen11141ES60
Hieff® qPCR SYBR Green预混液Yeasen11202ES08
ROS检测试剂盒JianchengE004-1-1
增强型MMP检测试剂盒(JC-1染料)BeyotimeC2003s
ATP检测试剂盒BeyotimeS0026
Super ECL检测试剂FudeFD8020
化学发光成像系统Bio-RadChemi
定量PCR仪AgilentStratagene
活体荧光成像系统PerkinElmerIVIS
多色分析流式细胞仪BeckmanGallios
多功能酶标仪PerkinElmerEnVision
体视显微镜JiangnanJSZ6

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
环磷酰胺剂量(第1天50 mg/kg,第2-15天8 mg/kg)、大鼠品系(Sprague-Dawley)、周龄(8周)、体重(190-210 g)、饲养条件、每组动物数(n=12)
阅读提示:见Methods“Animals and treatment”部分,以及图2、图3图注
BMSCs移植
BMSCs代数(P3-P5)、细胞数量(每次移植1×10^6细胞/只?)、注射途径(尾静脉)、注射时间点(第1、3、7天)
阅读提示:见Methods“BMSCs preparation”和“DiR-labeled BMSCs tracking”部分,以及图4图注
艾灸治疗
选穴(肾俞、关元、神阙)、每日治疗时长(10分钟)、治疗天数(15天)、艾条尺寸(直径5.3 mm、长85 mm)
阅读提示:见Methods“Moxibustion treatment”部分
线粒体自噬干预
Mdivi-1剂量(1.2 mg/kg/日)、给药方式(腹腔注射)、CCCP剂量(2 mg/kg隔日)、给药方式
阅读提示:见Methods“Animals and treatment”部分,以及图7图注
线粒体功能检测
ROS检测:DCF-DA浓度(10 mM)、孵育时间(30 min)、激发波长(488 nm);MMP检测:JC-1孵育时间(20 min);ATP检测:按照试剂盒说明
阅读提示:见Methods“Measurement of ROS levels”、“Measurement of MMP”、“ATP detection”部分