羊膜基质细胞通过促进角膜缘上皮干细胞扩增助力角膜上皮组织工程

Amniotic Membrane Stromal Cells Facilitate Corneal Epithelial Tissue Engineering by Promoting Limbal Epithelial Stem Cell Expansion

作者信息Zihan Guo, Jie Yang, Yimin Huang, Xiezhou He, Yangluowa Qu, Yanbo Liu, Mingxuan Yang, Lifan Yang, Minjie Zhang, Jingbin Zhuang, Minqing Cai, Qian Chen, Rongrong Zong, Wei Li
PMID42606191
发布时间2026-08-03
DOI10.1167/iovs.67.10.39

实验完整度

包含体外细胞共培养模型(兔角膜缘上皮与羊膜基质细胞)、功能验证(CFE、BrdU标记)、分子机制验证(RNA-seq、代谢组学、外泌体抑制实验)等多层级证据。

主要模型

兔角膜缘上皮细胞 含活基质细胞的羊膜(L-dAM) 含死基质细胞的羊膜(D-dAM)

重点核对

羊膜基质细胞活性(L-dAM vs D-dAM) 烟酰胺(NAM)浓度(500 µM) 外泌体抑制剂GW4869浓度(3 µM) 培养时间(14天) 集落形成效率(CFE)和克隆类型比例

摘要

目的:探讨羊膜基质细胞(AMSCs)是否能在角膜上皮组织工程中促进角膜缘干细胞(LSCs)的扩增。方法:将兔角膜缘上皮培养在含有活基质细胞(L-dAM)或死基质细胞(D-dAM)的羊膜上。使用光学显微镜和扫描电子显微镜评估体外扩增的兔角膜缘上皮片的形态和微结构特征。通过集落形成效率(CFE)实验和ΔNp63α、PAX6、Ki67和K14的免疫荧光染色评估干性特性和分化状态。通过定量实时聚合酶链反应和蛋白质印迹分析角膜缘上皮片中的基因表达。通过RNA测序解码LSCs和AMSCs的转录组变化。通过液相色谱-串联质谱/代谢组学和酶学NAD+/NADH比值实验定量细胞内NAD+动态。结果:与D-dAM相比,在L-dAM上培养的LSCs表现出更优的紧密连接完整性和集落形成能力,ΔNp63α、PAX6、Ki67和K14表达上调,而K12表达下调。在D-dAM培养物中补充烟酰胺恢复了NAD+依赖性干细胞稳态,通过完全恢复CFE和协调的干/祖细胞标记物分子修复以及持续的K12抑制,达到与L-dAM的功能等效。机制上,共培养的AMSCs通过外泌体转移NAD+以维持LSC稳态,囊泡抑制导致NAD+耗竭、干性衰竭和加速分化。结论:AMSCs可促进角膜缘上皮干细胞扩增,为角膜上皮组织工程提供临床意义。

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
羊膜基质细胞能否通过外泌体转移NAD+促进角膜缘干细胞的扩增并维持其干性?
核心机制
AMSCs通过外泌体转移NAD+至LSCs,上调NAD+依赖性代谢,抑制NLRC5/NLRP炎症小体信号通路,从而维持LSC的干性和自我更新能力。
主要证据
L-dAM培养的LSC表现出更高的紧密连接完整性、集落形成效率和干性标记物(ΔNp63α、PAX6、Ki67、K14)表达,RNA-seq显示NAD+代谢通路增强、NLRP信号通路下调;外泌体抑制实验和NAM补充实验验证了NAD+的关键作用。
研究意义
研究支持使用含活AMSCs的羊膜或结合脱细胞羊膜与外源NAM的无细胞替代方案,用于生成稳健的角膜缘干细胞移植物,以改善严重角膜缘干细胞缺乏症的治疗效果。

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

制备羊膜基质载体

比较含活或死基质细胞的羊膜对角膜缘上皮细胞培养的影响。

将人羊膜去上皮化后,部分通过冻融循环灭活基质细胞,获得D-dAM和L-dAM,并验证细胞活性。

2

兔角膜缘上皮培养

在L-dAM和D-dAM上培养兔角膜缘上皮细胞,建立共培养模型。

从兔角膜缘组织分离上皮细胞,接种于dAM基底膜侧,在SHEM培养基中培养14天。

3

评估上皮形态与屏障功能

比较两种培养条件下上皮片的形态、细胞连接和屏障功能。

通过大体观察、扫描电子显微镜、免疫荧光和Western blot检测紧密连接蛋白(occludin, claudin-1)表达。

4

评估干细胞特性

比较两种培养条件下角膜缘干细胞的集落形成能力、增殖和分化状态。

通过CFE实验、BrdU标记、免疫荧光和Western blot检测干性标记物(ΔNp63α, PAX6, Ki67, K14)和分化标记物(K12)表达。

5

转录组分析

揭示LSCs在不同微环境下的转录组变化,寻找关键通路。

对LSCs进行RNA-seq,分析DEGs、GO和KEGG富集,验证NAD+代谢和NLRP信号通路变化。

6

NAD+代谢检测与补充实验

验证NAD+在维持LSC稳态中的作用。

通过LC-MS/MS和NAD+/NADH比值实验测定细胞内NAD+水平;在D-dAM培养中添加NAM,检测干性标记物表达和CFE变化。

7

外泌体功能验证

验证AMSCs通过外泌体转移NAD+维持LSC稳态。

在L-dAM培养中添加外泌体抑制剂GW4869,检测LSC内NAD+水平、干性标记物和CFE的变化。

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
杜尔贝科改良鹰培养基Gibco11995065
DMEM/F-12培养基Gibco11320082
胎牛血清GibcoA5256701
胰岛素-转铁蛋白-硒Gibco51500056
青霉素-链霉素Gibco15140122
人表皮生长因子InvitrogenPHG0311L
小鼠表皮生长因子InvitrogenPMG8045
Alexa Fluor 488标记IgG二抗InvitrogenA11055
分散酶IISigma-AldrichD4693-1G
烟酰胺Sigma-AldrichN0636
氢化可的松ABclonalRPM0042
4',6-二脒基-2-苯基吲哚Vector LaboratoriesH-1200
抗角蛋白12抗体Abcamab185627
抗角蛋白14抗体Abcamab181595
抗ΔNp63α抗体Abcamab124762
抗PAX6抗体Abcamab195045
NLRC5抗体Cell Signaling Technology72379
GW4869MedChemExpress--
Hanks平衡盐溶液----
补充激素上皮培养基----
细胞计数试剂盒-8----
BrdU染色试剂盒Thermo Fisher Scientific8817-6600-42
RNeasy迷你试剂盒QIAGEN74104
NanoDrop OneC微量紫外可见分光光度计Thermo Fisher Scientific--
SYBR Premix Ex Taq试剂盒Takara BioRR420A
RIPA裂解缓冲液----
聚偏二氟乙烯膜----
增强化学发光试剂----
Q-Exactive高分辨率液相色谱-质谱系统Thermo Fisher Scientific--
Hypercarb多孔石墨碳色谱柱----
NAD+/NADH定量试剂盒BeyotimeS0176S
TRIzol试剂Invitrogen15596018
DNA酶ITakara Bio2270A
2100生物分析仪Agilent Technologies--
NanoDrop ND-2000Thermo Fisher Scientific--
TruSeq RNA试剂盒IlluminaRS-122-2101/2102
SuperScript II逆转录酶Invitrogen18064014
Phusion高保真DNA聚合酶Thermo Fisher ScientificF530S
Illumina HiSeq X Ten/NovaSeq 6000测序仪Illumina--
Prism 10.0GraphPad Software--

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
羊膜制备
羊膜来源、去上皮处理方法(Dispase II浓度和时长)、冻融循环次数
阅读提示:Methods: Preparation of the Denuded Amniotic Membrane
细胞培养
兔角膜缘上皮细胞的分离方法、培养时间(14天)、培养基成分(SHEM)
阅读提示:Methods: Cultivation of Rabbit Limbal Epithelial Cell Sheet
药物处理
NAM浓度(500 µM)、GW4869浓度(基于CCK-8结果,未明确具体浓度)
阅读提示:Methods: Cytotoxicity Detection Assay; Results: NAD+ Helps Maintain Stem Cell Homeostasis
功能验证
CFE实验的细胞接种密度、培养时间(7天)、克隆分类标准
阅读提示:Methods: Clone Culture of LECs
分子检测
抗体清单及稀释比例、qRT-PCR内参(β-actin)、Western blot上样量
阅读提示:Methods: Immunostaining, Western Blotting Analysis