山东医药2017年第57卷第4O期 成人脂肪干细胞的体外多向分化能力观察 段炼。黄柳明,刘钢,封志纯 (陆军总医院附属八一儿童医院,北京100700) 摘要:目的 观察成人脂肪干细胞(ADSCs)的体外多向分化能力。方法从正常成人脂肪组织分离得到 ADSCs并体外培养。在ADSCs中分别加入成人脂肪、骨、软骨、肝细胞的体外诱导培养基诱导,观察诱导过程中细 胞形态的变化,诱导前、诱导1周、诱导2周时采用RT—PCR法观察细胞相应标志物mRNA表达的变化。 结果ADSCs向脂肪细胞诱导2周,细胞内的脂质空泡聚集,小脂滴融合在一起并变大;最后细胞变为单房,并且充 满脂质,红油O染色阳性;诱导l周细胞PPAR 、脂蛋白酶和ctP2 mRNA表达较诱导前增加;诱导2周细胞PPAR ̄/、 脂蛋白酶mRNA表达降低,但仅P2 mRNA变化不明显。ADSCs向骨细胞诱导5天,细胞由成纤维形转化为多边形 或不规则状。诱导2周单层细胞聚集成块,形成细胞岛状结构,ALP染色阳性,von Kossa染色可见黑色矿化结节; 矿化结节形成后细胞向结节移行聚集,促使更多的细胞形成更大的矿化结节;诱导后细胞ALP、骨桥蛋白和I型胶 原mRNA表达逐渐增加。ADSCs向软骨细胞诱导1周,细胞呈多边形或类圆形,细胞团向内呈放射状聚集,FITC染 色后免疫荧光可见Ⅱ型胶原;诱导1、2周时细胞Ⅱ型胶原、聚集蛋白聚糖和SOX9 mRNA表达明显高于诱导前。 ADSCs向肝细胞诱导2周时可见部分细胞变成圆形或椭圆形,并随时间顺延呈肝细胞样圆形细胞增多趋势,细胞 核居中,圆形且边缘清楚,PAS染色阳性;诱导1、2周时细胞CK18、HNFlot及白蛋白mRNA表达明显高于诱导前。 结论成人脂肪组织中分离得到的成人ADSCs可在体外定向分化为脂肪细胞、骨细胞、成骨细胞和肝细胞。 关键词:成人脂肪干细胞;体外诱导;多向分化;脂肪细胞;骨细胞;软骨细胞;肝细胞 doi:10.3969/i.issn.1002-266X.2017.40.01 1 一 ● 中图分类号:R318 文献标志码:A 文章编号:1002-266X(2017)40-0038-04 干细胞具有强大的增殖能力和多向分化潜能, 是组织工程的基础。目前干细胞主要来源于各种组 单,在人体内储量丰富,更少牵扯伦理、道德、法律方 面的问题,并且同样具有高增殖性和多向分化能力, 在组织工程领域中的作用举足轻重 J。有研究证 实,脂肪干细胞(ADSCs)被诱导后能表达成骨细胞、 织,如肌肉、骨髓、脐血或胚胎等。相对于上述来 源的干细胞,脂肪来源的干细胞由于其取材安全、简 脂肪细胞等细胞基因和蛋白标志,即分化为成骨细 基金项目:国家自然科学基金资助项目(81500391)。 通信作者:封志纯(E—mail:zhjfengzc@126.eom) 胞、脂肪细胞等。但目前有关ADSCs分化能力的研 究仅限于动物嵋 。2013年9月一2016年9月,本研 [1O]Zittel TT,Meile T,Huge A,et a1.Preoperative intrlauminal appli— cation of capsaiein increases postoperative gastic rand colonic motil— [4]Mizuguehi S,OhnoT,Hattori Y,eta1.Caleitonln gene-related pep— tide released by capsaicin suppresses myoeleetrical activity of gastric smooth muscle[J].J Gasteentrerol Hepatol,2005,20(4):611-618. 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(收稿13期:2016-09-04) 38 山东医药2017年第57卷第40期 究观察了成人ADSCs的体外多向分化能力 现报 告如下。 1材料与方法 分别于诱导前和诱导1、2周采用RT.PCR法检测过 氧化酶增殖激活受体^y(PPAR )、脂蛋白酶和脂肪 1.1材料新鲜的正常人体腹部脂肪组织5 em× 酸结合蛋白4( P2)mRNAo操作按试剂盒说明书 进行。以GAPDH为内参照,PCR引物电泳拍照观 察各标志物mRNA表达。 1.4 ADSCs向骨细胞的诱导分化及鉴定诱导方 法同1.3,诱导过程中加成骨的体外诱导培养基。 5 em x5 em,取自一名年龄35岁的男性抽脂患者,患 者已签署知情同意书。成脂肪的体外诱导培养基(含 10%FBS的DMEM培养基,1 ̄mol/L地塞米松, 10 tj.rnol/L胰岛素,200 ̄mo]/L消炎痛,0.5 ̄mol/L 每日取所得细胞制作爬片,室温下4%多聚甲醛固 3一异丁基.甲基黄嘌呤,1%抗生素以及谷氨酰胺)。 成骨的体外诱导培养基(含10%FBS的DMEM培养 基,0.1 ̄mol/L地塞米松,10 ̄mol/L B一磷酸甘油钠, 50 ̄mol/L维生素C,0.O1 l ̄ol/L 1,25-二羟维生素 D ,1%抗生素)。成软骨的体外诱导培养基(含10% FBS的DMEM培养基,10 ng/mL转化生长因子p】, 100 ̄mol/L地塞米松,6.25 mL胰岛素, 50 ̄mol/L维生素c,110 mL丙酮酸钠,1%抗生 素)。成肝细胞的体外诱导培养基(含10%FBS的 DMEM培养基,20 rig/mL肝细胞生长因子,10 ng/mL 基本成纤维细胞生长因子,4.9 ̄mol/L尼克酰胺, 20 ng/mL ̄l瘤素M,100 i ̄ol/L胰岛素,6.25 g/mL 转铁蛋白,3.6 IJ,rno]/L亚硒酸,190 ̄mo]/L亚油酸, 1%抗生素)。鼠抗人CD29、CD44和HLA—DR单克隆 抗体购自美国BD公司。RT-PCR逆转录试剂盒购自 上海生工生物工程有限公司,实验所需引物由上海生 工生物工程公司设计合成。 1.2成人ADSCs分离及鉴定将人脂肪组织剪碎 移人0.075%胶原酶Ⅱ溶液中,37℃水浴30 rain。 将所得细胞悬液用细胞滤网过滤后以1 X 10 /mL 接种于6孔培养板,37 oC、5%CO 、95%湿度条件下 培养。每72 h换液(10%FBS的DMEM培养液) 1次。贴壁细胞融合达90%后,0.25%胰蛋白酶消 化传代,按1×10 /mL接种于6孔培养板,72 h换 液1次。第3代细胞加入荧光标记的鼠抗人单克隆 抗体CD29、CD44和HLA—DR孵育30 rain后,使用 流式细胞仪检测,结果显示CD29和CD44表达均为 阳性,而HLA—DR不表达,证实为脂肪干细胞 J。 1.3 ADSCs向脂肪细胞的诱导分化及鉴定 取生 长状态良好的第3代ADSCs细胞,消化制备成单细 胞悬液,调整细胞密度为1 X 10 /mL,接种于6孔培 养板中,加入含10%FBS的DMEM培养液24 h,加 入成脂肪的体外诱导培养基,每3天更换诱导培养 基1次。每日取所得细胞制作爬片,室温下4%多 聚甲醛固定15 rain,60%异丙醇+1%红油0密闭 染色10 arin,60%异丙醇分色,7O%乙醇洗去多余染 色剂,再用蒸馏水洗涤数次,光镜下观察细胞形态。 定15 rain,缓冲液冲洗后行ALP染色和von Kossa 染色,光镜下观察。分别于诱导前和诱导1、2周采 用RT.PCR法检测碱性磷酸酶(ALP)、骨桥蛋白和 I型胶原mRNA。操作按试剂盒说明书进行。以 GAPDH为内参照。PCR引物在1.5%琼脂糖凝胶 上行电泳。拍照观察各标志物mRNA表达情况的 变化。 1.5 ADSCs向软骨细胞的诱导分化及鉴定诱导 方法同1.3,诱导过程中加成软骨的体外诱导培养 基。每日取所得细胞,4%多聚甲醛固定,PBS反复 冲洗后使用鼠抗人Ⅱ型胶原染色,4 oC过夜,PBS冲 洗3次,使用羊抗鼠IgG—FITC染色1 h,PBS反复冲 洗后使用免疫荧光显微镜观察。分别于诱导前和诱 导1、2周采用RT-PCR法检测Ⅱ型胶原、聚集蛋白 聚糖和SOX9 mRNA。操作按试剂盒说明书进行。 以GAPDH为内参照。PCR引物在1.5%琼脂糖凝 胶上行电泳。拍照观察各标志物mRNA表达。 1.6 ADSCs向肝细胞的诱导分化及鉴定 诱导方 法同1.3,诱导过程中加成软骨的体外诱导培养基。 每日取所得细胞制作爬片,室温下4%多聚甲醛固 定15 rain,用过碘酸行PAS染色,光镜下观察。分 别于诱导前和诱导1、2周采用RT.PCR法检测 CK18、肝细胞核因子l (HNF1 )、白蛋白mRNA。 以GAPDH为内参照。PCR引物在1.5%琼脂糖凝 胶上行电泳。拍照观察各标志物mRNA表达。 2结果 2.1 ADSCs向脂肪细胞的诱导分化结果 诱导 24 h后可见细胞变圆,体积增大,胞内有少量脂滴形 成,脂质空泡小并且大多位于细胞核旁。随着诱导 时间的延长,脂滴的数量和体积增加,ADSCs逐渐 变为多房的脂肪细胞。诱导2周,细胞内的脂质空 泡聚集,小脂滴融合在一起并变大;最后细胞变为单 房,并且与成熟的脂肪细胞一样充满脂质。红油0 染色阳性。诱导前、诱导1周、诱导2周细胞 PPA 、脂蛋白酶和0【P2 mRNA表达情况见图1。 诱导1周细胞PPAR 、脂蛋白酶和 P2 mRNA表达 较诱导前增加;诱导2周细胞PPAR ̄、脂蛋白酶 39 虹 医 【】l7笙笙三Z鲞箜 mRNA表达降低,但dP2 mRNA变化不明 。见 罔1 A 周细胞呈多边形或类网彤,细胞 向内呈放射状聚 集。FITC染色后免疫荧光可 Ⅱ 胶原诱导l、2 2.2 ADSCs向骨细胞的诱导分化结果 诱导5天 细胞由成纤维形转化为多边肜或不规则状。2周后 单层细胞聚集成块,形成细胞岛状结构。AI P染色 阳性,VOn Kossa染色可见黑色矿化结节。矿化结节 形成后,细胞向结节移行聚集.促使更多的细胞形成 更大的矿化结节。诱导后细胞ALP、骨桥蛋白和J 周细胞Ⅱ型胶原、聚集蛋h聚糖币II SOX9 mRNA表 达明 高于诱导前、见罔lC。 2.4 ADSCs向肝细胞的诱导分化结果 诱导2周 l『见部分细胞变成圆形或椭网形,并随时问顺延呈 肝细胞样网形细胞增多趋势..细胞核居巾, 形且 边缘清楚 PAS染色阳性 诱导l、2周细胞CK18、 型胶原mRNA表达逐渐增加 见图lB。 2.3 ADSCs向软骨细胞的诱导分化结果 诱导1 诱导前 诱导1Pd 诱导2周 PPAR HNFI o【及白蛋白mRNA表达明 高于诱导前 图l D 诱导前 诱导1周 诱导2周 ALp 胰蛋白酶 骨桥蛋白 dP2 I型胶原 II型胶原 聚集蛋白聚糖 白蛋白 注:A 胙}盼卸j胞;R为 H J抱;(:l^J软 HI胞;D为 细胞 图1 ADSCs向脂肪细胞、骨细胞、软骨细胞、肝细胞诱导前后相应标志物mRNA表达情况 3讨论 组织工程的目的存于修复受损的组织器官功 能。保持充足的细胞供给和f丁I变的细胞采集来源. 是细胞治疗的基础 目 髓来源的问允质干细胞是成 滤网去除消化后残余的血管、红细胞以及胶原纤维等 杂质,大大减少了培养基中红细胞和成纤维细胞的数 量;同时选用0.075%CollagenaseⅡ37 oC水浴30 min, 节约了所用酶 和酶解时fn】。体外培养ADSCs的条 体f细胞生物学领域最重要的细胞来源,但其在分 离培养过程中存在着诸多缺陷 ..脂肪组织由胚 件也较简单,在加有任何批号FBS的DMEM培养基 巾均能很好地扩增;ADSCs平均倍增时问为60 I ,并 胎问充质生成,相对于由造m细胞和问充质干细胞 混合组成的骨髓干细胞而言,脂肪组织分离的干细 胞具有更大的细胞同质性,在诱导过程中更能保证 分化细胞的一致性,减少了细胞致畸、致瘤等可能;脂肪组织来源充足,获取更容易,累及脂肪组织的疾 能稳定传代l0—15代 、表明ADSCs体外细胞培养条 件下呈高增殖率。ADSCs表达CD29和CIM4,显示其 具有间充质干细胞的特性 ;而其MHC II相关蛋白 HLA—DR不表达,说明它们极少表达与移植排斥相关 的抗原分子,提示ADSCs具有免疫逃逸特性,可能进 病发病率很低 。因此,ADSCs应是一种比骨髓来 源的间充质十细胞更理想的组织工程种子来源 。 行同种异体移植。 ADSCs在成脂肪诱导过程中, 微镜下可观察 研究发现,ADSCs的分离效率高于其他十细胞。 有文献选刚NH CI裂解红细胞 ,这样可能会影响 分离得到的干细胞质 。本研究我们选择使用细胞 40 到细胞内脂滴聚集、融合并变大,能特异性将脂滴染 成红色的油红0染色呈强阳性 ;同时向脂肪细胞 诱导后的细胞表达PPARy、脂蛋白酶、仅I)2 mRNA, 山东医药2017年第57卷第40期 说明诱导后细胞已具有脂肪细胞特性。 成骨细胞的基本标志是能分泌ALP和钙 mesenchymal stem cells and bone marrow-deirved stem cells[J].J Life Sei,2014,24(11):1238—1243. 盐 。本研究结果显示,成骨诱导1—2周,可以观 [5]Takemitsu H,Zhao D,Yamamoto I,et a1.Comparison of bone 察到矿化结节,细胞von Kossa染色呈阳性,证实分 化细胞分泌钙盐并有钙沉积;ALP染色阳性说明经 成骨诱导后的ADSCs已具有成骨细胞特征。 RT—PCR结果显示,向骨细胞诱导后的细胞AIJP、骨 桥蛋白和I型胶原mRNA表达增加。骨桥蛋白是成 骨作用的重要信号¨ ,在诱导过程中的长时间表达 可以证实成骨作用发生,诱导后的细胞已有骨细胞 特性。 软骨的网状支架结构主要由Ⅱ型胶原构成,聚 集蛋白聚糖在软骨中起抗压以及维持软骨弹性的作 用,Sox9则在软骨生成中促进间充质细胞凝 集 。本研究结果显示,向软骨诱导后的细胞分 泌Ⅱ型胶原,RT—PCR结果显示,诱导后细胞Ⅱ型胶 原纤维、聚集蛋白聚糖和SOX9 mRNA表达增加,证 实诱导后的细胞具有软骨细胞特征。 本研究PAS染色结果证实,向肝细胞诱导的细 胞糖原贮积,RT.PCR结果显示ADSCs向肝细胞诱 导2周后,CK18、HNF1oL和白蛋白mRNA表达增 加,说明诱导后的细胞已具有肝细胞功能。 综上所述,成人脂肪组织能够分离培养出 ADSCs,其在体外具有多向分化的潜能,并且不具有 免疫原性 。基于上述理由,我们认为ADSCs可 以成为干细胞的新来源,其在组织工程的临床应用 方面具有重要作用。 参考文献: [1]Han SF,Wang B,LiX,et a1.BonemalTow—derivedmesenchymal stem cells in three・-dimensional culture promote neuronal regenera- tion by neurotrophic protection and immunomodulation[J].J Bi- omed Mater Res,2016,104(7):1759. 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