低氧对人胚胎干细胞多能性维持及印迹基因表达稳定性的影响

目的 研究低氧对人胚胎干细胞(hESC)生物学特性维持及印迹基因表达状态的影响.方法 在低氧(5％O2)条件下持续培养FY-hES-7细胞并采用细胞免疫荧光染色、RT-PCR等方法对其胚胎干细胞特性进行鉴定.运用全基因组基因表达谱芯片技术及实时荧光定量PCR方法检测FY-hES-7早期(第32代)和晚期(第52代)细胞的55个印迹基因表达状态.所有检测同时以常氧(21％ O2)培养作为对照.结果 低氧条件下长期培养的FY-hES-7细胞具有和常氧条件下培养相似的生物学特性,阳性表达干细胞表面标志SSEA-3、SSEA-4、TRA- 1-60、TRA-1-81及碱性磷酸酶(AKP),但细胞克隆形态较常氧培养下典型,且未分化状态保持时间较常氧条件下更长.低氧长期培养后FY-hES-7细胞的55个印迹基因中,有15个印迹基因(27.27％)表达发生了变化(上调8个,下调7个),而常氧培养后则有39个印迹基因表达水平有变化(70.91％)(上调21个,下调18个),氧浓度对印迹的影响差异具有统计学意义(P＜0.05).结论 低氧更有利于hESC生物学特性的维持.长期培养能对hESC的印迹表达产生影响,但低氧培养条件下hESC的印迹稳定性要明显好于常氧培养.     

氧体积分数变化与大鼠骨髓间充质干细胞的增殖及迁移*

背景：研究表明,细胞分化程度低的骨髓间充质干细胞移植在缺血环境的转归对疗效有很大影响。 目的：探讨氧体积分数改变对大鼠骨髓间充质干细胞增殖和归巢能力的影响。 方法：分离SD大鼠骨髓间充质干细胞,分别在低氧(体积分数1%O2)和常氧(体积分数20%O2)条件下培养0~7 d。细胞Transwell小室迁移实验分组为4组：体积分数1%O2培养1%O2迁移组、体积分数20%O2培养1%O2迁移组、体积分数1%O2培养20%O2迁移组和体积分数20%O2培养20%O2迁移组,比较不同氧体积分数变化条件下迁移细胞数。观察不同氧体积分数变化对间充质干细胞表达整合素β1和细胞间黏附分子1的影响,实验分为4组：恒定体积分数20%O2培养;恒定体积分数1% O2培养;体积分数20%O2培养后1%O2继续培养6 h;体积分数1%O2培养后20%O2继续培养6 h。 结果与结论：骨髓间充质干细胞在体积分数1%O2环境下增殖能力及迁移能力均增强,在体积分数20%O2环境下增殖能力及迁移能力减弱(P < 0.05);整合素β1表达水平在体积分数1%O2环境下增强(P < 0.05)。提示大鼠骨髓间充质干细胞移植在低氧(体积分数1%O2)下增殖和迁移能力增强。关键词：低氧;骨髓间充质干细胞;移植;整合素β1;迁移 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.19.005     

PI3K/Akt通路在低氧诱导脂肪干细胞增殖和向内皮细胞分化中的作用

文题释义：PI3K/Akt信号通路：Akt是PI3K/Akt信号转导通路的核心,其分子质量约为60 kD,是原癌基因c-akt表达编码的一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。外源性抑制剂LY294002或wortmannin均可负向调节PI3K/Akt信号通路,导致第二信使PIP3逆行转化为PIP2,阻断其调节作用。 低氧：氧体积分数是机体微环境的重要组成部分,直接影响着细胞的成活和生物学行为。在体外培养过程中氧体积分数为1%-5%时即可为脂肪干细胞的增殖和功能提供足够的刺激,同时维持细胞形态和多向分化能力不变,因此可以认为低氧环境可以更好地为干细胞特性的维持提供信号传导。 背景：大量研究证明低氧可以促进干细胞的增殖和分化,但目前尚不清楚其通过何种途径发挥作用。 目的：观察低氧对脂肪干细胞增殖和向内皮细胞分化的影响,并探讨PI3K/Akt通路在此过程中的作用。 方法：取培养至第3代的Wistar大鼠脂肪干细胞,分为常氧组、低氧组、低氧+LY294002组,3组均在体积分数为20%O₂培养箱中培养24 h,然后低氧组转移至体积分数为2%O₂培养箱中进行培养,常氧组继续在体积分数为20%O₂培养箱中培养,低氧+LY294002组在低氧培养环境下的细胞培养基中加入终浓度为25 mmol/L的PI3K/Akt通路抑制剂LY294002。培养24 h后,Western blot检测p-Akt的表达明确PI3K/Akt通路的激活情况;CCK-8法检测各组脂肪干细胞的增殖情况;各组脂肪干细胞加入血管内皮细胞诱导培养基进行诱导分化10 d,分别通过qRT-PCR及抗CD31免疫荧光染色检测各组脂肪干细胞分化为内皮细胞的情况。 结果与结论：①第3代脂肪干细胞呈现出典型的梭形结构,流式细胞仪检测结果显示CD34和CD45表达阴性,CD105表达阳性,并可向成骨及成脂细胞方向分化;②低氧培养条件下p-Akt的表达明显升高,加入LY294002后p-Akt的表达受到明显抑制;③低氧组细胞增殖率明显高于常氧组和低氧+LY294002组(P < 0.05),低氧+ LY294002组脂肪干细胞的增殖率低于低氧组(P < 0.05);④低氧组内皮细胞基因及特异性蛋白CD31的表达明显高于常氧组和低氧+LY294002组(P < 0.05),低氧+LY294002组内皮细胞基因及特异性蛋白CD31的表达低于低氧组(P < 0.05),但仍高于常氧组(P < 0.05);⑤结果证实PI3K/Akt通路在低氧诱导的脂肪干细胞增殖及向内皮细胞分化过程中发挥重要作用。 ORCID: 0000-0001-8454-263X(殷令妮) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

低氧时脂肪间充质干细胞如何向跟腱细胞分化

背景：脂肪间充质干细胞在跟腱组织工程再生领域越来越受到重视,研究其诱导分化的有利环境(氧体积分数)尤为必要。 目的：将脂肪间充质干细胞与跟腱细胞在不同氧体积分数条件下间接共培养,比较氧体积分数对脂肪间充质干细胞向跟腱细胞分化能力的影响。 方法：无菌条件下获取SD大鼠跟腱细胞。SD大鼠脂肪间充质干细胞直接购买,经培养传至第1代后,与跟腱细胞一起在常氧(体积分数20%)和低氧(体积分数2%)条件下经Transwell间接共培养体系共培养。在培养7,14和21 d,实时荧光定量PCR检测跟腱细胞的特异指标胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ,Tenomodulin,Thrombospondin-4,Scleraxis基因相对表达量,免疫荧光染色法检测胶原蛋白Ⅰ和Thrombospondin-4蛋白表达量。 结果与结论：脂肪间充质干细胞与跟腱细胞经间接共培养后,低氧组检测到的跟腱细胞的相关特异指标在基因和蛋白水平上表达水平均高于常氧组。提示氧体积分数可显著影响脂肪间充质干细胞向跟腱细胞分化的潜能,低氧是脂肪间充质干细胞向跟腱细胞分化的有利条件之一。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

间充质干细胞移植修复炎性肠组织过程中的主导基因筛选

背景：前期研究已证明间充质干细胞可定植于炎症性肠黏膜修复炎症性肠组织。 目的：应用表达谱芯片技术研究间充质干细胞移植修复前后大鼠炎症性大肠组织的差异基因表达情况,初步揭示与间充质干细胞定植、分化、修复炎症性肠组织过程相关的主导基因。 方法：健康SD大鼠随机分为2组：移植实验组用三硝基苯磺酸灌肠制作炎症性肠病模型,造模后24 h经尾静脉注入绿色荧光蛋白标记的间充质干细胞;对照组以生理盐水代替三硝基苯磺酸同法灌肠处理。于移植后28 d取移植实验组和对照组大肠组织,利用基因芯片技术筛选移植实验组和对照组的差异表达基因。 结果与结论：对照组和移植实验组大肠组织全基因组表达谱芯片结果有差异性表达的基因共388个(P < 0.05,FC>2),其中表达上调基因191个、表达下调基因197个,主要与炎症反应、免疫反应和细胞分化3个方面有关。前10位显著上调和下调的差异基因(共20条)中,与炎症反应相关的有3个,与免疫反应相关的有3个,与干细胞分化相关的有2个。388个差异基因主要涉及33条信号通路(P < 0.05),其中与炎症反应相关的有6条,与免疫反应相关的有8条,与干细胞分化相关的有5条。结果可见利用全基因组表达谱基因芯片的方法初步筛选了间充质干细胞修复炎症性肠组织的主要相关基因。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

间充质干细胞在低氧环境下的增殖、代谢与成骨分化:胎盘羊膜及骨髓来源间充质干细胞的对比

背景:目前关于低氧对间充质干细胞成骨分化影响的报道结果有差异,这些差异可能是采用氧体积分数不同引起的,也有可能是间充质干细胞来源不同引起的。目的:比较胎盘羊膜间充质干细胞和骨髓间充质干细胞在低氧下的生物性状差异。方法:两步酶消化法与全骨髓贴壁法分别获得人胎盘羊膜间充质干细胞和兔骨髓间充质干细胞,体外传代培养。分别取相同代次的人胎盘羊膜间充质干细胞和骨髓间充质干细胞,细胞以2×104cells/孔接种于12孔板,加入含体积分数为10%胎牛血清的α-MEM培养基,分别在体积分数为5%O2或体积分数为20%O2条件下培养生长12d。成骨诱导时,细胞以1×105cells/孔接种于12孔板,加入成骨诱导培养基,分别在体积分数为5%O2或体积分数为20%O2条件下成骨诱导14d。观察两种间充质干细胞在不同氧浓度下的生长情况及在不同氧浓度下葡萄糖的消耗与乳酸生成及成骨分化情况。结果与结论:与常氧组相比,低氧促进人胎盘羊膜间充质干细胞和骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。但与骨髓间充质干细胞相比,低氧能更好地促进人胎盘羊膜间充质干细胞的增殖;低氧下人胎盘羊膜间充质干细胞消耗较少的葡萄糖,产生较少的乳酸。在成骨诱导方面,低氧显著促进骨髓间充质干细胞的碱性磷酸酶表达,且远高于人胎盘羊膜间充质干细胞,但是两者的单位细胞钙沉积量无明显差异。     

不同分化程度卵巢癌细胞中胚胎干细胞相关通路的基因集富集分析

背景:近年来一些研究发现肿瘤细胞具有与干细胞类似的特征,因此,控制干细胞功能的某些基因调控网络,可能也在某些肿瘤中同样发挥作用。目的:观察不同分化程度卵巢癌的分子特征,获得与胚胎干细胞相关基因的表达情况。方法:从美国国立生物信息中心(NCBI)共享数据库GEO下载原始基因芯片文件,登录号为GSE2109,选取卵巢癌样本作为研究材料。去除临床指标缺失的样本,按照组织学分级将卵巢癌样本分为高分化和低分化两组。原始数据经dChip进行质量检验和标准化,获得基因表达的矩阵。收集胚胎干细胞相关的基因集、生物学过程和KEGG通路在不同分化的卵巢癌中的富集情况,用GSEA进行基因集富集分析。结果与结论:选取了13个与胚胎干细胞相关的基因集,低分化的卵巢癌细胞中有9个基因集上调,PRC2靶点相关的4个基因集下调,说明与胚胎干细胞相关的基因集大多在低分化的卵巢癌细胞中上调。并且在低分化卵巢癌细胞显著上调的都是与细胞周期、细胞分裂、DNA复制等与增殖相关的通路。基因表达谱分析表明低分化的卵巢癌与胚胎干细胞具有相似的分子特征,这可以为卵巢癌的早期诊断和治疗提供新的思路。     

低氧预处理骨髓间充质干细胞耐受缺血缺氧的能力

背景：有研究表明骨髓间充质干细胞的生理环境氧体积分数低于常规培养用的20%-21%,适度低氧体积分数下,骨髓间充质干细胞表现出促进生长增殖,保持分化潜能的特性。 目的：观察低氧预处理后的大鼠骨髓间充质干细胞的生物学特性,以期为低氧预处理后的骨髓间充质干细胞体内移植治疗寻找体外依据。 方法：将大鼠骨髓间充质干细胞传代接种后置于体积分数1%O₂,5%CO₂的低氧培养箱内培养,以体积分数20%O₂,5%CO₂常氧培养的骨髓间充质干细胞同样封闭作为对照。 结果与结论：MTT检测显示,在低氧条件下培养的经低氧预处理的骨髓间充质干细胞较常氧条件下培养的细胞在贴壁后会经历一个相对较长时间的潜伏期,随后才进入指数生长期,体积分数1%O₂为非致死性的培养条件。锥虫蓝染色显示,封闭无血清条件下,两组细胞存活率均随着时间的推移而降低(P < 0.05),而常氧组下降更快。流式细胞仪检测显示,低氧组的细胞表面分子标记物CD29(+),CD90(+),CD31(-),CD45(-)的表达与低氧预处理前差异无显著性意义,未向血管内皮细胞分化。实时定量PCR和酶联免疫实验检测结果显示,低氧预处理48 h后,骨髓间充质干细胞中血管内皮生长因子mRNA和蛋白的表达均升高(P < 0.05)。Western-blot检测显示,低氧预处理24-48 h后,骨髓间充质干细胞中缺氧诱导因子1α的蛋白表达明显增多(P < 0.05)。证实,体积分数1% O₂能短暂抑制骨髓间充质干细胞的增殖,但不会产生致死性效应,可以作为低氧预处理的氧体积分数。体积分数1% O₂预处理48 h后,骨髓间充质干细胞的表型未发生明显变化,仍维持其干性。低氧预处理提高骨髓间充质干细胞对缺血缺氧的耐受能力,机制可能与低氧诱导因子1α表达增多有关。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

表观遗传修饰调控胚胎干细胞定向分化的研究进展

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES)来源于囊胚内胚层细胞团,是一种能分化为各种组织细胞的全能细胞,它们具有自我复制并保持多向分化的潜能;基因分析显示[1],ES 细胞有强的转录活性,其分化时伴随着不同数目不同类型的转录因子变化,一些基因转录活性上调或下调会影响其它基因的表达,进而影响其增殖分化;近年来,ES 细胞的研究主要集中在表观遗传机制对其分化的调控上.     

大鼠受损视神经去分化相关基因表达谱的变化及移植预变性腓总神经的作用

为检测受损视神经基因表达谱的变化以及移植预变性周围神经的调节作用,SD大鼠随机分为正常组、损伤组和神经移植组,术后7 d取眶内段视神经,用Aglient Oligo芯片检测其基因表达谱的变化,并用实时荧光定量PCR、免疫组织化学、Western Blot验证芯片检测结果。损伤组与正常组相比,1340条基因上调,940条基因下调;去分化相关基因如神经发育早期基因表达上调,转录、凋亡、增殖、生长、分化和细胞内信号转导类差异表达基因较多,基因差异表达的变化以有利于神经再生为主,但也存在显著抑制神经再生的差异表达变化。神经移植组与损伤组相比,106条基因上调,14条基因下调,部分差异表达基因与细胞去分化有关。总之,视神经损伤早期约1/10的基因差异表达,其中包含与神经胶质细胞去分化密切相关的基因;移植预变性周围神经可调控受损视神经中部分基因的表达,促使胶质细胞去分化趋势增强,有利于视神经再生。     

Probing into the Biological Processes Influenced by ESC Factor and Oncoprotein HMGA2 Using iPSCs

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are rapidly evolving into an important research tool due to their close resemblance with pluripotent embryonic stem cells (ESCs). Of particular interest at this point are iPSC applications in disease modeling and drug discovery/testing. The high mobility group AT-hook 2 (HMGA2) protein is a nonhistone chromatin factor normally expressed in ESCs and during early developmental stages. Aberrant HMGA2 expression is associated, for example, with abnormal body stature, diabetes mellitus, heart development and uterine leiomyomas. Furthermore, the protein is re-expressed in many primary tumor cells and plays an important role in metastasis. Here we used iPSC formation in conjunction with exogenous human HMGA2 expression to gain insight into biological functions of HMGA2. Gene expression profiling and gene ontology analyses showed that anatomical development and cell adhesion/differentiation processes are strongly affected by HMGA2. This could help to uncover, at the molecular level, some of the known phenotypic consequences of aberrant HMGA2 expression. Furthermore, our data showed that expression of key diabetes susceptibility genes is influenced by HMGA2, which revealed an interesting link to the recently indentified Lin28/let-7 pathway regulating mammalian glucose metabolism. Contrary to a previous report, our results indicate that HMGA2 is not involved in the regulation of telomerase gene expression. Finally, our data support a model in which tight regulation of intracellular HMGA2 levels is important both to maintain a pluripotent ESC state and to induce differentiation into certain cell lineages during later developmental stages.     

Correlation of murine embryonic stem cell gene expression profiles with functional measures of pluripotency

Global gene expression profiling was performed on murine embryonic stem cells (ESCs) induced to differentiate by removal of leukemia inhibitory factor (LIF) to identify genes whose change in expression correlates with loss of pluripotency. To identify appropriate time points for the gene expression analysis, the dynamics of loss of pluripotency were investigated using three functional assays: chimeric mouse formation, embryoid body generation, and colony-forming ability. A rapid loss of pluripotency was detected within 24 hours, with very low residual activity in all assays by 72 hours. Gene expression profiles of undifferentiated ESCs and ESCs cultured for 18 and 72 hours in the absence of LIF were determined using the Affymetrix GeneChip U74v2. In total, 473 genes were identified as significantly differentially expressed, with approximately one third having unknown biological function. Among the 275 genes whose expression decreased with ESC differentiation were several factors previously identified as important for, or markers of, ESC pluripotency, including Stat3, Rex1, Sox2, Gbx2, and Bmp4. A significant number of the decreased genes also overlap with previously published mouse and human ESC data. Furthermore, several membrane proteins were among the 48 decreased genes correlating most closely with the functional assays, including the stem cell factor receptor c-Kit. Through identification of genes whose expression closely follows functional properties of ESCs during early differentiation, this study lays the foundation for further elucidating the molecular mechanisms regulating the maintenance of ESC pluripotency and facilitates the identification of more reliable molecular markers of the undifferentiated state.     

Gene expression profiling of embryo-derived stem cells reveals candidate genes associated with pluripotency and lineage specificity

Large-scale gene expression profiling was performed on embryo-derived stem cell lines to identify molecular signatures of pluripotency and lineage specificity. Analysis of pluripotent embryonic stem (ES) cells, extraembryonic-restricted trophoblast stem (TS) cells, and terminally-differentiated mouse embryo fibroblast (MEF) cells identified expression profiles unique to each cell type, as well as genes common only to ES and TS cells. Whereas most of the MEF-specific genes had been characterized previously, the majority (67%) of the ES-specific genes were novel and did not include known differentiated cell markers. Comparison with microarray data from embryonic material demonstrated that ES-specific genes were underrepresented in all stages sampled, whereas TS-specific genes included known placental markers. Investigation of four novel TS-specific genes showed trophoblast-restricted expression in cell lines and in vivo, whereas one uncharacterized ES-specific gene, Esg-1, was found to be exclusively associated with pluripotency. We suggest that pluripotency requires a set of genes not expressed in other cell types, whereas lineage-restricted stem cells, like TS cells, express genes predictive of their differentiated lineage.     

Massively parallel signature sequencing profiling of fetal human neural precursor cells

We have examined gene expression in multipotent neural precursor cells (NPCs) derived from human fetal (f) brain tissue and compared its expression profiles with embryonic stem (ESC) cells, embryoid body cell (EBC), and astrocyte precursors using the technique of massively parallel signature sequencing (MPSS). Gene expression profiles show that fNPCs express core neural stem cells markers and share expression profiles with astrocyte precursor cells (APCs) rather than ESC or EBC. Gene expression analysis shows that fNPCs differ from other adult stem and progenitor cells in their marker expression and activation of specific functional networks such as the transforming growth factorbeta (TGFbeta) and Notch signaling pathways. In addition, our results allow us to identify novel genes expressed in fNPCs and provide a detailed profile of fNPCs.     

牛磺酸抗缺氧及防治肺动脉高压的研究及其细胞机制初探

目的通过动物模型观察牛磺酸对缺氧性肺动脉高压的治疗作用,同时观察其对体外培养牛肺动脉平滑肌细胞(PASMC)和内皮细胞(PAEC)增殖的影响。方法采用模拟高原5 000 m制作缺氧大鼠模型,缺氧2周。设平原(C组)及缺氧对照组(H组),观察牛磺酸治疗后(T组)的肺动脉压(mPAP)、血浆乳酸脱氢酶(LDH)活性、脂质过氧化产物丙二醛(MDA)、肺匀浆一氧化氮(NO)含量、右心室肥大指数的变化。体外培养PASMC和PAEC用3H-TdR掺入法比较牛磺酸对缺氧PASMC和PAEC增殖的影响。结果H组大鼠LDH活性升高为C的10.1倍(P<0.01);肺匀浆NO含量降低为C组的32%(P<0.01);血浆MDA含量显著升高为C组的1.64倍(P<0.01);mPAP显著增高,约为C组的2.74倍(P<0.01);右心室肥大指数是C组的1.56倍(P<0.01)。T组与H组相比较:LDH活性、血浆MDA、右心室肥大指数均显著降低(P<0.01);mPAP显著降低(P<0.05)。高浓度(10～20 mmol/L)的牛磺酸抑制缺氧内皮及平滑肌细胞的3H-TdR掺入,而低浓度的牛磺酸促进缺氧时PAEC的3H-TdR掺入(P<0.05),抑制缺氧时PASMC的3H-TdR掺入(P<0.05)。结论牛磺酸有抗缺氧及防治肺动脉高压的作用。缺氧抑制内皮细胞的增殖而促进平滑肌细胞的增殖,适当剂量的牛磺酸可以对抗缺氧对PAEC和PASMs的作用:减弱缺氧对PAEC的增殖抑制作用,抑制缺氧的促PASMC增殖作用,使之接近常氧水平。这可能是牛磺酸防治肺动脉高压的细胞机制。提示牛横酸对于高山病缺氧性肺血管收缩和血管结构改建的预防和治疗,可能具有广阔的应用前景。