低氧环境可体外促进人诱导多能干细胞分化为拟胚体

目的探讨人诱导多能干细胞向拟胚体分化过程中，生理性低氧环境在拟胚体悬浮和贴壁阶段的影响及其相关机制。方法本研究中拟胚体悬浮阶段分为悬浮常氧组（21% O₂）和悬浮低氧组（5% O₂），贴壁阶段分为贴壁常氧组（21% O₂）、贴壁低氧组（5% O₂）、贴壁低氧组+HIF-1α抑制剂Echinomycin。首先采用免疫荧光法鉴定人诱导多能干细胞的多能性，人诱导多能干细胞消化后分别在21%氧气和5%氧气条件下悬浮培养5 d，利用显微镜观察悬浮阶段拟胚体的形成和形态变化，5 d后检测拟胚体中三胚层标记基因的表达情况。接着分别取等量的拟胚体接种到明胶包被的培养皿，继续在21%和5%氧气条件下培养2 d，观察贴壁阶段拟胚体的粘附性能和粘附后向外周扩增速度的差异，检测低氧信号通路相关的HIF-1α、β-catenin和VEGFA的表达情况，随后在5%氧气条件下使用HIF-1α特异性抑制剂Echinomycin后，再次检测低氧信号通路相关的HIF-1α、β-catenin和VEGFA的表达情况。结果常氧组和低氧组的拟胚体均具有三胚层分化的潜力。与常氧培养组相比，低氧组悬浮拟胚体周围的凋亡碎片明显减少，且较早出现囊性拟胚体，获得的拟胚体大小更加均匀一致。此外，低氧组的拟胚体贴壁数量明显高于常氧组（P < 0.05），拟胚体贴壁后向外生长的速度明显快于常氧组（P < 0.05）。低氧组HIF-1α的mRNA未显著上调（P>0.05），而β-catenin和VEGFA的mRNA显著上调（P < 0.05）；在蛋白质水平，低氧信号通路相关的HIF-1α、β-catenin和VEGFA的表达均上调（P < 0.05）。低氧组使用HIF-1α特异性抑制剂Echinomycin后，低氧信号通路相关的HIF-1α、β-catenin和VEGFA的蛋白质表达均下调（P < 0.05）。结论低氧条件不影响拟胚体的三胚层分化潜力。生理性低氧可以促进悬浮拟胚体的形成和成熟，并且能增强拟胚体的贴壁和贴壁后增殖性能，初步证实通过激活HIF-1α/β-catenin/VEGFA信号通路，提升人诱导多能干细胞的分化能力。