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        CXCR7表達(dá)增強(qiáng)促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞血管生成能力

        2016-10-09 09:25:28程鵬何露清凌驍林秀飛李校堃
        關(guān)鍵詞:腺病毒內(nèi)皮內(nèi)皮細(xì)胞

        程鵬,何露清,凌驍,林秀飛,李校堃

        (溫州醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院 中美糖尿病并發(fā)癥研究所,浙江 溫州 325035)

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        CXCR7表達(dá)增強(qiáng)促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞血管生成能力

        程鵬,何露清,凌驍,林秀飛,李校堃

        (溫州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院中美糖尿病并發(fā)癥研究所,浙江溫州325035)

        目的:考察提高CXCR7表達(dá)能否提高內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)血管生成能力。方法:利用高表達(dá)CXCR7的腺病毒轉(zhuǎn)染至人臍帶血來源的EPCs,建立CXCR7high-EPCs工程化細(xì)胞。比較CXCR7high-EPCs與對照組EPCs在無血清條件下存活、黏附、經(jīng)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)誘導(dǎo)的跨內(nèi)皮遷移、管樣結(jié)構(gòu)形成以及一氧化氮(NO)生成能力。結(jié)果:高表達(dá)CXCR7能顯著增強(qiáng)EPCs在無血清條件下細(xì)胞存活能力、黏附功能、SDF-1誘導(dǎo)的跨內(nèi)皮遷移、管樣結(jié)構(gòu)形成以及EPCs生成NO的能力,并且與SDF-1有協(xié)同作用。結(jié)論:提高CXCR7在人臍帶血來源的EPCs中表達(dá)能夠增強(qiáng)其血管生成能力,這為臨床治療血管性疾病提供新思路。

        CXCR7;內(nèi)皮祖細(xì)胞;細(xì)胞存活;管樣結(jié)構(gòu)形成

        早在1997年,內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells,EPCs)就能夠從人的外周血中分離得到[1]。臨床研究表明外周血中EPCs的數(shù)量和功能與心血管疾病風(fēng)險及死亡率呈負(fù)相關(guān)[2-3]。動物實驗也表明移植骨髓[4]、臍帶血[5]或者外周血[6]來源的EPCs能夠改善心肌缺血以及下肢缺血動物模型的血流再恢復(fù)情況?;|(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(Stromal cell-derived factor-1,SDF-1)在EPCs參與血管生成中發(fā)揮關(guān)鍵作用[7-11]。近新研究[12-13]發(fā)現(xiàn):SDF-1的受體CXCR7也參與到SDF-1介導(dǎo)EPCs血管生成的過程中。盡管CXCR7在EPCs中表達(dá)量很低,但其介導(dǎo)SDF-1誘導(dǎo)細(xì)胞存活、與內(nèi)皮細(xì)胞黏附、形成管樣結(jié)構(gòu)以及合成一氧化氮(NO)等功能不容忽視。本實驗利用攜帶人CXCR7基因的腺病毒轉(zhuǎn)染EPCs獲得CXCR7高表達(dá)的EPCs。通過與空載腺病毒轉(zhuǎn)染的EPCs進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn):高表達(dá)CXCR7的EPCs其存活能力、黏附功能、跨內(nèi)皮遷移能力、管樣結(jié)構(gòu)形成以及細(xì)胞生成NO能力顯著得到提升,證明增強(qiáng)EPCs中CXCR7的表達(dá)量將顯著提高細(xì)胞血管生成功能。

        1 材料和方法

        1.1材料 人臍帶血來源于健康產(chǎn)婦;MCDB131培養(yǎng)基購自Gibco公司,人淋巴細(xì)胞分離液、荊豆凝集素(FITC-UEA-1)購自Sigma公司,EGM-2培養(yǎng)基購自Lonza公司,乙?;兔芏戎鞍祝―il-ac-LDL)購自BT公司,MTT檢測試劑盒購自凱基生物公司,CXCR7抗體購自Cell Signaling公司,基質(zhì)膠購自Corning公司,NO檢測試劑盒購自Promega公司;本實驗用到超凈臺、細(xì)胞孵育箱、流式細(xì)胞儀、倒置顯微鏡、熒光倒置顯微鏡、電子天平、細(xì)胞超生破碎儀。

        1.2方法

        1.2.1EPCs的分離與培養(yǎng):無菌條件下用抗凝血袋獲取人臍帶血約100 mL,用MCDB131培養(yǎng)基按1∶1的體積比稀釋血液,將等體積的人淋巴細(xì)胞分離液Histopaque 1077輕微緩慢加至血液上層;500×g離心30 min,取中間白膜層細(xì)胞;培養(yǎng)基洗滌細(xì)胞后加入Single-Quots的EGM-2(含10% FBS)培養(yǎng)基重懸;鋪板于預(yù)先用2 μg/cm2人纖維粘連蛋白包被的細(xì)胞培養(yǎng)皿中。培養(yǎng)的前7 d每天換液,之后每2 d 換1次液,顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)并攝像。

        1.2.2EPCs的鑒定:待EPCs傳代后對其進(jìn)行鑒定,利用細(xì)胞免疫熒光實驗對細(xì)胞中EPCs特異性表面標(biāo)記CD133及VEGFR-2的表達(dá)情況進(jìn)行檢測,并通過Dil-ac-LDL攝取實驗和FITC-UEA-1結(jié)合實驗對細(xì)胞進(jìn)行EPCs內(nèi)皮功能鑒定。

        1.2.3轉(zhuǎn)染:利用實驗室設(shè)計的攜帶人CXCR7基因的腺病毒對EPCs進(jìn)行轉(zhuǎn)染,空載腺病毒轉(zhuǎn)染EPCs作為陰性對照組。轉(zhuǎn)染48 h后,利用免疫印跡實驗檢測EPCs中CXCR7的表達(dá)情況。

        1.2.4EPCs凋亡檢測實驗:CXCR7high-EPCs和ctrl-EPCs培養(yǎng)至細(xì)胞密度達(dá)80%,并可進(jìn)行細(xì)胞凋亡實驗。實驗分組情況:CXCR7high-EPCs組和ctrl-EPCs組用無血清的MCDB131培養(yǎng)基進(jìn)行實驗;CXCR7high-EPCs+SDF-1組和ctrl-EPCs+SDF-1組用含100 ng/mL SDF-1的無血清MCDB131培養(yǎng)基進(jìn)行凋亡實驗。EPCs培養(yǎng)48 h后,消化并收集,再用冰冷PBS洗滌2次,采用MTT檢測試劑盒并利用流式細(xì)胞計數(shù)儀檢測EPCs凋亡情況。

        1.2.5EPCs黏附實驗:原代培養(yǎng)出來的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞以1×105/孔的密度鋪板于細(xì)胞24孔板中,培養(yǎng)至完全融合;用含有10 ng/mL TNF-α和10 ng/mL IL-1β的MCDB131培養(yǎng)基處理EPCs 5 h,活化內(nèi)皮細(xì)胞單層;實驗分組:CXCR7high-EPCs和ctrl-EPCs加至活化的內(nèi)皮細(xì)胞單層上,加入不含血清的MCDB131;在CXCR7high-EPCs+SDF-1組和ctrl-EPCs+SDF-1實驗組中加入含100 ng/mL SDF-1(Peprotech公司)的無血清MCDB131,37 ℃孵育15 min。實驗結(jié)束后把未黏附的細(xì)胞用PBS洗去;熒光顯微鏡下觀察,每個孔隨機(jī)選取5個視野,對發(fā)綠色熒光的細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)統(tǒng)計。

        1.2.6EPCs跨內(nèi)皮遷移實驗:將原代培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞以每孔5×104的密度鋪板于細(xì)胞24孔板的transwell上腔,然后放在24孔板中培養(yǎng)至完全融合;取對數(shù)生長期的EPCs進(jìn)行消化,PBS重懸;進(jìn)行細(xì)胞計數(shù),盡量保證各組別細(xì)胞數(shù)量一致;把EPCs加到transwell上腔。往CXCR7high-EPCs和ctrl-EPCs組的transwell下腔中加入無血清的MCDB131,往CXCR7high-EPCs+SDF-1和ctrl-EPCs+SDF-1組的transwell下腔中加入含有100 ng/mL SDF-1的無血清MCDB131,37 ℃孵育12 h,使EPCs穿過內(nèi)皮細(xì)胞單層和transwell膜;孵育12 h后,取出transwell小室,用棉棒刮盡上腔中的細(xì)胞。熒光顯微鏡下,每個transwell孔隨機(jī)選取5個不同視野,對穿過transwell發(fā)綠色熒光的細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)統(tǒng)計。

        1.2.7EPCs管樣結(jié)構(gòu)形成實驗:將包埋于碎冰中的基質(zhì)膠放在4 ℃過夜解凍;移液器槍頭,48孔板也放在4 ℃預(yù)冷;待第2天實驗時向預(yù)冷的48孔板中每孔加入125 μL基質(zhì)膠,“8”字型搖動孔板,使膠鋪平,放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中預(yù)熱30 min,使基質(zhì)膠充分凝固聚合;取對數(shù)生長期的EPCs用無血清MCDB131饑餓處理12 h,排除EGM-2培養(yǎng)基中血清以及生長因子對后續(xù)實驗的干擾;CXCR7high-EPCs和ctrl-EPCs組別中加入無血清MCDB131;CXCR7high-EPCs+SDF-1和ctrl-EPCs+SDF-1組別中加入含100 ng/mL SDF-1的無血清MCDB131,充分混勻后以每孔2.5×105/mL的細(xì)胞密度取250 μL細(xì)胞懸液加入48孔板中,37 ℃培養(yǎng)12~24 h。隨后把孔板放在光學(xué)顯微鏡下觀察、拍照,用Image J測量管樣結(jié)構(gòu)的長度并進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

        1.2.8EPCs NO檢測實驗:取各實驗組細(xì)胞上清液50 μL,加入50 μL Griess Reagent I進(jìn)行后續(xù)測試。空白對照組加60 μL樣品稀釋液,標(biāo)準(zhǔn)品組加60 μL標(biāo)準(zhǔn)品,實驗各組加60 μL各組細(xì)胞上清液,將5 μL的NADPH(2 mmol/L)加至所有組別,隨后各組加Nitrate Reductase 5 μL,充分混勻,37 ℃孵育30 min;孵育結(jié)束后,各組加入10 μL的LDH Buffer,接著加入10 μL的LDH,充分混勻,37 ℃孵育30 min;各組中加入Griess Reagent I、Griess Reagent I I 50 μL,充分混勻后室溫孵育10 min,酶標(biāo)儀在540 nm檢測吸光度。進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析。

        1.3統(tǒng)計學(xué)處理方法 采用SPSS18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。實驗數(shù)據(jù)以±s表示,同一實驗多組間的差異比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用獨立樣本t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1EPCs的分離與培養(yǎng)結(jié)果 分離的細(xì)胞在人纖維黏連蛋白包被的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)7 d后,開始出現(xiàn)典型的細(xì)胞集落,隨后原本梭形的細(xì)胞逐漸消失,最終成鋪路石樣(見圖1A)。通過EPCs特異性表面標(biāo)記抗體CD133和VEGFR2鑒定該細(xì)胞,并運用攝取Dil-ac-LDL和結(jié)合FITC-UEA-1來鑒定細(xì)胞的內(nèi)皮功能。結(jié)果表明原代分離的細(xì)胞能夠攝取Dil-ac-LDL以及結(jié)合FITC-UEA-1(見圖1B),并且該種細(xì)胞大都表現(xiàn)出CD133和VEGFR2雙陽性(見圖1C),從人臍帶血分離的單個核細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)培養(yǎng)可以獲得高純度的EPCs。

        圖1 EPCs的分離與培養(yǎng)

        2.2腺病毒轉(zhuǎn)染獲得CXCR7高表達(dá)的EPCs 利用實驗室構(gòu)建的攜帶人CXCR7基因的腺病毒和空腺病毒轉(zhuǎn)染EPCs,獲得CXCR7high-EPCs和Ctrl-EPCs模型。免疫印跡實驗表明:攜帶人CXCR7基因的腺病毒在轉(zhuǎn)染EPCs后明顯上調(diào)細(xì)胞中CXCR7的表達(dá)量,但對CXCR4的表達(dá)并沒有影響(P<0.01),見圖2。

        2.3提高CXCR7表達(dá)增強(qiáng)EPCs存活 不含血清的培養(yǎng)基誘導(dǎo)EPCs凋亡,MTT法檢測活細(xì)胞數(shù)量,計算細(xì)胞凋亡率。結(jié)果顯示:在無血清條件下,CXCR7high-EPCs凋亡率比ctrl-EPCs低;加入外源性的SDF-1能夠顯著降低CXCR7high-EPCs和ctrl-EPCs的細(xì)胞凋亡率。SDF-1存在時,CXCR7high-EPCs的凋亡率與ctrl-EPCs相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見圖3。2.4 提高CXCR7表達(dá)增強(qiáng)EPCs黏附作用 本研究中通過比較不同CXCR7濃度的EPCs在活化的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞表面黏附能力,研究提高EPCs中CXCR7的表達(dá)在促進(jìn)與活化內(nèi)皮細(xì)胞黏附的作用。實驗結(jié)果表明:CXCR7high-EPCs與活化內(nèi)皮細(xì)胞的黏附能力要顯著強(qiáng)于ctrl-EPCs;SDF-1能明顯增強(qiáng)CXCR7high-EPCs與ctrl-EPCs與活化的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的黏附功能,且CXCR7high-EPCs的黏附能力比ctrl-EPCs更顯著(見圖4)。

        圖2 不同腺病毒轉(zhuǎn)染對EPCs中CXCR7、CXCR4表達(dá)的影響

        圖3 不同CXCR7表達(dá)水平對EPCs在無血清條件下對細(xì)胞凋亡率的影響

        圖4 不同CXCR7濃度對EPCs與活化人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞黏附功能的影響

        2.5提高CXCR7表達(dá)增強(qiáng)EPCs跨內(nèi)皮遷移 實驗中通過transwell實驗比較不同CXCR7表達(dá)的EPCs跨內(nèi)皮單層能力,考察提高CXCR7表達(dá)能否促進(jìn)EPCs跨內(nèi)皮遷移能力。結(jié)果顯示:沒有SDF-1存在時,CXCR7high-EPCs與ctrl-EPCs的跨內(nèi)皮遷移能力沒有顯著差異;在給予SDF-1后,CXCR7high-EPCs與ctrl-EPCs跨內(nèi)皮遷移能力均得到提升,且CXCR7high-EPCs跨內(nèi)皮遷移能力也明顯強(qiáng)于ctrl-EPCs(見圖5)。

        圖5 不同CXCR7表達(dá)水平對EPCs跨內(nèi)皮遷移能力的作用

        2.6提高CXCR7表達(dá)增強(qiáng)EPCs管樣結(jié)構(gòu)形成 實驗通過考察不同CXCR7表達(dá)水平的EPCs在基質(zhì)膠中形成管樣結(jié)構(gòu)的能力,研究增加EPCs中CXCR7的表達(dá)是否可以促進(jìn)細(xì)胞血管形成。實驗結(jié)果證實:CXCR7high-EPCs在基質(zhì)膠中成管能力顯著高于ctrl-EPCs;SDF-1能顯著促進(jìn)CXCR7high-EPCs與ctrl-EPCs體外管樣結(jié)構(gòu)的形成。SDF-1存在時,CXCR7high-EPCs管樣結(jié)構(gòu)形成能力強(qiáng)于ctrl-EPCs,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(見圖6)。

        圖6 不同CXCR7表達(dá)水平對EPCs體外管樣結(jié)構(gòu)形成能力的作用

        2.7提高CXCR7表達(dá)增強(qiáng)EPCs生成NO的能力 通過比較不同CXCR7表達(dá)水平的EPCs生成NO的能力,研究增加CXCR7在EPCs中的表達(dá)量是否能上調(diào)細(xì)胞促血管功能。結(jié)果顯示:CXCR7high-EPCs組別中NO的含量顯著高于ctrl-EPCs;SDF-1誘導(dǎo)能夠顯著促進(jìn)CXCR7high-EPCs與ctrl-EPCs產(chǎn)生NO的能力。SDF-1存在的條件下,CXCR7high-EPCs組的NO含量顯著高于ctrl-EPCs,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖7。

        3 討論

        本實驗利用CXCR7高表達(dá)的腺病毒轉(zhuǎn)染EPCs,成功建立高表達(dá)CXCR7的EPCs模型(CXCR7high-EPCs)。研究發(fā)現(xiàn)提高CXCR7表達(dá)能夠極大程度提高EPCs的存活能力,這與前期研究[13]證明CXCR7單獨介導(dǎo)SDF-1誘導(dǎo)EPCs存活的結(jié)論保持一致。本研究中給予細(xì)胞外源性SDF-1能顯著增強(qiáng)CXCR7high-EPCs的黏附及跨內(nèi)皮遷移能力,并能與高表達(dá)的CXCR7發(fā)揮協(xié)同作用,這與前期研究[13]證明CXCR7單獨介導(dǎo)SDF-1誘導(dǎo)EPCs黏附的結(jié)論也是一致的,與Zabel等[5]對腫瘤細(xì)胞研究結(jié)果同樣相符。EPCs黏附及跨內(nèi)皮遷移能力是生成血管的起始步驟,高表達(dá)CXCR7促進(jìn)EPCs與活化的內(nèi)皮黏附、跨內(nèi)皮遷移,很可能是由于增強(qiáng)了細(xì)胞的血管生成能力。

        圖7 不同CXCR7表達(dá)水平對EPCs生成NO能力的影響

        實驗中運用管樣結(jié)構(gòu)形成實驗考察提高CXCR7表達(dá)對EPCs成血管能力的影響。結(jié)果表明:高表達(dá)CXCR7的EPCs其管樣結(jié)構(gòu)形成得到顯著增強(qiáng),并與SDF-1發(fā)揮協(xié)同作用。Watanabe等[14]在炎癥研究中發(fā)現(xiàn)提高CXCR7表達(dá)對內(nèi)皮類細(xì)胞血管生成有促進(jìn)作用,這與本實驗結(jié)果相符。最后,通過檢測NO含量,結(jié)果也表明轉(zhuǎn)染CXCR7的EPCs體內(nèi)NO生成量顯著增加并與SDF-1發(fā)揮協(xié)同作用,表明CXCR7高表達(dá)可能通過提高EPCs合成NO增強(qiáng)其成血管功能。

        提高EPCs中CXCR7的表達(dá)量顯著提高EPCs的存活能力、與活化內(nèi)皮的黏附功能、SDF-1介導(dǎo)細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移能力、管樣結(jié)構(gòu)形成能力以及NO生成能力,這種作用與SDF-1一起發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。提高CXCR7表達(dá)很可能是增強(qiáng)EPCs血管生成能力的有效方法,同時也為改造EPCs用于臨床干細(xì)胞移植治療血管性疾病提供新思路。

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        (本文編輯:趙翠翠,丁敏嬌)

        Increasing CXCR7 expression in endothelial progenitor cells can enhances its angiogenic capability

        CHENG Peng, HE Luqing, LING Xiao, LIN Xiufei, LI Xiaokun. Sine-American Research Institute for Diabetic Complication, School of Pharmaceutical Sciences, Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325035

        Objective: To investigate whether increasing CXCR7 expression in endothelial progenitor cells (EPCs) can improve its angiogenic capability. Methods: CXCR7high-EPCs were constructed by transfecting with adenovirus carring human CXCR7 gene. The differences between CXCR7high-EPCs and wt-EPC in cell survival under serum deprivation condition, adhesion, SDF-1 induced trans-endothelial migration, tube formation and nitric oxide (NO) production were compared. Results: Compared with ctrl-EPCs, CXCR7high-EPCs has superiority in cell survival under serum-free condition, cell adhension to activated endothelial cells, trans-endothelial migration, tube formation and NO production, which could be further enhanced by SDF-1. Conclusion: Increasing expression of CXCR7 can enhance the angiogenic capacity of EPCs. The performance of present research may provide a new idea for the treatment of vascular diseases.

        CXCR7; endothelial progenitor cells; cell survival; tube formation

        R96

        A DOI: 10.3969/j.issn.2095-9400.2016.07.007

        2016-02-07

        溫州市公益性科技計劃項目(Y20140654);國家自然科學(xué)基金青年基金資助項目(81200239)。

        程鵬(1990-),男,浙江杭州人,碩士生。

        李校堃,教授,Email:xiaokunli@163.net。

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