徐敏,寧險峰,錫洪敏,高宏,李自普
心臟營養(yǎng)素-1促進臍帶間充質(zhì)干細胞誘導分化為心肌樣細胞時心肌α-actin、β-MHC、GATA4和Nkx2-5基因的表達
徐敏,寧險峰,錫洪敏,高宏,李自普
目的 探討心臟營養(yǎng)素-1(CT-1)促進經(jīng) 5-氮雜胞苷(5-aza)誘導的臍帶間充質(zhì)干細胞(UCMSCs)分化為心肌樣細胞時心肌 α-actin、β-MHC、GATA4、Nkx2-5 基因的表達。
方法 分離、純化 UCMSCs,第 4 代 UCMSCs 分別以普通培養(yǎng)基(A 組)和含 0.1 nmol/L CT-1 培養(yǎng)基(B 組)培養(yǎng);經(jīng) 5-aza 誘導的第 4 代 UCMSCs 分別以普通培養(yǎng)基(C 組)、含不同濃度 CT-1 培養(yǎng)基 D 組(D1組0.01 nmol/L、D2組 0.1 nmol/L、D3組 1.0 nmol/L)培養(yǎng)。應用熒光定量 PCR 檢測各基因的表達。
結(jié)果 UCMSCs 培養(yǎng) 2 ~ 3 d 后細胞貼壁,逐漸由圓形變?yōu)殚L纖維樣;經(jīng) 5-aza 誘導分化后可見心肌樣細胞,但未見自發(fā)性搏動。RT-PCR 檢測顯示 B 組和 C 組 α-actin、β-MHC、GATA4 和 Nkx2-5基因的表達較 A 組均無明顯增加;α-actin、GATA4 和 Nkx2-5基因在 D 組較 A 組表達明顯增加,其中 α-actin 基因在 D2組表達最高,GATA4基因在 D1組表達最高,Nkx2-5 基因在 D3組表達最高,而 β-MHC 基因在 D 組表達未見增加。
結(jié)論 CT-1 可明顯促進 5-aza 誘導的 UCMSCs 分化為心肌樣細胞,且心肌樣細胞 α-actin、GATA4、Nkx2-5 的基因表達與 CT-1 的濃度有關(guān)。
間質(zhì)細胞; 心肌細胞,心臟; 心臟營養(yǎng)素-1; 阿扎胞苷
www.cmbp.net.cn 中國醫(yī)藥生物技術(shù), 2016, 11(5):420-425
間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)分化成心肌樣細胞的潛能已在動物模型和體外實驗中得到證實[1-3],國內(nèi)已有使用骨髓干細胞成功移植治療擴張型心肌病的報道,發(fā)現(xiàn)可明顯改善患者心功能及心肌重塑[4]。國外亦有報道,在動物實驗模型中自體移植骨髓干細胞可明顯改善左室功能[5]。Nartprayut 等[6]比較了骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs)與臍帶間充質(zhì)干細胞(umbilical cord mesenchymal stem cells,UCMSCs)分化為心肌樣細胞的潛能,發(fā)現(xiàn)所有心肌特異性表面標記在 UCMSCs 組表達均明顯增加,而僅有部分心肌特異性表面標記在BMMSCs 組表達增加,提示 UCMSCs 分化為心肌樣細胞的潛能較 BMMSCs 強。因此,能否應用誘導后的 UCMSCs 修復受損心肌成為目前國內(nèi)外干細胞領(lǐng)域研究的熱點問題之一[6-8]。目前的研究顯示誘導后的 UCMSCs 轉(zhuǎn)化為心肌樣細胞的效率較低[9],如何高效促進 UCMSCs 分化為心肌樣細胞成為當前研究的重點和難點。
心臟營養(yǎng)素-1(cardiotrophin-1,CT-1),屬于白介素-6 家族新成員,在心臟發(fā)育中有重要的作用,尤其對心肌肥大的誘導作用最強[10];在缺血性心臟病患者血清中 CT-1 升高,在體外 CT-1 可促進胚胎干細胞向心肌細胞分化[11],引起心肌細胞增生肥大和肌小節(jié)形成,誘導體外培養(yǎng)心肌細胞肥厚[12]。國內(nèi)已有 CT-1 促進大鼠 BMMSCs 誘導分化為心肌樣細胞的研究[11],但 CT-1 是否可促進UCMSCs 分化為心肌細胞尚不清楚。我們的前期研究發(fā)現(xiàn) UCMSCs 可自發(fā)分化為少量心肌樣細胞,CT-1 可明顯促進 5-氮胞苷(5-azacytidine,5-aza)誘導 UCMSCs 分化為心肌樣細胞,且以濃度0.01 mmol/L 時促進作用最明顯,但具體機制不清。本實驗通過實時定量 PCR 檢測 CT-1 促進 5-aza誘導 UCMSCs 分化為心肌樣細胞時心肌特異性基因 α-肌動蛋白(α-actin)、β-肌凝蛋白重鏈(β-myosin heavy chain,β-MHC)、GATA4 和 Nkx2-5的表達情況,旨在探討 CT-1 促進增加 5-aza 誘導UCMSCs 分化為心肌樣細胞的分子機制。
1.1 材料
1.1.1 試劑和材料 無污染的健康足月兒臍帶來自青島大學附屬醫(yī)院產(chǎn)科,均簽署知情同意書。5-氮胞苷購自美國 Sigma 公司;CT-1 購自美國Invitrogen 公司;10% 胎牛血清、1% 青鏈霉素的DMEM 培養(yǎng)基購自美國 Hyclone 公司。
1.1.2 儀器 梯度 PCR 儀為德國 Eppendorf 公司產(chǎn)品;逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(PrimeScript RT-PCR Kit)和熒光定量 PCR 擴增試劑盒(SYBR Premix EX TAqTMII)均為寶生物工程大連有限公司產(chǎn)品;Light Cycler RT-PCR 擴增儀 Rotor-Gene3000 為上海天呈科技有限公司產(chǎn)品;倒置相差顯微鏡為日本尼康公司產(chǎn)品;超微量分光光度計 K5500 為北京凱奧公司產(chǎn)品。
1.2 方法
1.2.1 UCMSCs 分離與培養(yǎng) 取無污染的健康足月兒臍帶用無菌磷酸鹽緩沖液(PBS)反復沖洗,去除殘留血液,無菌條件下用剪刀將臍帶組織剪成直徑 1 ~ 2 mm 的組織塊,放入離心管中,經(jīng) 0.1%膠原酶 II 和 0.25% 胰蛋白酶于 37 ℃消化后以1200 r/min 過濾離心 10 min,收集離心沉淀細胞。將收集到的細胞按 106個/cm2接種于包被好的T25 培養(yǎng)瓶中,加入含 10% 胎牛血清和 1% 青鏈霉素的 DMEM 培養(yǎng)基,置于含有 5% CO2、37 ℃飽和濕度培養(yǎng)箱中培養(yǎng),待細胞 80% 融合后用已消毒的 PBS 溶液沖洗瓶底,加入 0.125% 胰蛋白酶溶液(含 l% 依地酸鈉鈣)消化,當細胞從培養(yǎng)瓶底脫落下來后,用血清終止胰蛋白酶作用;將消化下來的細胞制成單細胞懸液,1200 r/min 離心5 min 后將收集的細胞重懸于 DMEM 培養(yǎng)基中,按 1∶3 比例傳代接種至 2 個新的包被好的 T25培養(yǎng)瓶中,置于含有 5% CO2、37 ℃ 飽和濕度培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每日于倒置相差顯微鏡下觀察細胞生長,記錄并拍照。
1.2.2 試驗分組和誘導分化 取第 4 代UCMSCs 分 6 組:A 組(培養(yǎng)基 + UCMSCs),B組(培養(yǎng)基 + UCMSCs + 0.1 nmol/L CT-1),C 組(培養(yǎng)基 + UCMSCs + 10 μmol/L 5-aza),D1組(培養(yǎng)基 + UCMSCs + 10 μmol/L 5-aza+ 0.01 nmol/L CT-1),D2組(培養(yǎng)基 + UCMSCs + 10 μmol/L 5-aza + 0.1 nmol/L CT-1),D3組(培養(yǎng)基 + UCMSCs + 10 μmol/L 5-aza + 1.0 nmol/L CT-1)。2 μg/支 CT-1 用 10% 胎牛血清分別稀釋到不同濃度。
誘導分化過程如下:第 4 代 UCMSCs 按照1 × 104個/cm2接種 6 孔培養(yǎng)板,加入 DMEM 培養(yǎng)基和 10% 胎牛血清(FBS)培養(yǎng),待細胞融合到 60% ~ 70%,棄去培養(yǎng)基,用 L-DMEM 洗滌細胞 2 次后根據(jù)實驗分組分別加入不同濃度的誘導劑和 CT-1,孵育 24 h 后去除培養(yǎng)基,用 L-DMEM洗滌細胞 2 次后,改用 10% FBS 普通培養(yǎng)基培養(yǎng),每 3 天做一次半量換液,待細胞融合 80% 左右后,按照 1 × 104個/cm2傳代。誘導后第 28 天,獲取細胞做后續(xù)實驗。誘導期間分別于誘導分化前和誘導分化后 24 h、48 h、1 周、2 周、3 周、4 周于倒置相差顯微鏡下觀察細胞生長,記錄并拍照。1.2.3 總 RNA 提取和 cDNA 合成 收集細胞,以 1200 r/min 離心 5 min,去除上清液,沉淀中加入 1 ml Trizol,反復吹打,吸出所有裂解液置于 1.5 ml Microtube 管中,室溫下靜置 5 min;加200 μl 氯仿,劇烈振蕩 15 s,室溫下靜置 3 min;4 ℃ 下,以 1200 r/min 離心 15 min;吸取上清液400 μl 至 1.5 ml Microtube 管中,加 50 μl 異丙醇混勻,室溫下靜置 15 min;再次 4 ℃ 1200 r/min 離心 15 min;棄上清,加乙醇洗滌后 4 ℃ 1200 r/min離心 5 min;棄上清,于空氣中晾干 RNA 10 min;加 50 μl 焦碳酸二乙酯(DEPC)水溶解 RNA,-80℃ 保存待用。
選擇完整性良好的 RNA 樣本,按逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(PrimeScript RT-PCR Kit)說明書合成 cDNA。在 Microtube 管中配制 10 μl 反應體系:dNTP Mixture 1 μl,Oligo dT Prime 1 μl,Template RNA 2 μl,RNase Free H2O 6 μl。在梯度 PCR 儀上進行變性、退火反應:65 ℃ 5 min,4 ℃ 30 s。將該Microtube 管離心 30 s 使混合液聚集于 Microtube管底部。在上述 Microtube 管中配置 20 μl 反應體系:上述變性、退火后反應液 10 μl,5 × PrimeScript Buffer 4 μl,RNase Inhibitor 0.5 μl,PrimeScript RTase 0.5 μl,RNase Free H2O 5 μl。在 PCR 儀上進行逆轉(zhuǎn)錄反應:42 ℃ 30 min,95 ℃ 5 min,4 ℃ 1 min。用超微量分光光度計 K5500 測定所得 DNA A260/A280比值在 1.6 ~ 1.9,將合成的 cDNA -20 ℃保存待用。

表 1 各目的基因及內(nèi)參基因的 PCR 引物Table 1 The PCR primers of target genes and reference gene
1.2.4 實時熒光定量 PCR PCR 引物由上海生工生物工程有限公司合成,見表 1。將各引物離心30 s 后按引物合成報告單配制成 100 μmol/L 的貯存液,用蒸餾水稀釋 20 倍,配制成 5 μmol/L 的貯存液,-20 ℃ 保存待用。按照熒光定量 PCR 擴增試劑盒說明書進行基因 α-actin、β-MHC、GATA4和 Nkx2-5 定量 PCR 擴增。A、B、C、D1、D2、D3組獲得的 cDNA 作為 PCR 擴增的 DNA 模板,分別與目的基因和內(nèi)參基因的 PCR 引物進行PCR 擴增,具體步驟如下:在 Microtube 管中配制 20 μl 反應體系:SYBR Premix EX TAqTMII(2 ×)10 μl,PCR Forward Primer(10 μmol/L)0.8 μl,PCR Reverse Primer(10 μmol/L)0.8 μl,DNA模板 2 μl,dH2O 6.4 μl,在 PCR 儀上進行 RT-PCR反應,經(jīng)過 95 ℃ 預變性 5 min,98 ℃ 變性 10 s,54 ~ 62 ℃ 退火 30 s,72 ℃ 延伸 30 s,重復 40 ~45 個循環(huán),72 ℃ 延伸 10 min。在 real-time PCR反應的指數(shù)期,設定熒光信號閾值,該閾值是以PCR 反應前 15 個循環(huán)的熒光信號作為熒光本底信號;Ct(Cycle threshold)值為每個反應管內(nèi)的熒光信號達到設定閾值時所經(jīng)歷的循環(huán)數(shù),將 Ct 值作為樣本表達量標準,每個標本重復 3 次,Ct 值取平均值;使用 2-△△Ct法[13]計算各組相關(guān)基因的表達量:△△Ct =(Cttarget- Ctref)實驗組-(Cttarget-Ctref)對照組,Cttarget:目的基因的 Ct 值;Ctref:內(nèi)參基因的 Ct 值。
1.3 統(tǒng)計學處理
2.1 UCMSCs 形態(tài)
新鮮分離的臍帶間充質(zhì)干細胞在培養(yǎng) 2 ~ 3 d后,培養(yǎng)瓶底即出現(xiàn)散在的貼壁細胞,形態(tài)以圓形為主,隨培養(yǎng)時間延長,細胞形態(tài)變得不均一,1 周后多數(shù)呈圓形、梭形、纖維樣或者多角形(圖 1A)。傳代后的細胞密度漸分布均勻,細胞生長也均勻一致,多數(shù)沿胞體長軸呈單層的旋渦狀或輻射狀,細胞變大,梭形為主(圖 1B)。消化傳代后,細胞3 ~ 4 h 內(nèi)迅速貼附瓶壁,2 ~ 3 d 后細胞可達到80% ~ 90% 融合程度。每次傳代,細胞數(shù)擴增 2 ~3 倍。細胞傳代過程中,細胞的形態(tài)及增殖能力無明顯改變。

圖 1 臍帶間充質(zhì)干細胞形態(tài)(A:原代細胞培養(yǎng) 1 周,呈圓形、梭形、纖維樣或者多角形;B:細胞傳至第 4 代,細胞生長均勻一致,多數(shù)沿胞體長軸呈單層的旋渦狀或輻射狀,細胞變大,以梭形為主)Figure 1 The morphology of umbilical cord mesenchymal stem cells (A: Culture primary cell for 1 week, round, fusiform,polygonal or fiber shaped; B: Cells spread to the fourth generation. Cell growth is uniform and look like a single vortex or radial along the long axis of the cell body. The cells become large, spindle shaped)

圖2 誘導分化后的臍帶間充質(zhì)干細胞形態(tài)(A:1 w,細胞數(shù)目較前增多,形態(tài)以長梭形為主;B:2 w,細胞變成多角形,胞體增大;C:3 w,部分細胞發(fā)生空泡樣改變,可見細胞間有融合,排列方向漸趨向一致;D:3 w 后,細胞形態(tài)和排列方向變得不規(guī)則)(× 100)Figure 2 The morphology of umbilical cord mesenchymal stem cells after differentiation (A: 1 w, the number of cells is increased,and the morphology is dominated by long spindle shape; B: 2 w, cells become polygonal and bigger; C: 3 w, some of the cells have the vacuole, and there is a convergence between the cells. The direction of their arrangement is consistent; D: After 3 w, cell morphology and cell arrangement direction all become irregular) (× 100)

圖3 基因 α-actin、β-MHC、GATA4 和 Nkx2-5在各實驗組中的 2-△△Ct值Figure 3 2-△△Ctof α-actin, β-MHC, GATA4, Nkx2-5 gene in each group
2.2 誘導分化后 UCMSCs 的形態(tài)
誘導后 1 周內(nèi)細胞增長速度無明顯減慢,細胞數(shù)目增多,形態(tài)以長梭形為主(圖 2A),UCMSCs誘導 2 周后細胞增生速度減慢,形態(tài)發(fā)生變化,由原來的長梭狀變成多角形,胞體增大(圖 2B),3 周后細胞體積繼續(xù)增大,部分細胞發(fā)生空泡樣改變,細胞間可見融合,形成細胞集落,相鄰集落細胞之間出現(xiàn)連接,排列方向漸趨向一致(圖 2C);繼續(xù)傳代培養(yǎng),細胞增殖能力減慢,形態(tài)變得不規(guī)則,排列方向不一致(圖 2D)。在誘導分化過程中,未發(fā)現(xiàn)有明顯的心肌肌管形成,亦未觀察到可自發(fā)跳動的心肌細胞。
2.3 目的基因的表達
基因 α-actin、β-MHC、GATA4 和 Nkx2-5 與其內(nèi)參基因在 A、B、C、D1、D2、D3組中的 RT-PCR基因擴增曲線呈 S 型,有明顯的指數(shù)擴增期、線性期及平臺期,曲線起峰 Ct 值 10 ~ 25,所有曲線走型光滑,顯示擴增效果理想。
基因 α-actin、β-MHC、GATA4 和 Nkx2-5在單純加入 0.1 nmol/L CT-1 的 B 組和單純加入10 μmol/L 5-aza 的 C 組較 A 組均無明顯表達;除 β-MHC 基因外,α-actin、GATA4 和 Nkx2-5基因在同時加入不同濃度 CT-1 和 10 μmol/L 5-aza的 D 組較 A 組表達明顯增加,其中 α-actin 基因在 D2組的表達最明顯,GATA4 基因在 D1組的表達最明顯,Nkx2-5 基因在 D3組的表達最明顯(圖 3)。
有關(guān)干細胞的心肌再生治療已經(jīng)經(jīng)歷了大量實驗室研究和臨床實踐,目前研究和應用最多的是BMMSCs,然而,BMMSCs 的獲取具有創(chuàng)傷性,并且供者的年齡影響其分化能力。近些年來,具有來源豐富、無倫理問題、低免疫原性和多向分化潛能等優(yōu)勢的 UCMSCs 引起人們的關(guān)注;Nartprayut等[6]發(fā)現(xiàn)在分化為心肌樣細胞潛能方面 UCMSCs優(yōu)于 BMMSCs。5-aza 是常用的促間充質(zhì)干細胞分化為心肌細胞的誘導分化劑,但誘導分化率不高;Chen 等[11]聯(lián)合應用 5-aza 和 CT-1 促 BMMSCs誘導分化為心肌細胞,分化率較單純應用 5-aza 明顯增高;Monserrat 等[10]發(fā)現(xiàn) CT-1 與心肌肥大的嚴重程度密切相關(guān);我們的前期研究結(jié)果證實未進行誘導分化的 UCMSCs 可自發(fā)表達少量心肌細胞特異性標志物,加入 CT-1 后,UCMSCs 分化為心肌樣細胞的數(shù)量明顯增加。本實驗通過實時定量PCR 檢測心肌特異性基因的表達情況,以進一步了解 CT-1 促進 5-aza 誘導 UCMSCs 分化為心肌樣細胞的機制。
本實驗顯示基因 α-actin、GATA4 和 Nkx2-5在單獨加入 CT-1 的 B 組和單獨加入 5-aza 的C 組均無明顯表達,而在同時加入 0.1 μmol/L CT-1和 10 μmol/L 5-aza 的 D 組較空白對照組 A 組表達明顯增加,提示 α-actin、GATA4 和 Nkx2-5基因參與了心肌細胞的形成和發(fā)育,與上述文獻報道一致。本實驗最終結(jié)果證實目的基因在 D 組明顯表達,與既往文獻報道相符,但各目的基因之間對 CT-1 敏感的濃度存在差異,考慮各目的基因的具體作用機制及表達方式尚未完全明確,亦考慮不同的濃度可能會影響各基因的表達量,尚待驗證。
心肌肌動蛋白(α-actin)是心肌肌小節(jié)中細肌絲的重要組成部分,并通過作用于相鄰的肌小節(jié)和心肌細胞使心肌收縮同步[14]。不同研究組分別在心肌致密化不全和擴張型心肌病的患者中發(fā)現(xiàn)了基因 α-actin 突變[15-16];Jiang 等[17]發(fā)現(xiàn)在心衰患者中 α-actin 表達較對照組明顯下調(diào),并證實與心肌細胞凋亡有密切關(guān)系。因此,基因 α-actin 在心肌細胞的形成、發(fā)育過程中具有十分重要的作用。GATA4 作為一種心肌轉(zhuǎn)錄因子,表達于心肌細胞發(fā)育的各個階段,并通過調(diào)控心肌某些基因的轉(zhuǎn)錄活性參與心臟形成的整個過程,如心房利鈉因子、肌鈣蛋白、β-MHC 等[18],并在擴張型心肌病的患者中發(fā)現(xiàn)了基因 GATA4 突變[19],Brody 等[20]在擴張型心肌病小鼠模型中進一步發(fā)現(xiàn)致病基因GATA4 的一個全新靶點基因 Lrrc10。基因 Nkx2-5作為特異性心肌轉(zhuǎn)錄因子,同樣也參與了心臟發(fā)生、發(fā)育的整個過程,尤其是心臟傳導系統(tǒng)[21],在胚胎時期 Nkx2-5 的缺失會導致死胎或心臟畸形[22],在先天性心臟病的患者中也發(fā)現(xiàn)了基因 Nkx2-5突變[23],上述內(nèi)容證明基因 α-actin、GATA4 和Nkx2-5 均參與了心臟的起源、發(fā)育及病變過程。本實驗結(jié)果顯示,目的基因在實驗組中表達明顯增加,進一步證實了 CT-1 促進臍帶間充質(zhì)干細胞誘導分化為心肌樣細胞。
我們也注意到加入 CT-1 后,目的基因β-MHC 表達未見明顯增加,與文獻報道不符;推測可能原因有:①本實驗體外誘導分化的條件與文獻報道不完全相同;②目的基因 β-MHC 的擴增曲線雖可見明顯的指數(shù)期,線性期及平臺期,擴增曲線走型光滑,但其曲線起峰 Ct 值在 25 ~ 30 之間,起峰較晚,因此可能存在循環(huán)數(shù)不夠而造成表達下降;③選擇的引物特異性不高。
[1] Kruglyakov PV, Sokolova IB, Zin'kova NN,et al. In vitro and in vivo differentiation of mesenchymal stem cells in the cardiomyocyte direction. Bull Exp Biol Med, 2006, 142(4):503-506.
[2] Hattan N, Kawaguchi H, ando K, et al. Purified cardiomyocytes from bone marrow mesenchymal stem cells produce stable intracardiac grafts in mice. Cardiovasc Res, 2005, 65(2):334-344.
[3] Shim WS, Jiang S, Wong P, et al. Ex vivo differentiation of human adult bone marrow stem cells into cardiomyocyte-like cells. Biochem Biophys Res Commun, 2004, 324(2):481-488.
[4] Zhang ZL, Wang MH, Peng JT, et al. Intracoronary transplantation of autologous bone marrow stem cells in treating dilated cardiomyopathy. Pract Clin Med, 2005, 6(12):23-25, 28. (in Chinese)張智亮, 王夢洪, 彭景添, 等. 自體骨髓干細胞冠狀動脈內(nèi)移植治療擴張型心肌病. 實用臨床醫(yī)學, 2005, 6(12):23-25, 28.
[5] Chen Y, Liu W, Li W, et al. Autologous bone marrow mesenchymal cell transplantation improves left ventricular function in a rabbit model of dilated cardiomyopathy. Exp Mol Pathol, 2010, 88(2):311-315.
[6] Nartprayut K, U-Pratya Y, Kheolamai P, et al. Cardiomyocyte differentiation of perinatally?derived mesenchymal stem cells. Mol Med Rep, 2013, 7(5):1465-1469.
[7] Zhang Y, Chu Y, Shen W, et al. Effect of 5-azacytidine induction duration on differentiation of human first-trimester fetal mesenchymal stem cells towards cardiomyocyte-like cells. Interact Cardiovasc Thorac Surg, 2009, 9(6):943-946.
[8] Martin-Rendon E, Sweeney D, Lu F, et al. 5-Azacytidine-treated human mesenchymal stem/progenitor cells derived from umbilical cord, cord blood and bone marrow do not generate cardiomyocytes in vitro at high frequencies. Vox Sang, 2008, 95(2):137-148.
[9] Ma N, Ding F, Zhang J, et al. Myocardial structural protein expression in umbilical cord blood mesenchymal stem cells after myogenic induction. Cell Biol Int, 2013, 37(9):899-904.
[10] Monserrat L, López B, González A, et al. Cardiotrophin-1 plasma levels are associated with the severity of hypertrophy in hypertrophic cardiomyopathy. Eur Heart J, 2011, 32(2):177-183.
[11] Chen XY, Zeng Z, Zhou B, et al. Effects of cardiotrophin-1 on differentiation and maturation of rat bone marrow mesenchymal stem cells induced with 5-azacytidine in vitro. Int J Cardiol, 2010, 143(2):171-177.
[12] Ateghang B, Wartenberg M, Gassmann M, et a1. Regulation ofcardiotrophin-1 expression in mouse embryonic stem cells by HIF-lalpha and intracellular reactive oxygen species. J Cell Sci, 2006,119(Pt 6):1043-1052.
[13] Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods, 2001, 25(4):402-408.
[14] Frade AF, Teixeira PC, Ianni BM, et al. Polymorphism in the alpha cardiac muscle actin 1 gene is associated to susceptibility to chronic inflammatory cardiomyopathy. PLoS One, 2013, 8(12):e83446.
[15] McNally E, Dellefave L. Sarcomere mutations in cardiogenesis and ventricular noncompaction. Trends Cardiovasc Med, 2009, 19(1):17-21.
[16] Olson TM, Michels VV, Thibodeau SN, et al. Actin mutations in dilated cardiomyopathy, a heritable form of heart failure. Science,1998, 280(5364):750-752.
[17] Jiang HK, Qiu GR, Li-Ling J, et al. Reduced ACTC1 expression might play a role in the onset of congenital heart disease by inducing cardiomyocyte apoptosis. Circ J, 2010, 74(11):2410-2418.
[18] Pikkarainen S, Tokola H, Kerkel? R, et al. GATA transcription factors in the developing and adult heart. Cardiovasc Res, 2004, 63(2):196-207.
[19] Li RG, Li L, Qiu XB, et al. GATA4 loss-of-function mutation underlies familial dilated cardiomyopathy. Biochem Biophys Res Commun, 2013, 439(4): 591-596.
[20] Brody MJ, Cho E, Mysliwiec MR, et al. Lrrc10 is a novel cardiac-specific target gene of Nkx2-5 and GATA4. J Mol Cell Cardiol, 2013, 62:237-246.
[21] Moskowitz IP, Kim JB, Moore ML, et al. A molecular pathway including Id2, Tbx5 and Nkx2-5 required for cardiac conduction system development. Cell, 2007, 129(7):1365-1376.
[22] Terada R, Warren S, Lu JT, et al. Ablation of Nkx2-5 at mid-embryonic stage results in premature lethality and cardiac malformation. Cardiovasc Res, 2011, 91(2):289-299.
[23] Costa MW, Guo G, Wolstein O, et al. Functional characterization of a novel mutation in NKX2-5 associated with congenital heart disease and adult-onset cardiomyopathy. Circ Cardiovasc Genet, 2013, 6(3):238-247.
Objective To investigate the express of α-actin, β-MHC, GATA4, Nkx2-5 gene which are effected by cardiotrophin-1 (CT-1) on differentiation of umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSCs) in vitro with 5-azacytidine (5-aza).
Methods The UCMSCs isolated and purified from umbilical cord were divided into several groups respectively as ordinary culture medium of UCMSCs (Group A), culture medium with 0.1 nmo1/L CT-1 (Group B), ordinary culture medium including 10 μmol/L 5-aza only (Group C), culture medium combined with different concentration of CT-1 and 10 μmol/L 5-aza (Group D). The group D includes three subgroups based on the concentration of CT-1: D10.01 nmol/L CT-1, D20.1 nmo1/L CT-1, D31.0 nmo1/L CT-1. The fluorescent quantitation PCR was used to detect the expression levels of the α-actin, β-MHC, GATA4, Nkx2-5 gene.
Results After culture for 2 or 3 days, UCMSCs adhereed to the wall, and gradually became from spherical to long fiber-like. Differentiated UCMSCs treated with 5-aza and CT-1 distinctly showed morphological characteristics of myocyte-like cells, yet spontaneous contraction of few cells wasn't observed. There was no significant expression level of target genes in group B, C as compared with control group A. The expression levels of α-actin, GATA4, Nkx2-5 in group D were much higher than that in control group A, and each of them was sequentially highest in group D2, D1and D3, respectively. However, there was no significant expression level of β-MHC between group D and control group A.
Conclusions The phenomenon of UCMSCs differentiating into cardiomyocyte-like cells can be promoted by CT-1. The expression levels of α-actin, GATA4, Nkx2-5 are associated with the concentration of CT-1.
Author Affiliations: Department of Cardiorenal Pediatrics (XU Min, LI Zi-pu), Vasculocardiology Department (NING Xian-feng),Neonatal Department (XI Hong-min), Stem Cell Center (GAO Hong), Affiliated Hospital of Qingdao University, Qingdao 266003,China
www.cmbp.net.cn Chin Med Biotechnol, 2016, 11(5):420-425
The expression of α-actin, β-MHC, GATA4, Nkx2-5 gene during the process of umbilical cord mesenchymal stem cells differentiating into cardiomyocyte-like cells promoted by cardiotrophin-1
XU Min, NING Xian-feng, XI Hong-min, GAO Hong, LI Zi-pu
Mesenchymal stem cells; Myocytes, cardiac; Cardiotrophin-1; Azacitidine
LI Zi-pu, Email: 13370871121@163.com
10.3969/j.issn.1673-713X.2016.05.006
青島市科技支撐計劃(10-3-4-3-15-jch)
266003 青島大學附屬醫(yī)院心腎免疫兒科(徐敏、李自普),心血管內(nèi)科(寧險峰),新生兒科(錫洪敏),干細胞中心(高宏)
李自普,Email:13370871121@163.com
2016-04-18