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自然杀伤细胞(natural killer cells,NK细胞)作为机体非常重要的免疫细胞,在机体的各项免疫功能中发挥着重要的作用。NK细胞能合成并且分泌多种细胞因子如穿孔素、颗粒酶等直接杀伤靶细胞,能与机体的抗原提呈细胞如树突状细胞(dendritic cells,DC)及免疫细胞如T细胞之间进行相互作用,参与机体免疫功能的调节,还可以通过细胞膜表面的CD16分子与抗体相结合,发挥抗体依赖的细胞毒(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)作用等。由此可知,NK细胞具有多种强有力的功效,因此,目前医学各界对其研究众多,主要包括以下几个方面:NK细胞的杀瘤活性,NK细胞的抗病毒感染能力,NK细胞的免疫治疗等。 衰老是一种不可避免的自然现象,是指机体对社会环境和自身生理环境适应能力的进行性减退,从而逐渐趋向死亡。随着社会的进步,衰老人群的比例逐渐增加,因此,对延缓衰老的研究越来越多。然而,为了抗衰老的研究,如何成功的构建出与人类衰老相近的动物模型成为实验研究的关键。多项实验表明,由D-半乳糖构建的亚急性衰老大鼠模型能够较好的模拟出自然衰老,因此被广泛应用于科学实验研究中。 我们参照相关文献报道及实验研究,采用基因工程处理过的K562细胞在体外诱导脐带血NK细胞进行培养扩增,获得大量高纯度的NK细胞;采用短时间内对大鼠连续颈部皮下注射大剂量D-半乳糖的方法构建亚急性衰老大鼠肝脏损伤模型,将实验中获得的大量高纯度NK细胞尾静脉输注入亚急性衰老大鼠体内,研究探索脐带血NK细胞在由D-半乳糖诱导的亚急性衰老大鼠肝脏损伤中的作用,并探讨其可能的机制。 目的: 1.体外诱导NK细胞的大量扩增,观察不同时间NK细胞的数量及纯度,寻找细胞纯度及数量最佳的时间点; 2.对实验中体外诱导培养扩增获得的NK细胞的一般活性其及杀瘤特性进行检测; 3.探讨脐带血NK细胞在由短时间内连续颈部皮下注射相对大剂量的D-半乳糖诱导的亚急性衰老大鼠模型肝脏损伤中的作用及可能机制。 方法: 1.脐带血NK细胞的培养:从健康足月产妇获取新鲜的脐带血,用淋巴细胞分离液采取梯度离心法从中分离出其中的单个核细胞(mononuclear cells,MNCs)。将MNCs置于配置好的培养基中进行诱导培养,使脐带血中的NK细胞得到大量扩增。在不同的时间点观察细胞的一般状态,用流式细胞术检测分析所获得的细胞表面CD3、CD56两种分子的表达、细胞自身的凋亡情况及其对肿瘤细胞的杀伤作用。 2.亚急性衰老大鼠模型的建立:将购得的20只成年健康雄性Wistar大鼠随机等分为2组,分别记为空白对照组(normal,N)、造模组(model,M)。对造模组大鼠连续颈部皮下注射D-半乳糖来构建实验所需的动物模型,空白对照组大鼠给予同等剂量的磷酸盐缓冲液(phosphate buffer,PBS)。在造模过程中,观察两组大鼠的生存、饮食情况,毛色及体重变化等指标。造模结束后,检测两组大鼠的肝脏指数、胸腺指数等指标的变化,用生化检测试剂盒检测大鼠血液、肝脏组织中超氧化物岐酶(superoxide dismutase,SOD)活性和丙二醛(malondialdehyde,MDA)浓度,用苏木精-伊红染色法(hematoxylin-eosin staining,HE)观察大鼠肝脏组织细胞形态的变化,用Masson染色法观察大鼠肝脏组织发生纤维化的情况,用qRT-PCR来检测大鼠肝脏组织细胞中多种基因如Bax,Bcl-2等的表达,用Western-blot检测大鼠肝脏组织细胞中与血管形成相关的VEGFA,和VEGFR2蛋白的表达水平。 3.脐带血NK细胞在由D-半乳糖诱导的亚急性衰老大鼠模型肝脏损伤中的作用及其机制研究:将购得的20只成年健康雄性Wistar大鼠随机等分为2组,分别标记为对照组(control,C)、实验组(test,T)。由上述造模方法成功构建出动物模型,将实验中扩增培养获得的NK细胞以108/Kg大鼠体重的剂量,通过尾静脉输注入实验组大鼠,同时对照组大鼠输注等体积PBS,每周2次,共4次。注射结束1周后,用过量戊巴比妥钠腹腔注射的方法处死大鼠,称取大鼠完整的肝脏、胸腺等脏器湿重,计算并统计分析肝脏指数、胸腺指数等指标的变化,用生化检测试剂盒检测大鼠血液、肝脏组织中SOD酶活性和MDA浓度,用HE染色法观察大鼠肝脏组织细胞形态的变化,用Masson染色法观察大鼠肝脏组织纤维化的情况变化,用qRT-PCR来检测大鼠肝脏组织细胞中各种基因如Bax,Bcl-2等的表达,用Western-blot检测大鼠肝脏组织中与血管形成相关的VEGFA和VEGFR2蛋白的表达水平。 结果: 1.脐带血来源的单个核细胞,在体外经基因工程处理过的K562细胞和IL-2联合诱导培养下,可获得大量(108)高纯度(>92%)具有杀伤活性的NK细胞。 2.在短时间内对大鼠颈部皮下连续注射大剂量D-半乳糖,可成功构造出亚急性衰老大鼠肝脏损伤模型。 2.1 与空白对照组相比,造模组大鼠在造模过程中毛发脱落明显,体型较瘦弱,行动迟缓,对锐物反应迟钝,体重明显减轻(P<0.01),造模过程中大鼠死亡1只;而空白对照组大鼠正常生长,无死亡。处死大鼠后,取出完整的肝脏及胸腺组织,及时称取湿重,计算并统计分析脏器指数的变化,发现肝脏指数增加(P=0.007)而胸腺指数降低(P=0.0043)。 2.2 检测大鼠血液及肝脏组织中SOD酶活性及MDA水平,与空白对照组进行对比,发现造模组大鼠SOD酶活性明显降低(血液P=0.02,肝脏P<0.01),而MDA水平明显增加(血液P=0.008,肝脏P=0.004); 2.3 肝脏组织HE染色:与空白对照组相比,造模组大鼠肝脏组织淤血,肝脏细胞明显水肿,嗜酸性变细胞明显增多,肝小叶中央静脉部分闭锁,周围肝索未呈放射状排列,排列紊乱,肝血窦扩张,炎症细胞浸润,肝脏中增殖细胞数目明显减少(通过双核细胞数目确定)(P=0.001),且细胞中可观察到脂褐素; 2.4 肝脏Masson染色:造模组肝脏组织细胞蓝染区域较多,且颜色较深,纤维化较空白对照组严重; 2.5 qRT-PCR检测:与空白对照组相比,造模组大鼠肝脏组织细胞中促凋亡基因Bax(P=0.0047)和Caspase-3的表达增加(P=0.0029),而抑制凋亡基因Bcl-2(P=0.0018)和与血管形成相关的成纤维细胞生长因子FGF21(P=0.0039)的表达减少; 2.6 Western-blot检测:与空白对照组相比,造模组大鼠肝脏组织细胞中与血管形成相关的VEGFA(P=0.045)和VEGFR2(P=0.0041)蛋白的表达减少。 3.脐带血NK细胞在改善由D-半乳糖构造的亚急性衰老大鼠肝脏损伤中的作用及相应机制。 3.1 与对照组进行比较,实验组大鼠饮食量及体重均有所增加(P=0.0053),毛发脱落等情况有所好转,麻醉处死大鼠后,取出完整的肝脏和胸腺,及时称取脏器湿重,计算并统计,比较出实验组大鼠肝脏指数降低(P=0.0273)而胸腺指数增加(P=0.0015); 3.2 NK细胞注射后的实验组大鼠的血液及肝脏组织中SOD酶活性较对照组明显升高(血液P=0.0049,肝脏P=0.0013)而MDA水平减低(血液P<0.001,肝脏P=0.004); 3.3 HE染色:与对照组相比,实验组大鼠肝脏组织的淤血、细胞水肿、肝小叶中央静脉闭锁、周围肝索排列紊乱、肝血窦扩张、炎症细胞浸润等情况均有好转,嗜酸性变细胞减少,肝脏组织中增殖细胞的数目增加(P=0.0294); 3.4 Masson染色:实验组大鼠肝脏组织细胞中蓝染区域较少,且颜色较浅,纤维化较对照组稍有减轻; 3.5 qRT-PCR检测:与对照组进行比较,实验组大鼠肝脏组织细胞中促凋亡基因Bax(P=0.0008)和Caspase-3(P<0.001)的表达有所降低,而抑制凋亡基因Bcl-2(P=0.003)和与血管生成相关的成纤维细胞生长因子FGF21(P=0.0008)的表达增加; 3.6 Western-blot检测:与对照组进行比较,实验组大鼠肝脏组织细胞中与血管形成相关的VEGFA(P=0.0006)和VEGFR2(P=0.0161)蛋白表达减少。 结论: 1.脐带血中单个核细胞在基因工程处理过的K562细胞和细胞因子IL-2联合培养下,在第15天达到NK细胞数量及纯度的最佳值。 2.脐带血NK细胞具有较强的杀瘤活性,可以清除体内衰老凋亡等异常细胞; 3.脐带血NK细胞可改善亚急性衰老大鼠模型的一般情况及肝脏损伤,可提高抑制衰老酶活性,降低促衰老物质水平,可以从基因、蛋白水平改善亚急性衰老大鼠肝脏损伤,可能是通过其分泌的因子、自身强大的杀伤活性等来实现的。