红景天苷通过抑制间充质干细胞的凋亡促进糖尿病小鼠伤口修复愈合的研究

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糖尿病是由机体内胰岛素产生不足或胰岛素抵抗而引起的以慢性高血糖为特征的代谢紊乱疾病(高血糖症)。由于高糖环境导致机体生长因子的表达和分泌功能受损,细胞增殖和迁移的能力降低,从而导致机体各生理系统受到损伤,糖尿病患者往往伴随多种并发症,包括微血管系统的病变和伤口愈合能力的降低,从而常常导致糖尿病患者伤口溃疡难以愈合修复。糖尿病患者伤口愈合能力下降也常会导致患者严重的足部溃疡,严重时面临截肢的危险。  间充质干细胞(MSCs)可从脂肪组织、骨髓、外周血和脐带中分离。MSCs是一种多能干细胞,具有自我更新和多分化潜能;它能分化成成纤维细胞、成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞等多种类型的细胞;MSCs具有免疫抑制活性,可以比其他干细胞更好地用于细胞治疗中;可以分泌多种细胞因子和生长因子。所以MSCs在组织工程和再生医学领域被广泛研究,包括在伤口愈合方面研究,MSCs移植也是目前研究较多的具有潜在应用价值的细胞治疗方法。尽管MSCs应用前景较好,但目前研究发现基于MSCs的临床治疗(主要取决于MSCs的存活率)疗效不太理想,特别在伤口愈合修复中,因MSCs移植位点是低氧微环境,MSCs在伤口移植部位的存活率较低,导致MSCs的治疗效果不理想。对于糖尿病患者来说,体内高血糖同样会严重影响MSCs的移植存活率。因此,如何提高MSCs的移植存活率是目前针对利用MSCs移植治疗糖尿病伤口愈合亟待解决的关键问题。  红景天生长在高海拔地区,应用历史悠久。红景天苷作为一种小分子药物,是红景天的主要活性成分。有研究报道,红景天苷可增强多种细胞因子和生长因子的表达和分泌,促进正常生理状态和糖尿病状态下血管生成,我们前期研究应用小鼠下肢缺血实验动物模型考察了红景天苷促血管生成的作用机制。此外,研究也发现红景天苷可保护内皮细胞,防止其由于氧化应激引起的细胞凋亡,并且可有效抑制高糖条件活性氧(ROS)的产生。本课题研究我们首次揭示了红景天苷不仅有效抑制高糖条件下MSCs凋亡,提高MSCs细胞的存活率,而且显著促进MSCs移植对糖尿病小鼠伤口愈合的治疗效果。  本课题中我们主要探讨红景天苷处理的MSCs移植对糖尿病小鼠伤口愈合修复的影响。实验结果发现红景天苷可显著降低由于低氧、高血糖诱导的MSCs细胞内ROS水平,抑制MSCs的凋亡,增加细胞存活能力。此外,在低氧、高血糖条件下,红景天苷可促进MSCs的细胞迁移从而可促进MSCs的治疗效果。实验结果表明红景天苷对MSCs迁移能力的影响可能是通过促进聚合G-肌动蛋白生成F-肌动蛋白。我们为了进一步揭示红景天苷处理的MSCs对糖尿病伤口愈合治疗作用的分子机制,我们检测了几种细胞存活和细胞生长因子,即血红素加氧酶-1(HO-1)、成纤维细胞生长因子2(FGF2)和肝细胞生长因子(HGF)。实验结果表明高糖抑制了MSCs中上述细胞存活和细胞生长因子的表达,而红景天苷处理后可显著增加这些因子的表达。研究表明外界氧化应激可诱导细胞凋亡,HO-1因子可对氧化应激引起的细胞凋亡起到保护作用。我们发现红景天苷处理后的MSCs中HO-1因子表达显著增加,这可能是红景天苷发挥细胞保护作用的原因之一。另外,FGF2因子在诱导MSCs迁移过程中发挥重要作用。在高糖条件下显著抑制了MSCs细胞中FGF2的表达,而红景天苷处理后可恢复细胞内FGF2的表达。另外,研究表明HGF因子对伤口愈合中上皮再生和结疤至关重要。近年研究发现HGF与HO-1和FGF2的表达调控相似,具有协同作用高糖环境也显著抑制了HGF因子的表达,而红景天苷处理后,MSCs细胞内HGF因子的表达量也上升。实验研究表明红景天苷诱导MSCs细胞生存因子和生长因子的表达,这可能也是红景天苷处理后增强MSCs细胞存活和迁移能力的重要原因。  我们通过构建Ⅰ型糖尿病小鼠伤口模型考察了红景天苷处理MSCs对糖尿病伤口愈合的治疗效果。实验结果表明MSCs可促进糖尿病小鼠伤口愈合,但治疗效果不太理想,而红景天苷预处理的MSCs移植可显著增加糖尿病小鼠伤口的闭合率。通过对糖尿病小鼠伤口周围组织进行苏木素-伊红染色,结果显示,MSCs移植(红景天苷预处理和不经过红景天苷处理的MSCs)可以促进毛囊形成,但在对照组(生理盐水处理组)中苏木素-伊红染色显阴性;与未经红景天苷处理的MSCs相比,经红景天苷预处理的MSCs移植可显著促进完整上皮组织的形成。  综上所述,我们的研究结果初次揭示了红景天苷能够显著抑制MSCs的凋亡并提高它们的移植存活率和迁移能力,经红景天苷预处理的MSCs移植可显著提高糖尿病小鼠伤口愈合的治疗效果。本课题研究不仅揭示了揭示了高糖条件下红景天苷对MSCs细胞的保护机制,同时也为红景天苷预处理MSCs移植可在糖尿病伤口愈合治疗提供了新的治疗方法。
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