人脐带间充质干细胞来源外泌体通过miR-1263调控Hippo信号通路在废用性骨质疏松中的机制研究

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yuxuan1991
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目的研究人脐带间充质干细胞来源的外泌体(Human umbilical cord mesenchymal stem cell-derived exosomes,HUCMSC-Exos)在废用性骨质疏松(Disuse osteoporosis,DOP)大鼠模型中对骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)增殖与凋亡的调控作用;明确差异表达的miRNA,并深入研究miR-1263/Mob1/Hippo信号通路在调控DOP过程中的作用机制;最后进一步通过大鼠DOP模型验证HUCMSC-Exos是否对DOP具有调控作用。方法第一部分:通过超速离心的方法从人脐带间充质干细胞(Human umbilical cord mesenchymal stem cells,HUCMSCs)中提取外泌体(exosomes,Exos),并通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)观察Exos的形态、纳米颗粒跟踪分析(nanoparticle trafficking analysis,NTA)测量Exos的直径与浓度、Western blot检测Exos的特异性表面标志物,从而对HUCMSC-Exos进行分析与鉴定;构建大鼠DOP模型并提取BMSCs,对HUCMSC-Exos进行免疫荧光体外示踪分析;然后进一步通过CCK-8验证HUCMSC-Exos对BMSCs增殖的调控作用,通过凋亡相关蛋白的Western blot检测验证HUCMSC-Exos对BMSCs凋亡的调控作用。第二部分:分别从DOP组大鼠和经HUCMSC-Exos干预的DOP+Exos组大鼠的BMSCs中提取总RNA,通过miRNA二代测序筛选出差异表达的miRNA,并通过q-PCR对差异表达的miRNA进行定量验证,进一步通过q-PCR验证miRNA-1263在组织水平与细胞水平的表达是否一致;通过生信分析预测miRNA-1263的靶基因,并进一步通过荧光素酶报告实验、RNA-pull down实验、q-PCR验证miRNA-1263与Mob1的相互作用关系。第三部分:在DOP大鼠建模的同时,分别使用PBS,HUCMSC-Exos,HUCMSCExos+miRNA-1263 inhibitor,miRNA-1263 mimics对DOP大鼠进行干预,并分为正常对照组、DOP组、DOP+Exos组、DOP+Exos+inhibitor组与DOP+mimics组;通过Western blot检测与Image J定量计算Mob1的表达量从而进一步验证miRNA-1263与Mob1的相互作用关系,通过Western blot检测与Image J定量计算YAP的表达量从而验证Hippo信号通路在其中的调控作用;通过Annexin V-FITC/PI凋亡检测验证DOP、HUCMSC-Exos与miRNA-1263对大鼠BMSCs凋亡的调控作用;通过HE染色、micro CT检测评价大鼠胫骨骨小梁的结构变化情况,并再次验证HUCMSC-Exos与miRNA-1263对大鼠DOP的调控作用。结果第一部分:(1)通过超速离心法从HUCMSCs中提取出Exos,TEM观察发现HUCMSC-Exos具有圆形脂膜结构、直径在100nm左右;NTA分析发现HUCMSCExos的直径主要分布在100-150nm之间;Western blot结果显示HUCMSC-Exos表达了CD9、CD63、CD81和Alix四种特异性表面标志物。(2)示踪分析发现HUCMSC-Exos在体外可以被BMSCs所摄取;(3)CCK-8结果提示,与正常对照组相比,DOP组的BMSCs增殖受到显著抑制,而HUCMSC-Exos能够逆转这一抑制作用;凋亡相关蛋白Bad与Cleaved-caspase3的检测结果发现,在DOP中Bad与Cleaved-caspase3的表达水平发生明显上升;而经HUCMSC-Exos干预后,Bad与Cleaved-caspase3表达水平的上升明显受到了抑制。说明在DOP中BMSCs的凋亡水平显著增高,而HUCMSC-Exos能够明显逆转DOP引起的BMSCs的凋亡。第二部分:(1)对DOP组与DOP+Exos组中的BMSCs进行miRNA二代测序,RNA测序结果发现,与DOP组相比DOP+Exos组中表达发生上调的miRNA共有14个,表达发生下调的miRNA共有7个;q-PCR定量验证发现,miRNA-1263在组间差异表达的倍数是最高的,DOP+Exos组为DOP组的4.35倍;骨组织中进一步通过q-PCR证实了miRNA-1263在细胞水平与组织水平差异表达的一致性。(2)通过生信分析预测了miRNA-1263的靶基因Mob1,并进一步验证二者的相互作用;荧光素酶报告实验显示转染miRNA-1263 mimics组荧光强度发生明显下降,转染miRNA-1263 inhibitor组荧光强度发生明显上升;RNA-pull down实验发现生物素标记的Biotin-miRNA-1263组的Mob1表达量上升了4.12倍;q-PCR结果提示,miRNA-1263 mimics可以抑制Mob1的表达,miRNA-1263inhibitor可以促进Mob1的表达。以上结果证实了miRNA-1263通过直接结合Mob1的3’-非编码区(untranslated region,UTR)从而对Mob1产生抑制作用。第三部分:(1)通过对Mob1与YAP进行Western blot检测与Image J定量计算发现,与正常对照组相比,DOP组与DOP+Exos+inhibitor组中Mob1的表达量发生明显上升,DOP+Exos组与DOP+mimics组中Mob1表达量的上升被逆转了;与正常对照组相比,DOP组与DOP+Exos+inhibitor组中YAP的表达量发生了下降,DOP+Exos组与DOP+mimics组中YAP表达量的下降同样发生了逆转。(2)Annexin V-FITC/PI结果与进一步统计学分析表明,相比于正常对照组,DOP组中BMSCs的凋亡水平大幅上升;经HUCMSC-Exos干预逆转了DOP导致的BMSCs的凋亡;经miRNA-1263 mimics干预也得到了相似效果;经HUCMSCExos与miRNA-1263 inhibitor共同干预后,miRNA-1263 inhibitor抵消了HUCMSC-Exos对BMSCs凋亡的抑制效果,BMSCs的凋亡水平再次上升。(3)HE染色结果显示,正常对照组胫骨骨小梁的结构清晰且排列规整;DOP组的骨小梁被破坏的很严重,从而导致断裂增多且间隙明显变大;DOP+Exos组骨小梁被破坏现象不明显,排列较为规整;DOP+Exos+inhibitor组骨小梁状况则介于DOP组与DOP+Exos组之间的水平;DOP+mimics组骨小梁状况与DOP+Exos组水平相似。(4)micro-CT结果显示,正常对照组胫骨骨小梁结构致密清晰且排列规整,DOP组骨小梁基本消失,破坏严重;DOP+Exos组骨小梁水平与正常对照组相近;DOP+Exos+inhibitor组骨小梁大量缺失,破坏较为严重;DOP+mimics组骨小梁略有稀疏,呈轻度破坏。定量计算结果显示,与正常对照组相比,DOP组BV/TV、Tb.Th、Tb.N发生显著下降,Tb.Sp发生显著上升;与DOP组相比,DOP+mimics组BV/TV、Tb.Th、Tb.N发生显著上升,Tb.Sp发生显著下降;与DOP+Exos组相比,DOP+Exos+inhibitor组BV/TV、Tb.Th、Tb.N发生显著下降,Tb.Sp发生显著上升。结论1.HUCMSC-Exos在体外可以被BMSCs所摄取,HUCMSC-Exos通过促进BMSCs的增殖、抑制BMSCs的凋亡对DOP发挥调控作用。2.miRNA-1263在经HUCMSC-Exos干预的BMSCs中显著高表达,并且miRNA-1263在细胞水平与组织水平中的差异表达具有一致性;miRNA-1263通过与Mob1相互作用从而对DOP产生调控作用。3.miRNA-1263通过Mob1/Hippo信号通路调控BMSCs的凋亡;HUCMSC-Exos通过miRNA-1263/Mob1/Hippo信号级联调控DOP。
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