低氧對大鼠骨髓間充質干細胞HIF-1α表達影響的研究

周 瀛 吳桂平* 遲 倩 張繼紅 畢 茹

（沈陽醫學院沈洲醫院循環內科，遼寧 沈陽110001）

低氧對大鼠骨髓間充質干細胞HIF-1α表達影響的研究

周 瀛 吳桂平* 遲 倩 張繼紅 畢 茹

（沈陽醫學院沈洲醫院循環內科，遼寧 沈陽110001）

目的通過體外不同氧濃度下培養大鼠骨髓間充質干細胞，RT-PCR方法檢測，觀察正常氧濃度和低氧濃度對HIF-1α（缺氧誘導因子-1α）表達的影響。方法分離雄性Wistar大鼠骨髓間充質干細胞體外培養，鑒定其CD34、CD44的表達，分為正常氧濃度組和低氧濃度組培養24h，RT-PCR方法檢測，不同氧濃度對細胞HIF-1α表達的影響。結果貼壁法培養的細胞表達CD44，不表達CD34；正常氧濃度培養的細胞較少有HIF-1α的表達，低氧濃度培養的細胞HIF-1α的表達明顯增加。結論細胞低氧可激活HIF-1α的表達，低氧濃度培養的細胞的HIF-1α表達較正常氧濃度培養的細胞的表達明顯增加。

骨髓間充質干細胞；細胞低氧；缺氧誘導因子-1α

冠心病以及各種心肌病所致的心臟損傷最終都會導致有功能的心肌細胞大量喪失，最終發生心力衰竭的不良結果，骨髓間充質干細胞移植治療心力衰竭已被證實是一種很有發展潛力的新的治療心力衰竭的方法[1，2]，骨髓間充質干細胞移植前需要體外培養，培養的條件對于細胞移植后的效果尤為重要，因此本研究通過體外培養大鼠骨髓間充質干細胞，在不同的氧條件下，對培養的細胞通過RT-PCR方法進行檢測，觀察HIF-1α表達的改變，為骨髓間充質干細胞移植前培養條件的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

雄性Wistar大鼠，體質量130～150g，由中國醫科大學實驗動物部提供。

1.2 主要試劑

DMEM（低糖型）培養液（Hyclone公司），RT-PCR試劑盒（TAKARA公司），Trizol（上海生工），兔抗鼠CD34，CD44，（武漢博士德），免疫組化超敏S-P工作液試劑盒，DAB顯色試劑盒（福州邁新）。

1.3 BMMSCs分離、培養及鑒定

將Wistar大鼠用10%水合氯醛行腹腔麻醉，75%乙醇消毒后移入超凈臺，剝離雙后肢皮膚，剪斷髖關節，逐層剝離肌肉，剪斷脛、股骨干骺端，用含10%胎牛血清的DMEM培養液沖洗髓腔，篩網過濾，離心后棄上清，加PBS混懸離心2次后加入DMEM培養液，充分進行吹打，接種于培養瓶中，于37℃CO2培養箱中溫育，24h后換液一次，以后每隔3～4d換液一次，除去不貼壁的造血干細胞，待細胞生長至80%～90%融合時，胰蛋白酶消化傳代。將傳至一代的BMMSCs細胞，接種在蓋玻片上，用于組織化學染色鑒定CD34、CD44。鑒定時以純丙酮室溫固定后滴加過氧化氫，PBS清洗滴加血清封閉液，一抗4℃過夜。余下步驟按照免疫組化試劑盒說明書進行。PBS代替一抗作陰性對照。

1.4 細胞分組培養及RT-PCR檢測

BMMSCs細胞傳至一代后培養3d，可見細胞貼壁充分伸展，分為正常氧培養組（5%CO2）和低氧培養組（94% N2∶5% CO2∶1%O2）置于37℃CO2培養箱中溫育24h，通過RT-PCR檢測兩組細胞HIF-1α的表達。采用Trizol一步法提取細胞中的總RNA，按照RT-PCR試劑盒說明書進行。引物（大連寶生工有限公司合成）序列為：5’TTAGAGTCAAGCCCAGAG 3’；5’GGTAGAAGGTGGAGATGC3’。

2 結 果

2.1 免疫組化鑒定結果

傳代后的BMMSCsCD34染色為陰性，表現為細胞胞漿不染色，細胞胞核染成藍色（圖1）；CD44染色陽性，細胞胞漿染色為淡棕黃色，細胞胞核染色為藍色（圖2）；證實傳至一代的細胞為BMMSCs，不是造血干細胞。

圖1 BMMSCs CD34-×200

圖2 BMMSCs CD44+×200

2.2 RT-PCR檢測兩組細胞HIF-1α的表達

見圖3。

3 討 論

本研究顯示，正常培養的細胞中HIF-1α的表達很少，而低氧條件培養下的細胞中HIF-1α的表達顯著增加[3]。組織細胞為了適應環境缺氧，會激活氧敏感性轉錄因子，HIF-1即為氧敏感性轉錄因子，其由β亞基和α亞基組成，β亞基為結構穩定性亞基，α亞基為氧依賴性亞基，其中α亞基是HIF-1的活性亞基和氧調節亞基。HIF-1α結構中包含氧依賴降解結構域（oxygen dependent degradation domain，ODD） 和反式活化結構域（trans-activation domain，TAD），后者參與轉錄活化，前者控制其常氧環境中的降解[4]可以防止組織細胞受損、抑制細胞的凋亡和維持機體內氧的穩態[5]。

圖3 RT-PCR檢測兩組細胞HIF-1α的表達M Marker；低氧培養的BMMSCs；2正常氧濃度培養的BMMSCs

缺氧誘導因子HIF-1α是哺乳動物機體內為適應缺氧而存在的非常重要的一個轉錄調節因子，通過調節靶基因，從而調節血管的張力、調節心血管因缺血而發生的功能障礙等一系列生理和病理生理過程。目前已經知道的HIF-1α調控基因包括轉鐵蛋白、轉鐵蛋白受體、血管內皮生長因子（VEGF）、糖酵解酶、血紅素氧合酶-1（HO-1）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）、葡萄糖轉運蛋白-1（GLUT-1）和3、酪氨酸羥化酶、腎上腺髓質素等。以上基因的表達產物涉及機體內多種缺氧反應的調節，包括血管的發生、塑型及收縮，紅細胞的生成、能量代謝的改變和調節[6-8]。

骨髓間充質干細胞移植將成為治療心力衰竭的一種很有潛力的新方法，其與基因工程的結合必將成為臨床治療心力衰竭的未來發展方向。骨髓間充質干細胞在移植入宿主體內后需經歷局部的低氧環境，在適應宿主體內低氧的環境過程中，缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF-1α）的表達會相應增加，從而導致HIF-1調控基因的轉錄激活，從而使下游VEGF轉錄物的表達上調，促進血管的生成。因此轉錄因子HIF-1的表達增加能夠明顯加速宿主機體內血管的生長，從而促進移植細胞的成活，改善心室重塑[9]。

骨髓間充質干細胞移植前需要體外培養，如果能夠通過對培養條件改變的研究，使細胞移植后的效果更為理想，就顯得尤為重要。本研究通過體外低氧培養大鼠骨髓間充質干細胞，促進HIF-1α的表達，為骨髓間充質干細胞移植前的培養條件的研究提供理論依據。未來將對低氧培養的細胞血管內皮生長因子（VEGF）的表達及移植入宿主體內后，對細胞成活率及新生血管生成的影響進一步研究。

[1] Minguell JJ,Erices A.Mesenchymal stem cells and the treatment of cardiac disease[J].Exp Biol Med (Maywood),2006,231(1):39-49.

[2] Minguell JJ,Erices A,Conget P.Mesenchymal stem cells[J].Exp Bio Med (Maywood),2001,226(6):507-520.

[3] Dai Y,Xu MF,Wang YG,et a1.HIF-1α induced-VEGF over expression in bone marrow stem cells protects cardiomyocytes against ischemia[J].J Mol Cell Cardiol,2007,42(6):1036-1044.

[4] Jiang BH,Zheng JZ,Leung SW,et a1.Transactivation and inhibitory domains of hypoxia—inducible factor lalpha. Modulation of transcriptional activity by oxygen tension[J].J Biol Chem,1997,272(31):60.

[5] Manalo DJ,Rowan A,Lavoie T,et a1.Transcriptional regulation of vascular endothelial cell responses to hypoxia by HIF-1[J]. Blood,2005,105(2):659-669

[6] Semenza GL.HIF-1:mediator of physiological andpathophysiologica1 responses to hypoxia[J].J Appl Physiol,2000, 88(4):1475-1480.

[7] Shyu KG,Wang MT,Wang BW,et a1.Intramyocardial injection of naked DNA encoding HIF-1 alpha/VPl6 hybrid to enhance angiogenesis in an acute myocardial infarction model in the rat[J].Cardiovasc Res,2002,54(3):576-583.

[8] Vandervelde S,Van Luyn MJ,Tio RA,et a1.Signaling factors in stem cell—mediated repair of infarcted myocardium[J].J Mol Cell Cardiol,2005,39(2):363-376.

[9] Dai Y,Xu MF,Wang Y,et al.HIF-1α induced-VEGF over expression in bone marrow stem cells protects cardiomyocytes against ischemia[J].J Mol Cell Cardiol,2007,42(6):1036-1044.

The Study of HIF-1α Expression on Rat Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells by Hypoxia

ZHOU Ying, WU Gui-ping*, CHI Qian, ZHANG Ji-hong, BI Ru

(Department of Cardiology, Shenzhou Hospital, Shenyang Medical College, Shenyang 110001, China)

ObjectiveTo study the expression of HIF-1αusing RT_PCR method on rat bone marrow mesenchymal stem cells(BMMSCs) by different culture oxygen concentration in vitro.MethodsBMMSCs from adult wistar rats were cultured and evaluated the expressed of surface markers, including CD34, CD44.After the first generation, BMMSCs were culture by normal oxygen and hypoxia,after 24 hours, RT-PCR was used to evaluate the different expression of HIF-1α.ResultThe cells by anchoring culture expressed CD44, not CD34; less HIF-1α expression on normal oxygen group but significant more expression of HIF-1α on hypoxia group.ConclusionCell hypoxia can stimulate the expression of HIF-1α, the expression of HIF-1α is significant more in hypoxia group than normal oxygen group.

Bone marrow mesenchymal stem cell; Cell hypoxia; HIF-1α

R541.4

B

1671-8194（2013）15-0023-03

*通訊作者：E-mail： wuguiping66@126.com