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间充质干细胞外泌体促进低氧血管化的研究

期刊:基础医学理论研究DOI:10.12238/bmtr.v7i1.11813

朱斌、王得春、段安帅、张文皓、刘权等来自中国人民解放军西藏军区总医院的研究团队在2025年发表于《基础医学理论研究》第7卷第1期的论文中,探讨了脂肪间充质干细胞(Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells, ADSCs)来源的外泌体在低氧条件下促进血管生成的机制。该研究为临床治疗血管生成相关疾病提供了新的思路。

学术背景

血管生成在许多生理和病理过程中起着关键作用,如组织发育、缺血修复和炎症反应。低氧环境是许多疾病(如缺血性疾病)的共同特征,而间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)在低氧条件下表现出显著的血管生成促进作用。研究表明,MSCs通过分泌外泌体(Exosomes)向受体细胞传递信号分子,影响其增殖、迁移和血管生成能力。然而,低氧环境下MSCs外泌体促进血管生成的具体机制尚未完全阐明。因此,本研究旨在探究低氧条件下ADSCs外泌体对人脐静脉内皮细胞(Human Umbilical Vein Endothelial Cells, HUVECs)增殖、迁移和血管生成的影响,并揭示其分子机制。

研究流程

  1. 细胞培养与低氧处理
    研究首先将骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells, BMSCs)接种于T25培养皿中,待细胞贴壁后更换为不含外泌体的培养基,并将其置于低氧培养箱(1% O2、5% CO2、94% N2)中培养24小时,收集培养上清液。同时,将HUVECs接种于6孔板中,加入ECM基质,置于二氧化碳培养箱中培养,每3天更换一次培养基。

  2. 外泌体的提取与鉴定
    通过超速离心法从低氧和常态氧条件下的BMSCs培养上清液中提取外泌体,并使用透射电镜观察其形态学特征。此外,采用Western blot技术检测外泌体标志性蛋白CD9和CD63的表达,以确认外泌体的成功提取。

  3. 细胞活性检测(CCK-8实验)
    将HUVECs接种于96孔板中,分别用低氧和常态氧条件下的BMSCs外泌体处理48小时,随后加入CCK-8试剂,室温孵育4小时后,在450 nm波长下检测光密度(OD)值,评估细胞活性。

  4. 细胞迁移检测(Transwell实验)
    将HUVECs接种于Transwell小室中,分别用低氧和常态氧条件下的BMSCs外泌体处理,观察细胞迁移数量,评估外泌体对细胞迁移能力的影响。

  5. 血管生成功能检测(成管实验)
    在96孔板中加入基质凝胶,将HUVECs接种于凝胶表面,分别用低氧和常态氧条件下的BMSCs外泌体处理,观察血管生成情况,并使用ImageJ软件计算血管长度。

  6. 蛋白表达检测(Western blot实验)
    采用Western blot技术检测低氧和常态氧条件下BMSCs外泌体处理的HUVECs中血管新生相关蛋白(HIF-1α、VEGF)及磷酸化c-Jun氨基末端激酶(p-JNK)的表达水平。

主要结果

  1. 外泌体的成功提取与鉴定
    透射电镜观察显示,低氧和常态氧条件下的BMSCs外泌体均呈现典型的杯状形态。Western blot检测证实外泌体中CD9和CD63蛋白的表达,表明外泌体提取成功。

  2. 低氧外泌体显著促进HUVECs活性
    CCK-8实验结果显示,低氧外泌体处理的HUVECs活性显著高于常态氧外泌体组(p < 0.05),表明低氧外泌体能够有效促进细胞增殖。

  3. 低氧外泌体增强HUVECs迁移能力
    Transwell实验结果显示,低氧外泌体处理的HUVECs迁移数量显著多于常态氧外泌体组(p < 0.05),表明低氧外泌体能够促进细胞迁移。

  4. 低氧外泌体促进血管生成
    成管实验结果显示,低氧外泌体处理的HUVECs血管生成长度显著长于常态氧外泌体组(p < 0.05),表明低氧外泌体能够促进血管生成。

  5. 低氧外泌体上调血管新生相关蛋白表达
    Western blot实验结果显示,低氧外泌体处理的HUVECs中HIF-1α、VEGF及p-JNK的表达水平显著高于常态氧外泌体组(p < 0.05),表明低氧外泌体通过激活HIF-1α/VEGF/JNK信号通路促进血管生成。

结论与意义

本研究证实,低氧条件下ADSCs外泌体通过上调HIF-1α/VEGF/JNK信号通路,显著促进HUVECs的增殖、迁移和血管生成。这一发现为临床治疗血管生成相关疾病(如缺血性疾病)提供了新的治疗方向。此外,研究揭示了低氧环境下MSCs外泌体促进血管生成的分子机制,为后续研究奠定了理论基础。

研究亮点

  1. 重要发现
    首次揭示了低氧条件下ADSCs外泌体通过HIF-1α/VEGF/JNK信号通路促进血管生成的机制。

  2. 方法创新
    采用超速离心法提取外泌体,并结合透射电镜和Western blot技术进行鉴定,确保了实验结果的可靠性。

  3. 应用价值
    研究结果为低氧相关血管生成疾病的治疗提供了新的思路,具有重要的临床应用潜力。

其他有价值的内容

本研究得到了西藏自治区重点研发计划项目(XZ202001ZY0059G)和中央引导地方基地创新建设项目(ZYYD202201YD004C)的支持,体现了研究的区域特色和政策导向。

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