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GDNF基因修饰的骨髓基质干细胞移植治疗大鼠脑出血

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泸州医学院学报 326 2011年 第34卷 第4期 Journal of Luzhou Medical College Vo1.34 No.4 201 1 GDNF基因修饰的骨髓基质干细胞移植 治疗大鼠脑出血 木 邓莉,涂江义 ,郭侃,高小青,杨朝鲜 (泸州医学院:神经生物研究室; 解剖学教研室,四川泸州646000) 摘要目的:探讨移植胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)基因修饰的骨髓基质干细胞(BMSCs)是否比单纯BMSCs移植 对脑出血有更好的保护作用。方法:采用脑立体定位方法注射肝素和胶原酶制作脑出血模型,第3d分别移植BMSCs、GDNF/ BMSCs以及生理盐水,分别在1w和2w处死大鼠,免疫组织化学染色观察脑源性神经营养因子和神经生长因子13在脑出血周 边区的表达。结果:各时间点GDNF/BMSCs组的BDNF和NGF—B免疫阳性产物比BMSCs与生理盐水组显著增加。结论: GDNF基因修饰的BMSCs比BMSCs对大鼠脑出血有更好的保护作用。 关键词骨髓基质干细胞;脑出血;移植;基因治疗;神经营养因子 中图分类号R338 文献标识码A 文章编号1000—2669(201 1)4—0326—04 GRAFTING oF GDNF GENE—MoDIFIED BoNE MARRoW STRoMAL CELLS To TREAT INTRACEREBRAL HEMoRRHAGE IN RATS Deng Li,et al Department of Neurobiology,Luzhou Medical College Abstract Objective:To explore whether transplantation of BMSCs——modiifed by GDNF gene has better therapeutic effect than native BMSCs on stroke.Methods:The rat models of intracerebral hemorrhage were established by injecting heparin and collagenase in caudate putamen stereotaxically,then were grafted with GDNHBMSCs、BMSCs and saline respectively 3 days after operation.The rats were executed after lw and 2w. Immunohistochemistry was used to observe the expressions of brain—derived neurotrophic factor(BDNF)and rlerye growth factor—beta(NGF—B)in the margin of the hemorrhagic focus.Results:Both BDNF—immunoreactive and NGF-13一immunoreactive product in GDNF/BMSCs group signiifcantly increased,compared with that in BMSCs roup and saligne group.Conclusion:Present results demonstrate that grafting BMSCs modiifed by GDNF gene provides better neuroprotection for stroke. Key words Bone marrow stromal cells;Intracerebral hemorrhage;Transplantation;Gene therapy;Neurotrophic factor 脑出血(intracerebral hemorrhage,ICH)是脑卒 cells,BMSCs)具有以下特征:①可自我复制和更新。 中中最严重的类型之一,其致残率、致死率高,给社 会、家庭和个人造成沉重的负担。至今为止,无有效 的治疗措施以重建受损的脑组织和促进神经功能恢 复。近几年,细胞移植对中枢神经系统损伤修复进行 了探讨。其中骨髓基质干细胞(bone marrow stromal 四川省卫生厅课题(2006J13—005—1) (100224);四川省科技厅课题 产生与自己相同的子细胞,维持稳定的细胞储备;② 处于较原始的未分化状态,无相应成熟的特异性标 志;③具有多向分化潜能,具有演变成不同成熟细胞 类型的能力【”。 目前神经营养因子已经被证明在神经再生、神 经营养或神经保护中有多重作用。胶质细胞源性营 养因子(glial cell line—derived neurotrophic factor' 作者简介:邓莉(1976一),女,硕士,讲师 GDNF)对多种神经损伤具有保护作用[2I3J。干细胞移 第4期邓莉等:GDNF基因修饰的骨髓基质干细胞移植治疗大鼠脑出血 327 植可以促进卒中后的功能恢复。BMSCs具有来源丰 富、采集方便、扩增迅速、可自体移植等诸多优点,成 为理想的种子细胞 。本研究采用脑立体定位仪向 SD大鼠脑尾壳核注射胶原酶和肝素制备脑出血模 型,将大鼠GDNF修饰的BMSCs立体定位植入大鼠 脑出血模型脑内,运用免疫组织化学法观察脑源性 神经营养因子(brain—derived neurotrophic factor, BDNF)和神经生长因子一B(never growth factor—beta, NGF—B)在脑出血周边的表达变化,探讨BMSCs移 植于出血脑内是否对神经元的数量产生影响。 1材料和方法 1.1材料 SD成年大鼠购自第三军医大学动物实验中心; DMEM培养基(美国Gibco),多聚赖氨酸购自Sigma 公司:免疫组织化学SABC显色试剂盒、兔多克隆 BDNF和NGF—B抗体购自中杉公司;DAB显色(博 士德公司);脑立体定位仪购自美国(Angel rwoTM Stereotaxic Instrument w/Rat Atals Product:#464601, USA)。 1.2方法 1_2_1构建大鼠GDNF基因的pAdEasy—l—pAdTrack CMV重组体 本科室已构建大鼠GDNF基因的腺病毒载体重 组体(pAdEasy一1一pAdTrack CMV—GDNF)。腺病毒重 组质粒含有报告基因绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)。pAdEasy-1-pAdTrack CMV—GDNF病 毒滴度是lxlOgPFU/ml,一80℃保存。 1.2.2 BMSCs的分离与培养并转染 大鼠处死后在无菌条件下分离双侧的股骨和胫 骨,剪掉骨头两端,露出骨髓腔,用无血清的DMEM 培养液冲洗骨髓腔,反复2次或3次,以1000 r/min 离心5min。离心后弃上清,用含100 ml/L胎牛血清 的DMEM培养液重悬沉淀的细胞,接种于培养瓶 中。5%CO 湿饱和条件下,37℃恒温孵箱培养24 h 后全量换液,后每3d全量换液1次,细胞基本铺满 瓶壁后,以0.25%胰酶消化传代。 1.2.3 GDNF基因重组腺病毒转染BMSCs 选取第3代BMSCs接种到6孔板上,在细胞生 长到90%融合时,依据LipofectamineTM 2000试剂说 明书转染BMSCs。然后离心细胞悬液,收集GDNF/ BMSCs细胞以供移植用。 1.2.4制备大鼠脑出血模型 成年SD雄性大鼠按照杨朝鲜等[71制备大鼠脑 出血模型的方法,参考大鼠脑图谱{81,选择前囟前 0.2mm、中线右侧3.0mm、深度6.50mm为注射点(即 尾壳核位置);注入1txl肝素和21xl胶原酶,以0.3 pMmin速度推入脑内,留针5rain。大鼠清醒后,按照 Longa 5分制神经病学评分标准对大鼠神经功能进 行评分。1~3分视为模型制作成功。 1.2.5 BMSCs的移植 将BMSCs细胞悬液调整密度为5x10 /txl。在脑 出血第3d.大鼠随机分为GDNF/BMSCs组、BMSCs 组和生理盐水组3组,每组12只。用l%的戊巴比妥 钠麻醉大鼠将其固定在脑立体定位仪上,从原针孔 垂直进针6.0ram:将20txl GDNF/BMSCs、BMSCs用 微量注射器按照21xl/min的速度匀速注射;对照组 用同样方法注射生理盐水20pA。 1.2.6免疫组织化学显色 在各时间点,用戊巴比妥钠麻醉后处死大鼠, 4%多聚甲醛灌注固定后取脑。石蜡包埋。以针孔为 中心连续冠状切片(片厚5txm)用于免疫组织化学染 色。切片脱蜡至水,新配制的3%H20 室温处理 20min以灭活内源性过氧化物酶;抗原微波修复; 10%山羊血清37 ̄C孵育40min,吸干不洗;兔多克隆 抗体BDNF、NGF—B(1:100),4℃过夜;生物素化羊抗 兔IgG(1:100),37℃,2h;HRP—Streptavidin 37℃,2h。 以上各步骤结束时用0.Olmol/L磷酸盐缓冲液洗3 次。孵育在湿盒内进行。DAB显色5—10min,细胞胞 浆呈棕黄色或黄褐色者为阳性细胞。苏木素轻度复 染,脱水、透明、封片。阴性对照除不加一抗外,其余 处理相同。每只鼠选3张切片,每张切片光镜下在出 血灶周边区随机取5个视野(x400),进行阳性细胞 计数。 1.3统计学方法 所有数据用 ±s表示,组内比较用单因素方差 分析,组间两两比较,P<0.05为差异有统计学意义。 2结 果 BDNF免疫反应阳性产物为棕黄色点状或颗粒 状沉淀.主要分布于额顶皮质锥体细胞层、第V层明 显:背侧丘脑:下丘脑及海马的神经元胞浆及突起。 对BDNF阳性细胞计数分析表明:在出血灶周边, BDNF的阳性细胞数GDNF/BMSCs组及BMSCs组 均高于生理盐水组。差异有统计学意义(P<O.05)。 1w、2w时GDNF/BMSCs组BDNF的阳性细胞数比 BMSCs组显著增加(P<0.05)(见表1,图1) 第4期 邓莉等:GDNF基因修饰的骨髓基质干细胞移植治疗大鼠脑出血 329 3讨论 文献显示,细胞移植对脑出血脑损伤有保护作 用[Ⅷ。啮齿类实质干细胞或人类骨髓基质干细胞移 植可改善脑缺血模型中的神经功能缺损ll1,12]。GDNF 是目前发现的特异性最强的多巴胺能神经营养因 子。同时又是一种运动神经元营养因子。其在组织 中的含量少,外源性GDNF不能直接通过血脑屏障, 应用上有一定的局限性。而基因克隆是基因工程中 获得外源基因的有效途径,本实验用转染了GDNF 的BMSCs移植治疗尾壳核出血后大鼠神经功能有 明显改善。 神经营养因子不仅在中枢神经系统发育过程中 对神经元的生存、分化、生长和维持神经元正常的生 理功能等方面起重要作用,还具有抗损伤性刺激, 促进神经元的再生,保护缺血缺氧的神经元,维持 神经元功能和再生修复及防止神经元细胞进行性病 变,刺激诱导轴突再生以及促进神经通路、抑制神 经细胞凋亡的重要作用。本实验GDNF/BMSCs组及 BMSCs组BDNF阳性细胞数均高于生理盐水组。 NGF一13能使神经元前体细胞增殖,对胆碱能神 经元、单胺类神经元、肽能神经元、交感神经元均具 有支持存活作用,可增加神经递质合成,阻止神经元 细胞程序性死亡。本实验结果证明:NGF—B的阳性 细胞数GDNF/BMSCs组均高于BMSCs组和生理盐 水组。提示这些神经生长因子在大脑皮质运动区可 能通过骨髓基质干细胞自分泌或旁分泌模式发挥重 要生物学作用。 转基因NSCs移植后可以分泌GDNF并促进脑 外伤大鼠神经功能的恢复_13]。本室其他研究者在大 鼠脑缺血再灌注3d后立体定位移植GDNF基因修 饰的NSCs到侧脑室,结果证明GDNF基因修饰的 NSCs比NSCs对大鼠脑卒中有更好的神经保护作 用『141。有研究表明:外源性的GDNF和宿主自身的神 经营养因子可以阻止神经元的凋亡并减轻脑梗死体 积 1。本实验结果表明移植转染了GDNF基因的 BMSCs较单一BMSCs能增强脑出血周边神经营养 因子的表达,为基因治疗脑出血打下基础。 参考文献 1. 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