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作者:张智星 肖丽 吴来迪 于成博 毛靖 曹颖光 宋珂
通信作者:宋珂
作者单位:华中科技大学同济医学院附属同济医院口腔医学中心 华中科技大学同济医学院口腔医学院 口腔颌面发育与再生湖北省重点实验室
引用本文:张智星, 肖丽, 吴来迪, 等. 血小板源性生长因子受体α调控小鼠锌指蛋白阳性间充质干细胞双向分化的研究[J]. 中华口腔医学杂志, 2023, 58(5): 427-434. DOI: 10.3760/cma.j.cn112144-20230206-00028.
目的
探讨血小板源性生长因子受体α(platelet derived growth factor receptor alpha,PDGFRα)对小鼠锌指蛋白阳性间充质干细胞(glioma-associated oncogene homolog 1-positive mesenchymal stem cells,Gli1+-MSC)双向分化的调控作用。
方法
繁育双报告转基因小鼠ROSAmT/mG/Gli1-CreERt2/PDGFRαfl(实验组)和ROSAmT/mG/Gli1-CreERt2(对照组),选取两组4周龄小鼠各20只,从小鼠主动脉外膜中分离间充质干细胞,使用他莫昔芬诱导,通过绿色荧光蛋白标记和流式细胞仪分选,筛选两组Gli1+-MSC,实验组Gli1+-MSC中条件性敲除PDGFRα,对照组Gli1+-MSC正常表达PDGFRα。对两组Gli1+-MSC分别进行成脂肪诱导和成纤维诱导,蛋白质印迹法检测两组PDGFRα、脂肪细胞标志物[脂滴包被蛋白和CCAAT/增强子结合蛋白(CCAAT/enhancer binding protein alpha,C/EBPα)]和成纤维细胞标志物[α-平滑肌肌动蛋白(alpha smooth muscle actin,α-SMA)、成纤维细胞特异蛋白1(fibroblast-specific protein 1,FSP-1)]的蛋白表达,并进行半定量分析。油红O染色观察两组Gli1+-MSC双向诱导后的细胞脂肪分化程度,并进行半定量分析。
结果
他莫昔芬诱导后,可通过绿色荧光蛋白的表达标记准确地从流式细胞仪中分离出Gli1+-MSC。成脂肪诱导后,实验组PDGFRα蛋白表达(0.017±0.002)显著小于对照组(0.184±0.012)(t=25.48,P=0.002),脂滴包被蛋白(3.138±0.414)和C/EBPα(3.565±0.289)蛋白表达均显著大于对照组(分别为2.312±0.218、2.179±0.103)(t=6.21,P=0.025;t=6.69,P=0.022),即PDGFRα的敲除增强了Gli1+-MSC的成脂肪分化能力。成纤维诱导后,实验组PDGFRα、α-SMA和FSP-1的蛋白表达(分别为0.030±0.001、0.932±0.177和0.276±0.020)均显著小于对照组(分别为0.439±0.006、1.352±0.170和0.835±0.097)(t=149.40,P<0.001;t=66.38,P<0.001;t=11.41,P=0.008),即PDGFRα的敲除显著抑制Gli1+-MSC向纤维细胞分化。双向诱导后,对照组可见脂肪细胞形成明显减少,实验组脂肪细胞形成较多;定量分析显示,双向诱导后实验组油红O染色量(0.461±0.042)显著多于对照组(0.017±0.007)(t=23.20,P<0.001)。
结论
PDGFRα在调控血管外膜Gli1+-MSC的双向分化中发挥重要作用。
保证牙槽骨重建后的骨再生效果是现今口腔种植临床工作中的关键问题[1, 2]。具有多向分化潜能的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC)在牙槽骨重建过程中不仅为成骨细胞提供骨原细胞来源,也为破骨细胞的前体细胞提供旁分泌效应[3]。在众多调控MSC分化的因子中,刺猬信号通路的关键作用已得到公认[4, 5]。锌指蛋白(glioma-associated oncogene homolog 1,Gli1)作为刺猬信号通路中重要的转录因子,不仅是刺猬信号通路在细胞内激活的标志分子,近年也被认为是干细胞标志物[6]。通过Gli1标记的转基因小鼠技术,一方面能在体内追溯这种具有干细胞特征的Gli1阳性细胞(Gli1+细胞),另一方面还能敏锐反映刺猬信号通路参与组织损伤修复的情况[7]。
血小板源性生长因子受体α(platelet-derived growth factor receptor alpha,PDGFRα)与干细胞表面抗原(stem cells antigen-1,Sca1)均为干细胞标志物,PDGFRα在组织损伤修复过程中与MSC多向分化紧密相关。Cho等[8]发现从动脉管壁分离的Sca1+/PDGFRα+和Sca1+/PDGFRα-细胞均具有成骨分化的潜能,后者还能双向分化为破骨细胞。Carr等[9]也发现PDGFRα+细胞不仅能分化为成骨细胞以促进骨再生,还能分化为成纤维细胞促进伤口愈合。Joe等[10]和Uezumi等[11]从骨骼肌中分离出高表达PDGFRα的Sca1+细胞,证实该细胞具有成肌纤维和成脂肪的双向分化潜能,对肌肉损伤修复中的纤维变性和脂肪沉积有显著的调控作用。Gli1+细胞具有干细胞属性,在体外不仅能多向分化,同时还可以高表达PDGFRα[12],但PDGFRα在Gli1+-MSC参与组织损伤修复过程中的调控机制尚需进一步探讨。本项研究拟在Gli1+-MSC中条件性敲除PDGFRα,通过体外实验在分子水平上探讨PDGFRα调控Gli1+-MSC成肌纤维和成脂肪双向分化的可能机制,为进一步了解Gli1+-MSC参与牙槽骨重建的生理机制提供依据。
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(参考文献略)
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