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编号:10245315
碱性成纤维细胞生长因子和胰岛素样生长因子-I及其协同作用对牛晶体上皮细胞增殖的影响
http://www.100md.com 《中华眼科杂志》 1999年第6期
     作者:孙朝晖 姚克 吴仁毅 申屠形超 徐雯

    单位:310009 杭州, 浙江大学医学院附属第二医院眼科中心

    关键词:成纤维细胞生长因子;碱性;;胰岛素样生长因子-Ⅰ;;晶体;;上皮细胞协同作用

    中华眼科杂志990619 【摘要】 目的 研究碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、胰岛素样生长因子-I(insulin-like growth factor-I, IGF-Ⅰ )及二者的共同作用对体外牛晶体上皮细胞(bovine lens epithelial cell, BLEC)增殖的影响。方法 BLEC原代培养,取第4代细胞种入24孔板,加入不同浓度的bFGF、IGF-Ⅰ、bFGF+20 μg/L IGF-Ⅰ,20 h后加入3H-TDR,16 h后作液闪计数。结果 一定浓度的bFGF (1~100 μg/L)、IGF-Ⅰ(20~100 μg/L)在体外有促进BLEC增殖的作用(P<0.01 ),20 μg/L的IGF-Ⅰ可增加bFGF的促BLEC增殖作用。结论 生长因子及它们之间的协同作用在促进晶体上皮细胞异常增殖的过程中起重要作用。
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    Effect of bFGF, IGF-Ⅰ and their synergy on the mitogenesis of bovine lens epithelial cells

    SUN Zhaohui, YAO Ke, WU Renyi, et al. Department of Ophthalmology, The Second Affiliated Hospital of Zhejiang Medical University, Hangzhou 310009

    【Abstract】 Objective To assess the effect of basic fibroblast growth factor (bFGF), insulin like growth factor-Ⅰ(IGF-Ⅰ) and their synergy on the mitosis of bovine lens epithelial cells (BLECs). Methods BLECs were cultured in vitro. The fourth passage cells were inoculated into 24 well tissue culture plates, treated with different concentrations of bFGF, IGF-Ⅰ, and bFGF+20 μg/L IGF-Ⅰ for 20 hours, 3 H-thymidine was added for 16 hours, then the radioactivity was determined by liquid scintillation counting. Results Either bFGF (1~100 μg/L) or IGF-Ⅰ (20~100 μg/L) increases mitosis of BLEC significantly, and 20 μg/L IGF-Ⅰ may increase bFGF induced mitogenesis. Conclusion Growth factor and their synergic effect may play an important role in lens epithelial cell proliferation.
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    【Key words】 Fibroblast growth factor, basic Insulin-like growth factor-Ⅰ Lens Epithelial cell Synergism

    正常人晶体上皮细胞与晶体的生长、分化及损伤修复密切相关,上皮细胞的任何改变均会影响其下方晶体纤维的生理功能,导致晶体混浊。正常人仅赤道区晶体上皮细胞有极低水平的增殖,而在一些机械、化学及免疫学损伤时,晶体上皮细胞可出现异常增殖现象[1]。据报道,晶体上皮细胞的异常增殖与白内障及后发性白内障的发病过程密切相关[1-3]。生长因子是一种对细胞生长以及分化具有显著作用的多肽物质,正常的晶体上皮细胞可表达碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、胰岛素样生长因子-I(insulin-like growth factor-Ⅰ, IGF-Ⅰ)及其受体。我们通过体外实验研究证实,bFGF、IGF-Ⅰ有促进晶体上皮细胞增殖的作用,同时IGF-Ⅰ可增强bFGF促进晶体上皮细胞增殖的作用。
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    材料和方法

    一、材料

    自制新生牛晶体前囊上皮细胞(bovine lens epithelial cells, BLEC);主要试剂:bFGF,由美国GIBCO公司提供; IGF-Ⅰ,由美国Promega公司提供; DMEM,由美国GIBCO 公司提供; 小牛血清,由杭州四季青公司提供;3H-TDR,由上海原子能所提供。

    二、实验方法

    1. BLEC体外培养: 取宰杀后4h内新生小牛眼球,75%酒精浸泡30 min,D-hanks液冲洗3遍,由角膜缘切开眼球,暴露完整晶体,撕取前囊组织,剪碎后放入100 ml培养瓶中,加入5 ml培养液(DMEM+20%小牛血清),倒置放入37℃含5%CO2孵箱中,12h 后翻转培养瓶,1周后每3天换培养液1次,细胞融合后用0.25%胰蛋白酶消化,按1∶2~4传代。
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    2. 增殖测定:第4代BLEC计数后种入24孔板(5×104/孔),24 h后改用无血清培养液继续培养24 h,加入不同浓度用无血清培养液稀释的bFGF(0.01、0.1、1、10、100 μg/L )、IGF-Ⅰ(0.1、1、10、20、100 μg/L)及bFGF(0.01、0.1、1、10、100 μg/L)+ IGF-Ⅰ 20 μg/L,每个浓度为4孔。20 h后每孔加入1μCi 3 H-TDR 培养16 h,吸出培养液,用冰冷的PBS洗孔3次,加入1.0 ml冰冷的10%三氯乙酸,于4℃下固定30 min,再用10%三氯乙酸洗孔1次,然后每孔加入1 mol/L NaOH 0.5 ml裂解细胞,每孔加入1 mol/L HCl中和,每孔取0.8 ml加入到5 ml闪烁液中,室温放置2 h后,测定每分钟放射性核素闪烁记数值(cpm)。

    三、统计学方法

    所有数据经对数转换达方差齐性后用One Way Anova检验,bFGF、IGF-Ⅰ协同作用采用Student′s t检验。
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    结果

    一定浓度的bFGF(1~100 μg/L)、IGF-Ⅰ(20~100 μg/L )、20 μg/L IGF-Ⅰ+bFGF(0.01~100 μg/L)在体外有促进BLEC增殖的作用(P<0.01 )(表1~3)。所有数据均经对数转换。不同浓度bFGF(0.1、1、10 μg/L)+20 μg/L IGF-Ⅰ促使BLEC DNA合成增加的倍数,大于单独采用bFGF(0.1、1、10 μg/L)、20 μg/L IGF-Ⅰ使BLEC DNA合成增加的倍数之和(图1)。

    A:bFGF B:IGF-Ⅰ C:bFGF+20 μg/L IGF-Ⅰ

    图1 bFGF、IGF-Ⅰ单独及联合应用对BLEC DNA合成的影响

    一、bFGF对BLEC DNA合成的影响
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    由表1可见,一定浓度的bFGF(1~100 μg/L)在体外有促进BLEC增殖的作用(F=72.76,实验组3与对照组比较:P<0.05;实验组4、5与对照组比较:P<0.01 )。

    表1 bFGF对BLEC DNA合成的影响 组别

    bFGF浓度

    (μg/L)

    3 H-TDR掺入值

    (cpm)

    对照组

    0.00

    6.93±0.09

    实验组1
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    0.01

    7.10±0.28

    实验组 2

    0.10

    7.09±0.58

    实验组 3

    1.00

    7.27±0.11*

    实验组 4

    10.00

    8.00±0.27**

    实验组 5
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    100.00

    9.05±0.42**

    注:与对照组比较,*P<0.05 ,**P<0.01 二、IGF-Ⅰ对BLEC DNA合成的影响

    由表2可见, IGF-Ⅰ(20~100 μg/L )在体外有促进BLEC增殖的作用(F=34.89 ,P<0.01 )。

    表2 IGF-Ⅰ对BLEC DNA合成的影响 组别

    IGF-Ⅰ浓度

    (μg/L)

    3 H-TDR掺入值
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    (cpm)

    对照组

    0.0

    6.75±0.25

    实验组1

    0.1

    6.75±0.15

    实验组2

    1.0

    6.73±0.09

    实验组3

    10.0

    6.76±0.14
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    实验组4

    20.0

    7.50±0.30*

    实验组5

    100.0

    7.87±0.37*

    *与对照组比较,P<0.01 三、bFGF+20 μg/L IGF-Ⅰ对BLEC DNA合成的影响

    由表3可见,bFGF(0.01~100 μg/L)+20 μg/L IGF-Ⅰ在体外有促进BLEC增殖的作用(F=101.49,P<0.01 )。不同浓度的bFGF (0.1、1、10 μg/L)+20 μg/L IGF-Ⅰ促使BLEC DNA增加的倍数,大于单独采用bFGF (0.1、1、10 μg/L)、20 μg/L IGF-Ⅰ使BLEC DNA增加的倍数之和(图1)。
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    表3 bFGF+20 μg/L IGF-Ⅰ对BLEC DNA合成的影响 组别

    bFGF浓度

    (μg/L)

    3 H-TDR掺入值

    (cpm)

    对照组

    0.00

    6.63±0.18

    实验组 1

    0.01

    7.27±0.29*
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    实验组 2

    0.10

    8.42±0.15*

    实验组 3

    1.00

    8.71±0.32*

    实验组 4

    10.00

    8.84±0.23*

    实验组 5

    100.00

    9.08±0.22*
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    *与对照组比较,P<0.01

    讨论

    本实验采用3H-TDR掺入法检测细胞DNA合成的方法, 观察bFGF、IGF-Ⅰ在体外对BLEC增殖的影响, 结果表明, 在体外bFGF(1~100 μg/L )、IGF-Ⅰ(20~100 μg/L)可促进BLEC DNA合成,且呈剂量依赖性,bFGF作用大于IGF-Ⅰ。IGF-Ⅰ(20 μg/L)可增加bFGF促进BLEC DNA合成的作用,说明bFGF 、IGF-Ⅰ在体外具有促进BLEC增殖的作用, IGF-Ⅰ可增加bFGF的促BLEC增殖作用。

    一、作用机制

    bFGF是一种较强的促进细胞增殖分化的生长因子,在人体内分布广泛。bFGF与受体结合后,信息通过酪氨酸蛋白激酶系统进行传递。目前认为,bFGF的释放有两种途径,即细胞损伤及细胞排粒作用[4]。晶体损伤后,内源性bFGF释放;损伤及其它各种原因所致的血-房水屏障的破坏可刺激晶体上皮细胞bFGF表达升高,最终使房水中bFGF含量升高,促使晶体细胞增殖。IGF-Ⅰ是一种较弱的促细胞增殖因子,与受体结合后信息亦通过酪氨酸蛋白激酶系统进行传递。由于IGF-Ⅰ 在血清中含量较高[成人血清中IGF-Ⅰ浓度为(103±19)~(219±15)μg/L,与年龄相关,年龄大者含量较低],房水中IGF-Ⅰ含量为0.47 μg/L[5],血-房水屏障破坏可致血清中的IGF-Ⅰ进入前房;损伤可导致某些类型的细胞IGF-Ⅰ表达上升[6],使前房局部IGF-Ⅰ含量增高。据报道在许多细胞中bFGF及IGF-Ⅰ均具有协同作用[7,8],其机制不清。Reape等[8] (1996)报道,IGF-Ⅰ可提高血管平滑肌细胞bFGF受体的表达;亦可促进bFGF的合成;一些特殊结合蛋白及其它调节因素在体内亦可调节bFGF及IGF-Ⅰ的活性[9,10];此外,bFGF为促使G0和G1期细胞进入分裂前感受态的启动因子(competence factor),而IGF-Ⅰ为推动感受态细胞进一步发展,向S期过渡的推动因子(progression factor),两类细胞因子在时间和效应上连续协同作用的结果,使细胞通过限制点(restriction point)进入S期,开始合成DNA。
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    二、临床意义

    在正常眼房水中,bFGF含量小于0.01 μg/L,IGF-Ⅰ为0.47 μg/L,故不会引起晶体上皮细胞的增殖。而在病理状态下,两者的含量均有改变,如白内障手术后,房水中bFGF最高可达(0.45±0.27)μg/L,术后8周仍可维持于0.1~0.2 μg/L水平[11]。本研究表明,单独应用bFGF≥1 μg/L时可促进晶体上皮细胞增殖,而当IGF-Ⅰ存在时,bFGF≥0.01 μg/L即可明显促进晶体上皮细胞增殖,因此仅用单一生长因子解释病理状态下持续的晶体上皮细胞异常增殖的现象过于片面,各生长因子之间的相互作用非常重要。综合上述, bFGF、IGF-Ⅰ以及二者的协同作用在促进晶体上皮细胞的异常增殖中占有重要地位。

    参考文献

    1 易玉珍.白内障病理学.见:李凤鸣,主编.眼科全书.北京:人民卫生出版社,1996.1577-1597.
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    8 Reape TJ, Kanczler JM, Ward JPT, et al . IGF-I increases bFGF-induced mitogenesis and upregulates FGFR-1 in rabbit vascular smooth muscle cells . Am J Physiol,1996,270:H1141-1148.
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    (收稿:1999-03-19 修回:1999-08-11), 百拇医药