bFGF基因体外转染缺血性心肌病患者骨髓基质干细胞研究(2)
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2010年9月1日
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bFGF是重要的有丝分裂促进分子,也是形态发生和分化的诱导因子,在正常生理及病理过程中参与生长发育和组织损伤的修复过程。bFGF对中胚层及神经外胚层来源的细胞都有强烈的促有丝分裂作用,能在极低浓度水平(1ng/ml)发挥作用。对肢体发育和塑性尤为重要,对神经元的存活及突起的生长也有强的促进作用,此外还可刺激血管生长,软骨修复及骨折愈合等广泛的生物学效应。bFGF可抑制肌肉细胞的分化,呈剂量依赖效应。Julian等[2]研究发现使用1ng/mlbFGF可减少肌肉细胞分化49%,加入10ng/mlbFGF则减少80%。无bFGF时分化的肌细胞呈梭形且伴细胞突起,而bFGF存在时分化的肌细胞则呈圆形。在成肌细胞中可能存在两种亚系,FGF独立亚系在FGF存在时分化延迟,而FGF依赖亚系则需使用FGF才能获得终末分化,后者占成肌细胞的20%,在10ng/mlbFGF存在时也能进行分化。TGF-β不能刺激肌细胞分化,但与bFGF联用可阻断其抑制肌细胞分化作用。胰岛素则可强化bFGF对成肌细胞分化的阻抑效果,表明体内成肌细胞分化是多因素共同作用调节的结果。bFGF还是很强的促血管壁细胞增殖因子,对内皮细胞有趋化作用及促进有丝分裂作用,并可加速其分化,促进血管平滑肌有丝分裂,因此可能与肿瘤血管生成及转移有一定的关系。bFGF可对来源于大脑皮质、海马、小脑等的神经元有营养作用,并对胚胎神经母细胞可促进有丝分裂发生,促进神经胶质细胞增殖,因此可用于中枢及周围神经系统损伤的修复。bFGF可对多种类型的间充质细胞、成纤维细胞、角化细胞等都可促进其有丝分裂,增殖和分化,因此可能在软组织修复中有很好的应用前景。
早在1867年德国科学家便率先提出了骨髓中存在间充质干细胞的观点。现在已证实骨髓间充质干细胞在一定条件下可以分化成为多种造血外组织特别是中胚层和神经外胚层发育来源的组织细胞[3]。它们的数量非常少,在骨髓中仅占0.5%,但1个干细胞在分裂后可以分化形成红细胞20万个、粒细胞1000个,在成年机体中BMSCs约占有核细胞总数的比例可逐渐下降,但在体外培养条件下其自我增殖能力和多向分化潜能并不随年龄的增加而改变。骨髓基质细胞在体内有较强的辐射耐受性,是一个相对静止的更新率低的群体,如果用于基因治疗则遗传物质的纠正及外源基因的表达可持续相当长的时间,同时骨髓基质细胞的代谢活力很高,有利于重组蛋白的分泌,通过其旺盛的自我增殖分裂能力来提高其目的基因的转录及翻译水平。
将重组真核表达载体pIRES2-EGFP-bFGF转入BMSC后,在4小时即可见到有EGFP的表达,强度及表达数量逐渐增多,在48小时达到高峰,由于EGFP与BFGF-I在同一个启动子转录,其翻译又由于内核糖体进入位点的介入使得可以同时进行,因此在EGFP表达的同时,bFGF已经开始分泌,其强度与数量在理论上应与EGFP的表达规律相似。
bFGF基因转染对于BMSCs的分裂增殖过程也有影响,细胞群体倍增时间由42.4小时缩短为38.3小时;细胞分裂相增多,细胞形态也发生了变化。
本实验研究发现采用脂质体Lipofectamine介导也可有效地将bFGF基因转染进入体外培养的缺血性心肌病患者BMSCs,并可在一定时期内分泌相对高水平的bFGF蛋白质,并由此造成BMSCs的形态改变以及分裂增殖的加速。因此推测将基因修饰的BMSCs植入缺血的心肌组织内,有望在其中表达相对高水平的bFGF蛋白质,从而在一定时间内发挥生长因子的活性及生理作用。此外,还可同时发挥BMSCs的多向分化潜能用于修复缺血的心肌组织。因此,采用BMSCs作为心肌基因治疗的靶细胞,在将来也许可以作为积极而有效的手段。
参考文献
[1]Gospodarowicz D,Ferrarra N,Schweigerer L,et al ......
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