缺氧诱导因子-1α调节叉头框蛋白1表达促进大鼠外周血间充质干细胞缺氧存活

摘要

间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是再生医学中临床使用最多的干细胞之一。外周血间充质干细胞(peripheral blood mesenchymal stem cells, PBMSCs)以其获取简便、创伤小和具有多向分化能力等优势,在人类缺血性疾病的治疗方面具有重要应用前景。但尚未建立在缺氧环境下,使PBMSCs高存活和高扩增培养方法。本研究旨在探讨HIF-1α(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)通过调节叉头框蛋白1(forkhead box C1, FoxC1)表达,促进PBMSCs缺氧存活和扩增的作用。采取SD大鼠外周血,分离出单个核细胞(mononuclear cells, MNCs),培养第3代后得到MSCs,随机将细胞进行以下3种处理,并分组:未处理组(Control, CON)、HIF-1α激动剂组(dimethyloxallyl glycine, DMOG,0.1 mmol/L,DMOG组)和HIF-1α抑制剂组(BAY87-2243,50 nmol/L,BAY组),进行缺氧培养PBMSCs,观察各组不同时间点(1 h、10 h、20 h、30 h、40 h、50 h、60 h、70 h、80 h)PBMSCs凋亡和增殖情况。应用qRT-PCR和Western印迹观察细胞FoxC1表达情况,及抗凋亡分子Bcl2和凋亡信号分子Bax和胱天蛋白酶3(caspase3)表达情况。MNCs经过3代培养后,可得到纯度较高的PBMSCs。但是,这些细胞在体外缺氧培养30 h即发生凋亡,但经HIF-1α激动剂DMOG能抑制其凋亡,能使PBMSCs缺氧延长到60 h以上。与CON组比较,DMOG处理使DMOG组PBMSCs活力升高2.6倍(P<0.001),细胞老化率(SA-β-gal阳性细胞百分率)降低70.1%(P<0.001),细胞凋亡率(Annexin V+PI+细胞百分率)减少64.6%(P<0.001)。加入HIF-1α抑制剂BAY87-2243则引起相反的变化:培养20 h后细胞增殖能力明显减弱,与CON组比较,BAY组细胞活力明显下降(P<0.001),老化率增加35.6%(P<0.001),细胞凋亡率增加38.1%(P<0.001)。进一步研究发现,DMOG可上调HIF-1α表达,促进FoxC1表达(DMOG组较CON组升高2.3倍,P<0.001),上调抗凋亡蛋白Bcl2(DMOG组较CON组升高3.8倍,P<0.001)、下调凋亡蛋白Bax和胱天蛋白酶3表达(各下降86.5%和85.0%,均P<0.001),而加入BAY87-2243显著降低HIF-1α、FoxC1和Bcl2表达,上调Bax和胱天蛋白酶3表达(与CON组比较,均P<0.001)。由此可见,HIF-1α-FoxC1是影响MSCs缺氧存活和增殖的重要信号途径,这有助于提高PBMSCs在缺氧环境中存活和扩增。