CN102229911B

CN102229911B - Sca-1+/CD34－子宫干细胞及其分离方法

Info

Publication number: CN102229911B
Application number: CN2011101547568A
Authority: CN
Inventors: 李仁科; 解军; 刘志贞; 孙卓
Original assignee: Shanxi Medical University
Current assignee: Shanxi Medical University
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: CN102229911A

Abstract

Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞，从哺乳动物的子宫分离得到，以CD34^－、Sca-1⁺的形式表达CD34和Sca-1，其分离方法是应用磁珠标记的抗CD34抗体从消化的子宫组织中筛选出CD34^－细胞；再应用磁珠标记的抗SCa-1抗体从CD34^－细胞中分离出Sca-1⁺细胞，得到Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。实验证实，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞具有诱导内皮细胞形成血管结构的能力，能够形成大量有功能的血管，并能够在一定程度上恢复组织灌注，减少组织损伤；体内水平证实Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞对缺血性疾病有治疗效果，可以用于制备预防或治疗缺血性疾病的药物。

Description

Sca-1+/CD34-子宫干细胞及其分离方法

技术领域

本发明涉及一种干细胞，特别是涉及一种从子宫中提取的干细胞。本发明还涉及该子宫干细胞的分离方法，以及该子宫干细胞的用途。

背景技术

随着人们生活方式的改变，缺血性疾病已经成为近年来全球发病率最高的疾病之一，而且发病率一直在不断上升。缺血性疾病是一种由于血管狭窄或闭塞导致组织灌注不良，最终造成器官功能障碍甚至衰竭的疾病，可累及全身各个器官，造成严重后果，甚至危及生命，例如急性心肌梗死、缺血性心肌病，脑梗死等。在正常状态下，血管新生是机体对缺血、缺氧损伤的自身代偿性机制。在心肌缺血早期，毛细血管密度代偿性增加，在阻塞或狭窄的冠状动脉周围形成新生血管以建立侧支循环，从而改善局部缺血状态。但这种代偿往往不足以彻底恢复组织灌注，纠正缺血的病理生理改变，以致临床不得不采取外源性干预措施，以挽救患者的生命。对于缺血性疾病，药物治疗、介入治疗和外科手术治疗是目前国际上公认的三大主要治疗干预措施。药物治疗主要应用于缺血性疾病的预防和早期治疗。而介入及外科手术治疗主要针对较严重的缺血性疾病，能够较为彻底的解决主干或较大血管的梗死，然而其对远端微灌注的影响有限，且针对血管弥漫性狭窄的患者很难达到理想的治疗效果。所以，目前的治疗手段并不能彻底恢复受损组织的灌注，从根本上解决缺血性疾病的病理生理改变，以达到根治的目的。治疗性血管新生是目前国际公认的针对缺血性疾病的治疗新理念，通过促进新生血管的形成，建立有效的侧支供血循环，从根本上改善组织缺血的状态，恢复器官功能，以达到标本兼治的持续性临床疗效。

细胞移植是目前临床及基础研究界公认的针对缺血性疾病最有希望的治疗手段之一，在基础及临床研究领域广受重视。虽然大量的研究已经证实细胞移植对于缺血性疾病具有一定的治疗作用，但受到不同细胞类型、细胞特点及功能的限制，其治疗效果并不稳定。如何选择移植靶细胞，是保证细胞移植治疗效果的关键。以缺血性心脏病为例，早期细胞移植关于靶细胞的选择多集中在肌原性细胞，如平滑肌细胞，希望可以通过增加坏死区肌细胞的数量来增加心肌的收缩力，改善心脏的功能。但后来的研究发现，单纯增加肌细胞的数量，而不从根本上改善梗死区组织的灌注状态，获得的治疗效果是极其有限的。那么如何通过细胞移植的方法，增加梗死区新生血管的形成，从根本上改善组织的灌注状态，恢复心脏功能呢？这正是目前世界范围内细胞移植研究界最热点的研究问题。

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞系，能够在一定的条件下分化为血源性细胞、肌源性细胞和间充质原性细胞等，也就是说干细胞是最有可能具有在一定条件下形成新生血管潜力的细胞系。干细胞按其存在的不同时期可分为胚胎干细胞和成体干细胞。目前胚胎干细胞已可成功的在体外培养，并在特定的培养条件下定向诱导分化为各种功能细胞，用于修复受损病变的组织或器官。然而胚胎干细胞培养难度大，成本高，存在潜在的成瘤性风险，同时受到移植排斥和伦理学限制，使其很难应用于临床治疗。成体干细胞是存在于各种已分化组织中的未分化细胞。在多数情况下可分化为相同组织类型的细胞，但另一方面，其分化又具有一定的可塑性，能打破胚层界限，分化成与其来源不同的其它类型的组织细胞。目前，已在多种组织中发现成体干细胞的存在。由于分离和使用成体（自体）干细胞不存在伦理学问题，在体外培养时可以根据需要大量扩增，便于临床应用，且不存在免疫排斥反应等优势，因此，成体干细胞显示出更为广泛的应用前景。

子宫是一种具有高度增殖活性和强大血管形成能力，且具有周期性更新特点的组织。30多年前就有学者推测子宫内可能存在干细胞。2004年，Gargett和Chan等发表文章首次提出子宫干细胞存在的概念。近年来，亦有大量基础及临床研究证实了子宫组织中存在具有自我更新、高度增殖和分化潜能的干细胞。然而目前的研究仍仅限于通过克隆形成实验、标记滞留技术等方法来推测子宫干细胞的存在，多数学者都依靠在造血、神经、表皮或其它系统中的干细胞标记去研究子宫内膜干细胞，所以子宫干细胞的特异性标志物仍在探索中。分离和鉴定子宫内膜干细胞成了一项非常具有挑战性的工作。另外，这类子宫干细胞在血管再生及其对缺血性疾病的治疗机制和效果也未见有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的干细胞—Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。

提供所述Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分离方法，是本发明的另一发明目的。

本发明的发明目的还在于提供所述Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的用途，特别是在缺血性疾病治疗方面的用途。

首先，本发明提出了一种Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞，该子宫干细胞从哺乳动物的子宫分离得到，以CD34^－、Sca-1⁺的形式表达CD34和Sca-1，具有诱导内皮细胞形成血管结构的能力。

其次，本发明提供了一种上述Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分离方法，该方法使用对CD34、Sca-1两种标志蛋白具有特异亲和性的物质进行，首先自子宫组织中筛选出对CD34阴性表达的细胞，再从上述CD34阴性表达的细胞中进一步筛选出对Sca-1阳性表达的细胞，即为上述Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。

进一步地，所述对CD34、Sca-1两种标志蛋白具有特异亲和性的物质是CD34、Sca-1两种标志蛋白的各自抗体。

本发明提供了一种典型的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分离方法，该方法包括以下顺序的步骤：

1）获取消化的子宫组织；

2）应用磁珠标记的抗CD34抗体，以磁珠筛选法从消化的子宫组织中筛选出CD34^－细胞；

3）再次应用磁珠标记的抗SCa-1抗体，以磁珠筛选法从2）中CD34^－细胞中分离出Sca-1⁺细胞，得到Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。

本发明还提供了上述分离得到的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的培养方法，其方法是在分离得到的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞中加入1%甲基纤维素基础培养基、10%胎牛血清、4.5×10^-4M硫代甘油、25μg/mL抗坏血酸、2mM谷氨酰胺、200μg/mL饱和转铁蛋白，在湿度≥95%，温度37℃，CO₂浓度5%的环境下培养。

本发明也提供了一种Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分化方法，是将分离得到的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞加入到分化培养基中，对脐带血内皮细胞和平滑肌细胞分别进行培养，其中，所述分化培养基的组成为IMDM培养基、10%胎牛血清和25%内皮细胞原代培养基。

本发明分离、培养、分化获取的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞具有血管再生能力，可以应用于制备预防或治疗缺血性疾病的药物。

本发明首先开展了对子宫干细胞分离、鉴定、培养和分化方法的研究，首次从子宫内膜组织分离出具有Sca-1⁺/CD34^－表面标记物的细胞，并鉴定其是具有干细胞各种特性的子宫干细胞。

体外细胞分化实验证明，Sca-1⁺/CD34^－表面标记物的子宫干细胞能够分化成具有分泌多种促血管生成的细胞因子，与Sca-1^－/CD34^－细胞和骨髓间充质干细胞（MSC）的细胞提取物相比，能够诱导更多的血管内皮细胞和平滑肌细胞迁移（p<0.05）并形成血管结构；体内实验发现，将Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞移植于小鼠缺血后腿及冠状动脉结扎后的心梗组织，与生理盐水对照组及骨髓MSC组相比，缺血区的后腿组织再灌注、肌肉缺失及心肌功能情况明显改善（p<0.05）。所以，本发明首次证实了Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的血管再生能力及其对缺血性疾病的治疗效果，为缺血性疾病患者带来了希望。

附图说明

图1是富集的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的流式鉴定结果图。

图2是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞与Sca-1^－/CD34^－、骨髓间充质干细胞（MSC）相比诱导人脐带血管内皮细胞和平滑肌细胞的迁移结果图。

图3是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞与骨髓间充质干细胞（MSC）诱导人脐带血管内皮细胞形成血管结构的能力比较图。

图4是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞与骨髓间充质干细胞（MSC）分别种植在小鼠缺血后腿组织对再灌注和肌肉缺失的效果比较结果图。

图5是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞与骨髓间充质干细胞（MSC）分别种植在心肌梗死区组织对心脏功能影响效果评价比较图。

具体实施方式

实施例1：Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分离。

1）异氟醚麻醉8-10周龄小鼠，气管插管，呼吸机维持呼吸，2-3%异氟醚维持麻醉。

2）已麻醉小鼠仰卧位，正中开胸，撕开心包，切开右心房，从主动脉内持续以生理压力灌注0.9%生理盐水，冲洗组织，直至从右心房中流出干净（无血液污染）的生理盐水。

3）开腹，取出子宫，并将其充分切碎。

4）用0.25%胰蛋白酶、2mg/ml胶原酶、0.01%DNA酶，37℃消化1小时，以尽量减少细胞表面标志物的破坏。

5）从上述消化的组织中，应用磁珠标记的抗CD34抗体（stemcell公司，加拿大），以磁珠筛选法筛选出CD34^－细胞。步骤为收集消化液，用200目过滤网过滤细胞到圆底聚苯乙烯管内，计数板计数，将细胞数控制在10⁷-10⁸之间，然后按照分选试剂盒说明书操作。

6）再次应用磁珠标记的抗Sca-1抗体（stemcell公司，加拿大），以磁珠筛选法从上步筛选出的细胞中分离出Sca-1⁺细胞，分离步骤参照试剂盒说明书，得到Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。

7）用培养基清洗筛选出的细胞后，铺盘培养。

8）用流式细胞仪技术鉴定筛选后Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的纯度，结果显示，提取的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞纯度可以达到96.3%（结果见图1）。

实施例2：Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的培养。

将实施例1筛选出的细胞接种于35mm培养盘中，加入1%甲基纤维素基础培养基、10%胎牛血清、4.5×10^-4M硫代甘油、25μg/mL抗坏血酸、2mM谷氨酰胺、200μg/mL饱和转铁蛋白，培养环境保持在湿度≥95%，温度37℃，CO₂浓度5%。

实施例3：Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分化。

分化培养基组成：IMDM培养基、10%胎牛血清和25%内皮细胞原代培养基。

Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞、Sca-1^－/CD34^－细胞和骨髓间充质干细胞（MSC）的细胞提取物分别加入到基质胶中，对人脐带血内皮细胞（HUVEC）和平滑肌细胞（SMC）分别进行培养，并用普通培养基培养作为对照组，以形成新生血管的长度来评价HUVECs形成血管结构的能力。

结果显示，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞诱导内皮细胞形成血管结构的能力较Sca-1^－/CD34^－和骨髓MSC为强，具体见图2、图3。

图2A-B说明的是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞诱导人脐带血管内皮细胞（HUVEC）迁移结果。图2A显示的是HUVEC迁移的染色结果。计数细胞从图2B可知，与Sca-1^－/CD34^－对照细胞和骨髓MSC相比，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞能够诱导更多的内皮细胞迁移，细胞数目有显著性差异（p<0.01或p<0.05）。图2C-D说明的是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞诱导平滑肌细胞（SMC）迁移结果。图2C显示的是SMC迁移细胞的染色结果。计数细胞从图2D可知，与Sca-1^－/CD34^－细胞和骨髓MSC诱导能力比较，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞能够诱导更多的平滑肌细胞迁移（p<0.01或p<0.05），即Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞具有更大的诱导血管形成的能力。

图3显示的是Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞诱导内皮细胞形成血管结构的的长度图， Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞诱导内皮细胞形成血管结构的的长度与生理盐水及骨髓MSC对照组相比，有显著性差异（p<0.01或p<0.05）。

所以说，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分化趋势及分化功能均与血管的形成密切相关，子宫干细胞的这种分化趋势，最终决定了其具有强大的新生血管形成能力。

实施例4： Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞体内血管再生能力的鉴定。

1）异氟醚持续吸入麻醉实验小鼠，固定仰卧位。脱毛和消毒后，分别分离左、右腿股动脉，双侧股动脉分别在分支以上用手术线结扎。

2）小鼠后肢缺血模型建立24小时后，分别将Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞和骨髓MSC种植在股动脉结扎后的缺血后腿组织中，对侧下肢缺血部位注射单纯培养基作为对照。

3）股动脉结扎前和移植后1小时、1天、4天、7天、14天、21天对缺血区组织的再灌注情况进行评价。缺血区组织的再灌注评价采用激光多普勒血流灌注成像分析仪测量（PeriScan PIM 3 Systems，瑞典）。

4）结果计算：缺血区和非缺血区血流比例比较。

结果见图4，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞移植组的组织再灌注情况明显好于骨髓MSC组，并且在细胞移植21天后对两组动物缺血区肌肉缺失的情况进行评价，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞组的肌肉缺失要显著少于骨髓MSC组（p<0.05）和生理盐水对照组（p<0.01），说明子宫干细胞确实能够形成大量有功能的血管，并能够在一定程度上恢复组织灌注，减少组织损伤。

实施例5：Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞对缺血性心脏疾病的治疗效果。

1）实验小鼠气管插管，2%异氟醚持续吸入麻醉。实验鼠左侧开胸，用7-0普理灵线结扎小鼠冠状动脉左前降支，至30%左心室壁梗死。

2）分别将Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞和骨髓MSC细胞种植在冠状动脉结扎后的心肌梗死区组织内，用单纯培养基注射作为对照。

3）分别在细胞移植后0天、7天、14天和35天应用超声心动图评价实验小鼠心脏功能。在细胞移植后35天，压力容积导管测定仪进一步评价实验小鼠的心脏功能。

结果见图5，其中图5A-B应用超声心动图来评价心脏功能（缩短分数FS），可以看出在细胞移植后的0天、7天、14天和35天，Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞移植组小鼠的心脏功能较骨髓MSC细胞移植组明显提高。图5C-D应用压力容积导管测定仪来评价细胞移植后实验动物的心脏功能，发现Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞移植组动物的射血分数高于其他两组（p<0.05）。总之，实验组小鼠的心脏功能明显高于对照组。

所以，子宫干细胞通过新生血管形成，改善了缺血区心肌的灌注，在一定程度上恢复了心脏功能，对缺血性心脏病有较为明显的治疗作用。同时也进一步证明了子宫干细胞的增生、分化功能和新生血管形成的能力。在体内水平证实了子宫干细胞对缺血性疾病的治疗作用。

Claims

1.一种小鼠Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分离方法，该方法使用对CD34、Sca-1两种标志蛋白具有特异亲和性的物质进行，所述对CD34、Sca-1两种标志蛋白具有特异亲和性的物质是CD34、Sca-1两种标志蛋白的抗体，具体方法为：

1）应用磁珠标记的抗CD34抗体，以磁珠筛选法从消化的子宫组织中筛选出CD34^－细胞；

2）再次应用磁珠标记的抗SCa-1抗体，以磁珠筛选法从1）中CD34^－细胞中分离出Sca-1⁺细胞，得到Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。

2.一种小鼠Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的培养方法，其特征是在利用权利要求1所述分离方法分离得到的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞中加入1%甲基纤维素基础培养基、10%胎牛血清、4.5×10^-4M硫代甘油、25μg/mL抗坏血酸、2mM谷氨酰胺、200μg/mL饱和转铁蛋白，在湿度≥95%，温度37℃，CO₂浓度5%的环境下培养。

3.一种小鼠Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞的分化方法，其特征是将利用权利要求1所述分离方法分离得到的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞加入到分化培养基中，其中，所述的分化培养基组成为IMDM培养基、10%胎牛血清和25%内皮细胞原代培养基。

4.由权利要求1小鼠Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞分离方法分离得到的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞。

5.权利要求4所述的Sca-1⁺/CD34^－子宫干细胞在制备预防或治疗缺血性疾病的药物中的应用。