CN105624104B - 一种提高人间充质干细胞功能的细胞处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高人间充质干细胞功能的细胞处理方法,其通过抑制CD26来增强间充质干细胞的趋化能力。
Description
本发明研究得到以下课题资助:国家973计划基础重点研究干细胞项目(2012CB966504);国家自然科学基金委面上项目(81170459);国家863计划干细胞应用项目(2011AA020118);天津市应用基础及前沿技术研究计划(11JCYBJC27400)。
发明领域
本发明涉及间充质干细胞领域,尤其是间充质干细胞的趋化标记物及其功能调节。
背景技术
CD26
CD26是高度保守的II型糖蛋白,目前已在20多个物种中发现。其膜结合形式属于脯氨酰寡肽酶家族。相比于该家族其它成员包含一个7叶螺旋桨结构域而言,CD26具有独特的8叶螺旋桨结构域(参见H.Hiramatsu等,Biochemical and Biophysical ResearchCommunications,302:849-854,2003)。CD26的编码基因可参见NCIB ID 1803。
CD26又名二肽基肽酶IV(Dipeptidyl peptidase IV,DPPIV),具有丝氨酸蛋白酶的酶切活性,其单体所包含的766个氨基酸,可划分为5个区域:C端催化结构域(522-766)、半胱氨酸富含区(324-551)、高度糖基化区(29-323)、跨膜区(7-28)、胞内区(1-6)。目前已经发现DPPIV的多种底物,比如基质细胞衍生因子-1α(SDF-1α)和G-CSF。
CD26还被称为ADA结合蛋白,因为其能结合腺苷酸脱氨酶(ADA),作为T细胞共刺激分子发挥作用。
间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)
间充质干细胞因能分化成间质组织而得名,是一类具有自我更新和多向分化能力的成体干细胞。特定条件下,间充质干细胞也可能实现跨胚层的组 织分化,其多向分化能力使得其有别于造血干细胞的单向分化。在体外特定的诱导条件下,可分化为脂肪、软骨、骨、肌肉、肌腱、神经、肝、心肌、胰岛β细胞和内皮等多种组织细胞,连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能。不论是自体还是同种异源的间充质干细胞,一般都不会引起受体的免疫反应。
间充质干细胞最早在骨髓中发现,随后还发现具有相同功能特征的间充质干细胞广泛存在于人体发生、发育过程的许多种组织中。2006年国际细胞治疗协会(ISCT,theInternational Society for Cellular Therapy)确定的间充质干细胞鉴定标准是:
-在塑料培养皿内贴壁生长,在血清培养基中高度增殖;
-表达间充质相关抗原CD105,CD73和CD90;
-不表达造血细胞和内皮细胞相关抗原CD45、CD34、CD14、CD11b、CD79a和CD19b;
-体外分化成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞。
目前已能从骨髓、脂肪、滑膜、骨骼、肌肉、肺、肝、胰腺以及羊水、脐带血、胎盘等多种组织中分离和制得间充质干细胞。
间充质干细胞能定向迁移到肿瘤细胞、损伤组织和细胞,因此,一直是肿瘤治疗、以及骨组织、心肌、脑组织的损伤修复等领域的热点。间充质干细胞也是造血微环境的原始细胞,在移植造血领域具有很好的应用前景。
在间充质干细胞趋化其它细胞的迁移方面,霍思维等人(人胎盘间充质干细胞对脐血CD34+细胞迁移能力的影响,中国科学:生命科学,2010,40(5):399-407)发现,胎盘间充质干细胞能分泌多种造血因子和黏附因子,他们由此怀疑并随后证实了其对脐血CD34+细胞具有迁移作用,而且还证实,胎盘间充质干细胞比SDF-1对CD34+细胞有更强的趋化迁移作用,这是与胎盘间充质干细胞表达多种细胞因子密不可分的。计流等(间充质干细胞通过旁分泌效应激活心脏干细胞迁移,湖北医学院学报,2012,第4期)报道了间充质干细胞对心脏干细胞具有趋化迁移作用。
但迄今为止,未发现关于间充质干细胞趋化其它细胞的能力如何调节的报道。
发明概述
本发明人是首次发现,表达在间充质干细胞表面的CD26分子可以作为间充质干细胞趋化能力的标志物,通过调节间充质干细胞表面的CD26分子的水平或其酶活性,可以改变间充质干细胞的趋化能力,从而为进一步的应用提供益处。
具体地,在本发明的一个方面,涉及体外处理间充质干细胞的方法,其通过抑制间充质干细胞表面的CD26分子来增强所述干细胞的趋化能力。在一个实施方案中,所述抑制是用CD26抑制剂来实现。本领域已知的CD26抑制剂包括核酸水平的抑制剂、蛋白水平的抑制剂、以及生物活性水平的抑制剂,核酸抑制剂例如CD26-shRNA、CD26-siRNA等,本领域技术人员可以基于CD26的序列信息设计出相应的抑制剂序列;核酸抑制也可采用基因敲除实现,如TALEN、CRISPR/cas9等基因敲除技术;蛋白抑制剂例如特异性抗体;生物活性抑制剂例如酶抑制剂,诸如DiprotinA、DiprotinB、西格列汀、沙格列汀、维格列汀、利格列汀、阿格列汀等,优选DiprotinA。
相应地,本发明另一方面涉及上述CD26抑制剂在增强间充质干细胞的趋化能力方面的用途。为此,可以将上述的CD26抑制剂直接用作间充质干细胞趋化增强剂或者用于制备间充质干细胞趋化增强剂。
本发明又一方面涉及筛选或分选间充质干细胞的方法,通过以CD26作为标志物来筛选或分选趋化能力强的间充质干细胞。可以通过流式细胞术或磁珠来进行所述的筛选或分选。在筛选或分选过程中,可以采用CD26检测剂,如抗CD26抗体。所述的CD26检测剂如抗CD26抗体还可以用于检测间充质干细胞的趋化能力。一或多种CD26检测剂可以以试剂盒的形式出现,用于筛选或分选间充质干细胞。
本发明又一方面涉及促进造血干细胞移植的方法,是选用CD26―间充质干细胞或经CD26抑制剂处理的未经分选的间充质干细胞、或经CD26抑制剂处理的CD26+间充质干细胞,与造血干组细胞联合移植。为此,将用到间充质干细胞(优选CD26―间充质干细胞),尤其是联合用到CD26抑制剂和间充质干细胞两者。相应地,本发明涉及间充质干细胞(优选CD26―间充质干细胞)、或者CD26抑制剂与间充质干细胞的组合在制备造血干细胞移植促进剂方面的用途。
本发明所述的间充质干细胞优选是人的间充质干细胞。
附图说明
图1显示FL-MSCs,FBM-MSCs和PL-MSCs趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞的能力。
图2显示流式细胞术检测不同造血组织来源的间充质干细胞CD26的表达。A:FL-MSCs B:FBM-MSCs C:PL-MSCs。纵轴:细胞计数。
图3显示Diprotin A抑制CD26能增强FL-MSCs、FBM-MSCs和PL-MSCs趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞的能力。
图4显示流式细胞仪分选CD26—和CD26+两群细胞的结果。
图5显示shRNA使得MSCs的CD26表达水平降低。
发明详述
本文中,CD26、DPPIV、ADA结合蛋白是可互换的术语,它们表示相同的含义。相应地,“CD26抑制剂”可替换为“DPPIV抑制剂”、或“ADA结合蛋白抑制剂”。同样地,“CD26检测剂”可替换为“DPPIV检测剂”、或“ADA结合蛋白检测剂”。
本文中,“CD26抑制剂”是指抑制CD26分子的表达或活性、或者破坏或封闭CD26分子本身的物质,例如小分子、核酸、核酸类似物、蛋白、抗体、肽、适配体或其变体或片段。具体地,抑制CD26分子的表达可以通过多种核酸试剂来进行,例如RNAi试剂,诸如siRNA、shRNA、miRNA、dsRNA或核酶或其变体等等,又例如基因敲除剂或基因敲低剂,如TALEN(“转录激活物样效应物与核酸酶的融合提”,其通过在细胞DNA中产生靶向性双链断裂而产生特定的遗传修饰)、CRISPR/cas9等。抑制CD26分子的活性,例如酶活性,可以用到酶抑制剂,例如DiprotinA(Ile-Pro-Ile,Sigma Cat.I9759)、DiprotinB(Val-Pro-Leu,ApexBioCat.C43631)、西格列汀(Januvia,MK-0431,Merck&Co,La Jolla,CA)、沙格列汀(Onglyza,BSM-477118,Bristol-Myers Squibb,New York,NY)、维格列汀(Zomelsis,LAF237,Novatis,Basel,Switzerland)、利格列汀(Linagliptin,BI-1356,BoehringerIngelheim,Ingelheim,Germany)、阿格列汀(Alogliptin,SYR-322,Takeda Pharmaceutical Company,Osaka,Japan)等等。破坏或者封闭CD26分子本身,例如细胞表面表达的CD26分子,可以用到小分子化合物,或者特异性抗CD26的抗体,如单克隆抗体,或其各种活性片段。
本文中,“CD26检测剂”是指检测CD26的表达水平或CD26的酶活性的试剂。例如,抗CD26抗体(尤其是单克隆抗体),CD26的酶活性底物,等等。所述抗体例如是单克隆抗体。优选地,所述抗体带有标记,如荧光标记、化学发光标记、放射性核素标记等等。
本文中,“间充质干细胞的趋化能力”是指间充质干细胞趋化其它细胞、使其它细胞迁移的能力,“间充质干细胞趋化增强剂”是指使间充质干细胞的上述趋化能力增强的物质。已知的能被间充质干细胞趋化的细胞例如有,脐血CD34+细胞(霍思维等,同上)、心脏干细胞(计流等,同上)。
本发明人以脐血CD34+细胞为例,首次研究了间充质干细胞趋化其它细胞的能力的调节机制。已知在造血细胞中CD34分子选择性地表达于人类及其他哺乳动物的造血干/祖细胞(hematopietic stem/progenitor cell,HSC/HPC)表面,并随细胞的成熟逐渐减弱至消失。
本发明人首先检测了不同胎儿组织来源的间充质干细胞对脐带血CD34+细胞的趋化能力。结果发现,胎儿肝脏来源的间充质干细胞(FL-MSCs)、胎儿骨髓来源的间充质干细胞(FBM-MSCs)、以及胎盘来源的间充质干细胞(PL-MSCs),与单纯的SDF-1试剂相比,分别具有其60%,70%和51%的趋化能力。然后,本发明人检测了这些间充质干细胞上CD26分子的表达,发现趋化能力最强的FBM-MSCs具有相对最少的CD26表达,趋化能力最弱的PL-MSCs具有相对最多的CD26表达。提示CD26的存在是不利于趋化的。为予以证实,本发明人用CD26抑制剂处理这些间充质干细胞后再次测试了趋化能力。结果证实了之前的猜测:经同样的抑制处理,原本CD26表达水平最高的PL-MSCs释放出了最多的趋化能力,表现为与未处理组相比的98%增长,而原本CD26表达水平最低的FBM-MSCs释放出的趋化能力最少,表现为与未处理组相比仅16%的增长。
为了进一步研究CD26对间充质干细胞趋化其它细胞的能力的影响,本发明人取趋化功能居中的FL-MSCs,分析了其细胞群体中CD26表达分布。发现只有35.5%的细胞表达CD26。通过分选出CD26―细胞群和CD26+细胞群,发现它们的趋化能力确有差别,其中CD26+细胞趋化能力是CD26-细胞的2倍以上。再进一步用CD26抑制剂处理CD26+细胞群,不意外地观察到趋化能力的增强。
因此,本发明人确认,CD26分子是间充质干细胞趋化其它细胞的能力的负调节因子,其存在可以抑制所述趋化能力,其封闭或敲除或活性抑制可以解除对所述趋化能力的抑制。因此,也可以把CD26分子的存在视作间充质干细胞趋化能力的标志,通过用CD26检测剂,例如抗CD26抗体,检测CD26分子的存在,以及细胞群体中CD26+细胞的比例,来判断单个间充质干细胞或者一群间充质干细胞的趋化能力。
已有人尝试了间充质干细胞与造血干祖细胞的联合移植。在本发明的教导下,可以进一步先将间充质干细胞用CD26抑制剂处理,或者,先分选出CD26―的间充质干细胞群体,再进行联合移植,从而更有利地发挥对其它细胞的趋化作用。
实施例
实施例1 不同MSCs的趋化能力
以脐带血CD34+细胞作为MSCs的趋化对象的例子,研究不同MSCs的趋化能力。
细胞:MSCs是将本所液氮冻存的细胞复苏并传代后备用,其原始来源是临床自然流产的胎儿,均获得了孕妇的知情同意。CD34+造血干祖细胞是从临床取脐带血(天津市中心妇产科医院健康自愿产妇,样品获取均获得知情同意),经磁珠分离(德国美天旎公司,Cat.130-046-702),再通过染色(CellTraceTMCFSE,Life Technologies Cat.C34554)进行标记。
对照:用含1%双抗(链霉素、卡那霉素)和10%FBS的DMEM/F-12(Gibco)趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞作为空白对照,用趋化因子SDF-1α(Peprotech Cat#300-28B)趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞作为阳性对照。
Transwell非接触共培养实验:按1X105/孔在24孔板中培养MSCs过夜,至95%汇合。然后,将Transwell插入式细胞培养皿(3μm,Millipore)置于上述24孔板中。在上室中按1X105/孔加入经CFSE染色的CD34+细胞。4小时后取出所述上室,荧光显微镜下拍照,计数趋化到下室中的CD34+细胞数。
结果:以阳性对照组(SDF-1α)的趋化效果为100%,得出FL-MSCs、FBM-MSCs和PL-MSCs的相对趋化效果分别为60%,70%和51%(图1)。
实施例2 MSCs的CD26表达
用荧光标记的CD26单克隆抗体通过流式细胞术来分析MSCs的CD26表达。
取2×105个MSCs细胞悬浮在100μl PBS中,加入鼠抗人单克隆抗体anti-CD26-FITC(eBioscience,Cat.11-0269,克隆号2A6);室温避光孵育15min,2ml PBS洗1次,用400ulPBS重悬细胞;用BD CantoII流式细胞仪检测细胞表面CD26分子的表达,用FlowJo7.6软件分析流式检测结果。
结果如图2所示,不同造血组织来源的MSCs表达CD26/DPPIV分子的细胞所占比例存在明显差异,FL-MSCs中CD26+细胞率为24.52±10.84%(n=4),FBM-MSCs为8.39±6.11%(n=4),PL-MSCs为41±4.65%(n=3),以PL-MSCs中的CD26+细胞比例最高。
实施例3 DPPIV酶活性抑制对MSCs趋化能力的影响
MSCs先用CD26抑制剂(DiprotinA,Sigma Cat.I9759)处理,再测试趋化活性。
对照:空白对照和阳性对照同实施例1,实验对照是未经DiprotinA处理的MSCs趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞。
实验步骤:24孔板按1X105/孔接种并培养MSCs,过夜培养至95%汇合。24小时后,加入终浓度为5mM的DiprotinA,避光、37℃孵育5小时。然后插入Transwell(3μm,Millipore)。在上室中按1X105/孔加入经CFSE染色的CD34+细胞。4小时后取出所述上室,荧光显微镜下拍照,计数趋化到下室中的CD34+细胞数。
结果:
Diprotin A不影响空白对照组对脐带血来源CD34+造血干祖细胞的趋化作用。用Diprotin A处理的FL-MSCs,FBM-MSCs和PL-MSCs与各自的实验对照组细胞相比,趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞的能力都明显增强,其中Diprotin A抑制DPPIV酶活性后,PL-MSCs趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞的能力增强最为明显。
如图3所示,以各自的实验对照组细胞的趋化能力为比较对象,Diprotin A抑制DPPIV酶活性后,FL-MSCs,FBM-MSCs和PL-MSCs趋化脐带血来 源CD34+造血干祖细胞的能力分别提高了36%,16%和98%。
在此基础上,选取CD26阳性细胞比例最高的PL-MSCs进行三次独立重复实验,三次实验结果趋势一致(表1)。Diprotin A抑制CD26分子后,能够明显提高PL-MSCs趋化脐带血来源CD34+造血干祖细胞的能力。
表1.DiprotinA后PL-MSCs趋化能力的影响
表中数值表示被MSCs与空白对照相比趋化能力提高的倍数,处理后细胞的趋化能力提高与未处理细胞的差异有统计学意义P<0.05(n=3)。
实施例4 CD26—和CD26+MSCs趋化能力的比较
选取培养至第六代的FL-MSCs,用BD AriaIII流式细胞分选仪分选为CD26-和CD26+两群细胞。24孔板每个孔中铺1×105FL-MSCs,培养过夜。结果显示,分选前FL-MSCs CD26+细胞比例为35.5%,分选后FL-MSCs CD26+细胞群中CD26+细胞比例大于90%,FL-MSCs CD26—细胞群中CD26+细胞的比例低于2%。
两个群都按1X105/孔来加入脐带血来源的CD34+造血干祖细胞,如实施例1所述进行Transwell实验。结果发现,CD26—群间充质干细胞的趋化CD34+造血干祖细胞的能力是CD26+群间充质干细胞的2.37倍。可见,CD26 —FL-MSCs对脐带血来源CD34+造血干祖细胞的趋化能力明显强于CD26+FL-MSCs。
对趋化能力偏弱的CD26+FL-MSCs,进一步用Diprotin A处理。再用实施例3所述Transwell非接触共培养实验检测Diprotin A处理后的CD26+MSCs的趋化能力。结果发现,在接种1X105个细胞/孔CD34+细胞的情况下,经DiprotinA处理后的CD26+MSC趋化CD34+细胞的能力与未经处理的CD26+MSC相比提高了1.6倍。可见,Diprotin A抑制了CD26分子后,能够明显提高CD26+MSCs的趋化能力。
实施例5 CD26-shRNA抑制MSC中CD26
针对CD26核酸序列的三个不同目标位置设计shRNA,从吉凯公司(上海,中国)分别购买携带CD26-shRNAs(货号X-GWDD62483)及对照非特异shRNA(货号CON207)的慢病毒载体。具体核酸碱基序列见下表2:
ID | 目标序列信息: |
DPP4-RNAi(10735) | CCAATTTAACGACACAGAA |
DPP4-RNAi(10736) | AGAAGACAACCTTGACCAT |
DPP4-RNAi(10737) | AATGCAACTTCCATACAAA |
CON207 | TTCTCCGAACGTGTCACGT |
按常规方法在293T细胞中分别包装上述慢病毒载体,所获得的慢病毒分装保存于-80C冰箱,用于后续操作。
将CD26+FL-MSCs铺于6cm培养皿中,按常规方法将上述CD26-shRNA及对照-shRNA的慢病毒加入培养皿中,分别感染CD26+FL-MSCs,每种shRNA对应一个培养皿,以不加shRNA的细胞作为空白对照。感染8小时后,细胞换用含1%双抗(链霉素、卡那霉素)和10%FBS的DMEM/F-12(Gibco)的培养基,继续培养96h后收获细胞,提取RNA,逆转录后,进行CD26基因特征性定量PCR,以筛选能有效抑制CD26表达的shRNA,所用CD26基因特异的引物序列为:
Q-HsCD26-F1CGTTCACTTTCAGCAGTCAGC
Q-HsCD26-R1 TGCTGTGCTGCTAGCTATTCC
结果见图5。三种shRNAs都抑制了CD26的表达。参照实施例4可知,这种CD26的表达水平的不同会影响MSCs的趋化能力。
Claims (8)
1.CD26抑制剂在制备间充质干细胞趋化增强剂方面的用途,所述间充质干细胞趋化增强剂是指使间充质干细胞趋化其它细胞、使其它细胞迁移的能力增强的物质。
2.权利要求1的用途,其中的CD26抑制剂是Diprotin A。
3.筛选或分选间充质干细胞的方法,其用CD26―作为标记来筛选或分选趋化能力强的间充质干细胞,所述趋化能力是指间充质干细胞趋化其它细胞、使其它细胞迁移的能力。
4.CD26检测剂在制备用于筛选或分选趋化能力增强的间充质干细胞的试剂盒中的用途,所述趋化能力是指间充质干细胞趋化其它细胞、使其它细胞迁移的能力。
5.CD26检测剂在检测间充质干细胞趋化能力方面的用途,所述趋化能力是指间充质干细胞趋化其它细胞、使其它细胞迁移的能力。
6.CD26抑制剂和间充质干细胞组合用于制备造血干细胞移植促进剂的用途。
7.权利要求6的用途,其中的CD26抑制剂是Diprotin A。
8.CD26―间充质干细胞用于制备造血干细胞移植促进剂的用途。
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CN105624104A (zh) | 2016-06-01 |
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