尹素娟, 張榮華, 朱曉峰, 王攀攀, 楊 麗△
(暨南大學1藥學院,2附屬第一醫(yī)院,廣東 廣州 510632)
rhTGF-β1對SD大鼠MSCs骨向分化的影響及機制研究*
尹素娟1, 張榮華1, 朱曉峰2, 王攀攀2, 楊 麗1△
(暨南大學1藥學院,2附屬第一醫(yī)院,廣東 廣州 510632)
目的:通過觀察重組人轉(zhuǎn)化生長因子β1(rhTGF-β1)對大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞(MSCs)增殖和骨向分化能力的影響,以及對骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)、Smad4及核心結(jié)合因子α1(Cbfa1)的作用,闡釋其對MSCs骨向分化影響以及可能的作用機制。方法:用全骨髓貼壁法分離、純化SD大鼠MSCs;用MTT法檢測0、5、10、20、40、80和100 μg/L rhTGF-β1對MSCs增殖活性的影響;以堿性磷酸酶(ALP)活性及ALP染色陽性率確定rhTGF-β1的最佳促MSCs骨向分化濃度,并以該濃度對MSCs骨向分化進行干預。按是否添加經(jīng)典成骨誘導液將實驗分為:正常組、經(jīng)典組、rhTGF-β1組和rhTGF-β1+經(jīng)典組。通過檢測ALP、I型膠原、骨鈣素表達和鈣化結(jié)節(jié)的數(shù)目,評價各組骨向分化能力;通過檢測BMP-2、Smad4和Cbfa1 mRNA的表達,評價各組促MSCs骨向分化的可能作用機制。結(jié)果:rhTGF-β1最佳促MSCs增殖濃度為10 μg/L,最佳促MSCs骨向分化濃度為5 μg/L。經(jīng)典組、rhTGF-β1組和rhTGF-β1+經(jīng)典組均能促進MSCs骨向分化,刺激BMP-2分泌,并上調(diào)Smad4和Cbfa1 mRNA的表達,且rhTGF-β1對MSCs成骨分化的早期、中期效果好,而rhTGF-β1+經(jīng)典組對MSCs成骨分化的晚期效果更為明顯。結(jié)論:經(jīng)典組、rhTGF-β1組和rhTGF-β1+經(jīng)典組均有促MSCs骨向分化的作用,其機制可能是促進BMP-2的分泌,通過TGF-β超家族/Smads信號通路調(diào)控骨向分化。
骨髓間充質(zhì)干細胞;成骨分化;轉(zhuǎn)化生長因子
骨髓間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是在骨髓中發(fā)現(xiàn)的一種起源于中胚層,具有自我復制和多向分化潛能的非造血干細胞。影響MSCs骨向分化的細胞因子主要包括:轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)、堿性成纖維細胞生長因子、血管內(nèi)皮細胞生長因子、腫瘤壞死因子、胰島素樣生長因子等,其中以TGF-β和BMPs報道較多。本實驗通過觀察重組人轉(zhuǎn)化生長因子β1(recombinant human tansforming growth factor β1,rhTGF-β1)的促 MSCs骨向分化能力,及觀察其在促MSCs骨向分化過程中對BMP-2、Smad4和核心結(jié)合因子α1(core binding factor α1,Cbfa1)表達的影響,闡釋其可能的作用機制。
1 材料
1.1 動物 清潔級3月齡SD雌性大鼠5只,體重(230±10)g,由中山大學實驗動物中心提供(合格證號為粵監(jiān)證字2005A010)。
1.2 實驗藥物及試劑 rhTGF-β1(Cell Science公司分裝),L-DMEM培養(yǎng)基(Gibco),地塞米松、β-甘油磷酸鈉和維生素 C(Sigma),堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)檢測試劑盒(南京建成生物工程研究所),大鼠I型膠原(type I collagen,Col I)ELISA試劑盒(美國ADL診斷實驗室),骨鈣素(bone Gla protein,BGP)放射免疫分析藥盒(解放軍總醫(yī)院科技開發(fā)中心放免所),Rat BMP-2 ELISA試劑盒(R&D),TaKaRa SYBR? ExScriptTMRT PCR Kit(Perfect Real Time)試劑盒(大連寶生物工程有限公司)。
2 方法
2.1 rhTGF-β1的制備 使用低糖無血清培養(yǎng)基將rhTGF-β1分別溶解至終濃度為1 mg/L,0.22 μm微孔過濾器過濾除菌,無菌條件下分裝,-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>
2.2 經(jīng)典成骨誘導液的配制 取10-8mol/L地塞米松、10 mmol/L β-甘油磷酸鈉、50 μmol/L維生素C、10%胎牛血清,無菌條件下用高糖DMEM定容至100 mL,充分混勻,4℃保存。
2.3 MSCs的分離、培養(yǎng)及傳代 采用全骨髓貼壁法分離大鼠MSCs,接種24 h后首次半量換液,之后每3 d換液1次。待細胞達到80% ~90%融合后,以1∶2比例傳代,并建立大鼠MSCs穩(wěn)定分離培養(yǎng)體系與鑒定[1]。
2.4 rhTGF-β1促MSCs增殖最佳濃度的確定 采用MTT法,取第3代MSCs以1×104cells/well接種于96孔板,設(shè)置空白組(既無細胞也無藥物)、對照組(有細胞但未加藥物),rhTGF-β1組6個濃度組,共8個組,每組6個復孔。待細胞接種24 h后,換入無血清培養(yǎng)基,24 h細胞周期同步化后,分別添加無血清培養(yǎng)基及rhTGF-β1,使其終濃度為0、5、10、20、40、80和100 μg/L,每孔終體積200 μL。培養(yǎng)板置于37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)。72 h后,每孔加入5 g/L的MTT 20 μL/well,置37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中孵育4 h后,棄去上清液,加DMSO 150 μL/well,微孔振蕩器振蕩10 min使甲臜充分溶解,酶標儀測吸光度(A)值,波長490 nm。
2.5 rhTGF-β1促MSCs骨向分化最佳濃度的確定第3代MSCs以5×107cells/L的密度接種于24孔板,設(shè)置空白組(既無細胞也無藥物)、對照組(有細胞但未加藥物)和rhTGF-β1組6個濃度組,共8個組,每組5個復孔。待細胞接種24 h后,換入無血清培養(yǎng)基,24 h細胞周期同步化后,再加入藥物及完全培養(yǎng)基,使藥物終濃度分別為0、5、10、20、40、80和100 μg/L,每孔終體積1 mL。培養(yǎng)板置于37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)。每3 d換液1次,連續(xù)干預14 d。第14天取細胞上清液,檢測其ALP含量;并將每孔進行ALP染色,光鏡下隨機取10個非重疊視野,高倍鏡下記數(shù)ALP陽性細胞和總細胞數(shù),計算陽性染色率。綜合上述2種方法檢測的ALP進行統(tǒng)計學分析,以確定rhTGF-β1最佳的促MSCs骨向分化濃度。
2.6 實驗分組 本實驗分為4個組,分別如下:空白組(N group):含10%FBS的L-DMEM完全培養(yǎng)液;經(jīng)典組(C group):含10%FBS的L-DMEM完全培養(yǎng)液+經(jīng)典成骨誘導劑;rhTGF-β1組(T group):含10%FBS的L-DMEM培養(yǎng)液+5 μg/L rhTGF-β1; rhTGF-β1+經(jīng)典組(T+C group):含10%FBS的L-DMEM完全培養(yǎng)液+經(jīng)典成骨誘導劑+5 μg/L rhTGF-β1。
2.7 指標檢測
2.7.1 ALP活性 第3代MSCs以5×107cells/L接種于24孔板,共6組,每組6個復孔。待細胞接種24 h后,換入無血清培養(yǎng)基,待細胞周期同步化24 h后加藥,每3~4 d換液1次,連續(xù)干預14 d。干預期間分別取3、7、10和14 d細胞上清液,-20℃保存,標本收集齊后按照ALP試劑盒說明檢測ALP活性。
2.7.2 Col I和BGP釋放量 按上述分別取7、14和21 d細胞上清液,-20℃保存,樣本收集齊后,按Rat Col I ELISA試劑盒和BGP放射免疫分析藥盒說明操作進行檢測。
2.7.3 體外鈣化能力 第3代MSCs以1×108cells/L接種于預先置有小蓋玻片的6孔板中,共6組,每組3個復孔。處理同上,每孔終體積2.5 mL。每3 d換液1次,連續(xù)干預21 d。第21天將每組細胞棄培養(yǎng)液,PBS清洗后,95%乙醇固定30 min,再用0.1%茜素紅染色30 min,清水沖洗。低倍鏡(× 40)下進行鈣化結(jié)節(jié)計數(shù),每孔細胞隨機計數(shù)10個視野的鈣化結(jié)節(jié)數(shù)。
2.7.4 BMP-2釋放量 分別取第3代MSCs各組誘導的細胞上清液,其中rhTGF-β1加藥量為5 μg/L,加藥3 d后取上清液,于7、14和21 d取細胞上清液,-20℃保存,樣本收集齊后,分別按照Rat BMP-2 ELISA試劑盒說明進行檢測。
2.7.5 對Smad4和Cbfa1 mRNA表達 采用熒光定量PCR技術(shù)檢測誘導后各組細胞Smad4和Cbfa1 mRNA的表達:取第3代MSCs以1×108cells/L接種于6孔板,每組6個復孔,共6組。待細胞接種24 h后,換入無血清培養(yǎng)基,待細胞周期同步化24 h后加藥,每3 d換液加藥1次,連續(xù)干預7 d后采用Trizol法提取各組總RNA,按逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說明程序進行反轉(zhuǎn)錄。引物設(shè)計和合成:根據(jù)GenBank注冊的大鼠 β-actin、Smad4和 Cbfa1基因序列,利用軟件Premier 5.0設(shè)計上述基因的熒光定量PCR引物,由上海英駿生物技術(shù)有限公司合成,設(shè)計引物序列(表1)。按照SYBR? Premix Ex TaqTMII(Tli RNaseH Plus)說明,RT-PCR反應體系為:cDNA模板2.5 μL,ddH2O 8.0 μL,SYBR Green PCR Mix 12.5 μL,上游引物(10 mmol/L)0.5 μL,下游引物(10 mmol/L)0.5 μL,總體系為25.0 μL。反應條件為:95℃ 5 s,59℃ 30 s,30個循環(huán),同時做55~95℃溶解曲線。
表1 β-actin、Smad4和Cbfa1引物序列Table 1.The primer sequences of β-actin,Smad4 and Cbfa1
3 統(tǒng)計學處理
采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件處理,組間比較運用單因素方差分析,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差(mean±SD)表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
1 rhTGF-β1促MSCs增殖的最佳濃度
不同濃度rhTGF-β1對大鼠MSCs增殖結(jié)果表明,10 μg/L rhTGF-β1A值高于對照組(P<0.05),其余各組與對照組比較無顯著差異(P>0.05),見圖1。
Figure 1.Effect of different concentrations of rhTGF-β1on the proliferation of MSCs.Mean±SD.n=8.*P<0.05 vs 0 μg/L.圖1 不同濃度rhTGF-β1對大鼠MSCs增殖的影響
2 rhTGF-β1促MSCs骨向分化最佳濃度
2.1 ALP活性 ALP活性結(jié)果顯示,5 μg/L rhTGF-β1組ALP活性高于對照組及其它濃度組(P<0.01),而其它濃度組與對照組比較無顯著差異(P>0.05),同時,其它濃度組與5 μg/L rhTGF-β1比較,其ALP活性顯著下降(P<0.01),說明7個濃度梯度中5 μg/L rhTGF-β1促MSCs分泌ALP能力最強,見圖2。
Figure 2.Effect of different concentrations of rhTGF-β1on ALP activity in MSCs.Mean±SD.n=8.**P<0.01 vs 0 μg/L;△△P<0.01 vs 5 μg/L.圖2 不同濃度rhTGF-β1對ALP活性的影響
2.2 ALP染色 ALP染色陽性率的結(jié)果顯示,各濃度rhTGF-β1均能提高ALP染色陽性率,其中以5 μg/L rhTGF-β1ALP染色陽性率最高(P<0.01),說明7個濃度梯度中5 μg/L rhTGF-β1促ALP陽性表達的能力最強,見圖3。
Figure 3.Effect on different concentrations of rhTGF-β1on the positive staining of ALP in MSCs.Mean±SD.n=8.**P<0.01 vs 0 μg/L;△P<0.05,△△P<0.01 vs 5 μg/L.圖3 不同濃度rhTGF-β1對ALP染色陽性率的影響
3 rhTGF-β1對骨向分化指標的影響
3.1 ALP活性 ALP活性結(jié)果顯示,3 d時C組、T組和T+C組的ALP值均顯著高于N組(P<0.01); 7 d時T組的ALP活性高于N組(P<0.05);10 d時C組、T組和T+C組的ALP活性高于N組(P<0.05),其中T組最為明顯(P<0.01);14 d時T組和T+C組的ALP活性高于N組(P<0.05),說明rhTGF-β1具有很好的促ALP分泌的功效,見表2。
表2 rhTGF-β1對ALP活性的影響Table 2.Effect of rhTGF-β1on activity of ALP(King unit.Mean±SD.n=6)
3.2 Col I水平 提取細胞培養(yǎng)上清液檢測Col I含量,結(jié)果顯示,7 d和14 d時C組和T組的Col I水平均高于N組,其中T組Col I水平高于N組和T+C組(P<0.01),但與C組比無顯著差異;21 d時T組的Col I水平顯著低于C組(P<0.01),說明rhTGF-β1對Col I的影響在早、中期具有很好的促進作用,見表3。
3.3 BGP水平 提取細胞上清液,檢測BGP含量,結(jié)果顯示,7 d時C組、T組和T+C組的BGP水平均顯著高于N組(P<0.05);14 d時C組和T+C組的BGP水平均顯著高于N組(P<0.05);21 d時C組和T組的BGP水平顯著高于N組(P<0.05),見表4。
表3 rhTGF-β1對各組Col I表達量的影響Table 3.Effect of rhTGF-β1on ColⅠ expression(mg/L.Mean ±SD.n=4)
3.4 體外鈣化能力 各組鈣化結(jié)節(jié)圖見圖4。第21天檢測各組鈣化結(jié)節(jié)數(shù)結(jié)果顯示,C組和T+C組鈣化結(jié)節(jié)數(shù)目均高于N組(P<0.05),且T組鈣化化結(jié)節(jié)數(shù)顯著低于C組(P<0.05),見表5。
表4 rhTGF-β1對BGP釋放量的影響Table 4.Effect of rhTGF-β1on BGP release(μg/L.Mean±SD.n=6)
Figure 4.Effect of rhTGF-β1on calcium nodes in MSCs of rats.A:N group(×200);B:C group(×100);C:T group(×100); D:T+C group(×100).圖4 rhTGF-β1對大鼠MSCs鈣化結(jié)節(jié)的影響
表5 rhTGF-β1對鈣化結(jié)節(jié)數(shù)目的影響Table 5.Effect of rhTGF-β1on calcium nodes(Mean±SD.n=30)
4 rhTGF-β1對BMP-2釋放的影響
BMP-2釋放結(jié)果顯示,7 d時C組、T組及T+C組的BMP-2水平均顯著高于N組(P<0.01),其中T組和T+C組顯著低于C組(P<0.01);14 d時C組、T組及T+C組的BMP-2水平顯著高于N組(P<0.05);21 d時T組及C組的BMP-2水平顯著高于N組(P<0.05),見表6。
表6 rhTGF-β1誘導BMP-2的表達量Table 6.Effect of rhTGF-β1on BMP-2 expression(ng/L.Mean±SD.n=6)
*P<0.05,**P<0.01 vs N;▲▲P<0.01 vs C.
5 rhTGF-β1對Smad4和Cbfa1 mRNA表達的影響
5.1 rhTGF-β1對Smad4 mRNA表達的影響 第7天檢測Smad4 mRNA表達的結(jié)果顯示,C組、T組和T+C組的 Smad4 mRNA均顯著高于 N組(P<0.05),其它組之間比較無顯著差異(P>0.05),見圖5。
5.2 rhTGF-β1對Cbfa1 mRNA表達的影響 第7天時Cbfa1 mRNA表達結(jié)果顯示,C組、T組和T+C組的Cbfa1 mRNA的表達均顯著高于N組(P<0.05),各誘導組之間比較無顯示差異(P>0.05),見圖6。
Figure 5.The expression of Smad4 mRNA in different groups.Mean±SD.n=4.*P<0.05 vs N.圖5 各組Smad4 mRNA的表達
Figure 6.The expression of Cbfa1 mRNA in different groups.Mean±SD.n=4.*P<0.05 vs N.圖6 各組Cbfa1 mRNA的表達
1 rhTGF-β1對MSCs骨向分化能力的影響
BMPs是TGF-β超家族中強有力的生長因子[2],其中BMP-2是目前已知的對骨形成作用很強的生長因子之一,是細胞外的骨基質(zhì)成分,具有特殊生物學活性[3],主要通過增加ALP活性、BGP和膠原蛋白合成及分泌而發(fā)揮多種細胞促分化作用[4-5],體外研究表明,通過上調(diào)BMP-2可以促進BMSCs的成骨分化[6]。體內(nèi)研究表明[7],BMP-2表達在去勢大鼠局部顯著降低,致使骨髓中許多可被BMP-2誘導成骨的基質(zhì)干細胞的增殖分裂明顯減少,骨小梁稀薄,認為體內(nèi)BMP-2含量的減少是其重要病理過程之一。同時,BMP-2能促進MSCs骨向分化,在臨床上已經(jīng)作為提高骨愈合的輔助治療[8-9]。研究表明,通過上調(diào)TGF-β1的表達,可以促進rBMSCs向成骨細胞分化[10]。本實驗通過ALP活性和ALP染色對rhTGF-β1最佳促MSCs骨向分化濃度顯示,5 μg/L rhTGF-β1具有最佳的促MSCs骨向分化作用,并以此濃度作為MSCs進行骨向分化干預濃度。
實驗采用目前最為常用的成骨誘導培養(yǎng)液(含10-8mol/L地塞米松、10 mmol/L β-甘油磷酸鈉、50 μmol/L維生素C、10%胎牛血清)為陽性對照。其中,地塞米松可提高ALP的表達,調(diào)節(jié)成骨細胞分泌胰島素樣生長因子,促進細胞外基質(zhì)膠原的合成。β-甘油磷酸鈉能提供磷酸根離子,作為ALP作用的底物,誘導和激活ALP,產(chǎn)生磷酸根離子,促進有機磷向無機磷轉(zhuǎn)化,加速鈣鹽沉積;維生素C能夠促進膠原合成和基質(zhì)鈣化,調(diào)節(jié)ALP活性及非膠原基質(zhì)蛋白的合成。
rhTGF-β1對MSCs骨向分化能力研究顯示,成骨誘導劑能促進ALP、Col I、BGP的表達和鈣化結(jié)節(jié)的生成;rhTGF-β1在增加ALP和促Col I分泌方面效果顯著,其中ALP活性高于成骨誘導劑,但在促進BGP分泌和鈣化結(jié)節(jié)生成方面作用不明顯;而rhTGF-β1+成骨誘導劑增加ALP活性、促Col I分泌能力雖不如rhTGF-β1,但其14 d促BGP分泌與鈣化結(jié)節(jié)形成明顯高于rhTGF-β1,說明rhTGF-β1具有很好的促MSCs骨向分化能力,尤其是早期、中期效果明顯,而與成骨誘導劑聯(lián)合使用后,對MSCs骨向分化的晚期效果更為顯著,可能是rhTGF-β1與成骨誘導劑發(fā)生了一定相互作用。同時,成骨誘導劑、rhTGF-β1、rhTGF-β1+成骨誘導劑均能促進BMP-2的表達,說明rhTGF-β1具有很好的促進MSCs骨向分化能力。
2 rhTGF-β1對Smad4和Cbfa1 mRNA表達的影響
Smads分子是TGF-β超家族細胞因子在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)導信息的通道,Smad4作為Smads的公共遞質(zhì),作用在Smad家族成員中十分重要。Cbfa1是成骨細胞(osteoblasts,OB)分化和骨形成的關(guān)鍵調(diào)控因子,它作為Smad蛋白通路的下游因子,在OB分化過程中,通過調(diào)控OB特異性細胞外基質(zhì)蛋白基因的表達和OB周期參與OB的分化過程,它是骨形成過程中最早和最具特異性的標志。在核內(nèi),Smad異聚體復合物在其它DNA結(jié)合蛋白的參與下作用于特異性靶基因,再轉(zhuǎn)導至下游的Cbfal等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,并進一步激活成骨基因的表達,調(diào)節(jié) OB分化標志如ALP、BGP等的表達[11]。本實驗研究結(jié)果顯示,干預各組中Smad4和Cbfa1 mRNA的表達均高于空白組(P<0.05),各誘導組之間比較無顯著差異(P>0.05),說明各誘導組可能通過上調(diào)Smad4,從而通過TGF-β超家族/Smad4信號通路,進一步促進Cbfal mRNA的表達,啟動成骨基因,促進骨向分化指標ALP、BGP等的表達。
rhTGF-β1具有很好的促MSCs骨向分化能力,尤其是早期、中期效果明顯,而與成骨誘導劑聯(lián)合使用后,對MSCs骨向分化的晚期效果更為顯著,可能是rhTGF-β1與成骨誘導劑產(chǎn)生了一定相互作用。同時,通過上調(diào)TGF-β超家族/Smads信號轉(zhuǎn)導通路中Smad4以及Cbfa1 mRNA水平,對骨向分化起到了啟動和促進作用。
[1]楊 麗,張榮華,謝厚杰,等.建立大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞穩(wěn)定分離培養(yǎng)體系與鑒定[J].中國組織工程研究與臨床康復,2009,13(6):1064-1068.
[2]Hogan BL.Bone morphogenetic proteins:multifunctional regulators of vertebrate development[J].Genes Dev,1996,10(13):1580-1594.
[3]Khan SN,Bostrom MP,Lane JM.Bone growth factors[J].Orthop Clin North Am,2000,31(3):375-388.
[4]Spinella-Jaegle S,Roman-Roman S,F(xiàn)aucheu C,et al.Opposite effects of bone morphogenetic protein-2 and transforming growth factor-β1on osteoblast differentiation[J].Bone,2001,29(4):323-330.
[5]Guicheux J,Lemonnier J,Ghayor C,et al.Activation of p38 mitogen-activated protein kinase and c-Jun-NH2-terminal kinase by BMP-2 and their implication in the stimulation of osteoblastic cell differentiation[J].J Bone Miner Res,2003,18(11):2060-2068.
[6]王 瑒,李 正,王小娜,等.雷奈酸鍶通過上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的表達促進骨髓間充質(zhì)干細胞分化為成骨細胞[J].中國病理生理雜志,2012,28(3):404-408.
[7] 張 勇,馬 平,劉 健,等.去勢大鼠骨中BMP-2、BMP-7基因表達[J].第四軍醫(yī)大學學報,2000,21 (1):125-126.
[8]Rutherford RB,Nussenbaum B,Krebsbach PH.Bone morphogenetic protein 7 ex vivo gene therapy[J].Drug News Perspect,2003,16(1):5-10.
[9]Marcacci M,Kon E,Moukhachev V,et al.Stem cells associated with macroporous bioceramics for long bone repair:6-to 7-year outcome of a pilot clinical study[J].Tissue Engineering,2007,13(5):947-955.
[10]王小娜,李 正,王 瑒,等.TGF-β1在雷奈酸鍶促進大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化中的作用[J].中國病理生理雜志,2011,27(12):2357-2361.
[11]徐小良,戴克戎,湯亭亭.Smads及其相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子與骨形態(tài)發(fā)生蛋白誘導成骨的信號轉(zhuǎn)導[J].中國修復重建外科雜志,2003,17(5): 359-362.
Effects of rhTGF-β1on proliferation and osteogenic differentiation of MSCs in SD rats
YIN Su-juan1,ZHANG Rong-hua1,ZHU Xiao-feng2,WANG Pan-pan2,YANG Li
(1College of pharmacy,2The First Affiliated Hospital,Jinan University,Guangzhou 510632,China.E-mail:doctormonkey @126.com)
AIM:To investigate the effects of recombinant human transforming growth factor β1(rhTGF-β1) on the ability of proliferation and osteogenic differentiation of rat bone marrow mesenchymal stem cells(MSCs),as well as its effects on the expression of bone morphogenetic protein 2(BMP-2),Smad4 and core binding factor α1(Cbfa1).METHODS:SD rat MSCs were isolated and purified by the differential time adherent method.MTT assay was used to confirm the optimal concentration of rhTGF-β1for the proliferation of MSCs.The optimal concentration for differentiation of MSCs into osteoblast was also determined by observing the activity and positive staining of alkaline phosphatase.According to the different induction conditions,MSCs were divided into 4 groups:control group,classic group,rhTGF-β1group,and rhTGF-β1+classic group.Alkaline phosphatase,type I collagen,bone Gla protein and calcium nodes were detected to evaluate the osteogenic differentiation.BMP-2 was detected by ELISA and the mRNA expression of Smad4 and Cbfa1 was analyzed by real-time quantitative PCR.RESULTS:The optimal concentrations of rhTGF-β1for the proliferation of MSCs and for the osteogenic differentiation of MSCs were 10 and 5 μg/L,respectively.The MSCs in classical group and rhTGF-β1group were promoted to osteogenic differentiation,and the mRNA expression of BMP-2,Smad4 and Cbfa1 was increased.rhTGF-β1induced osteogenic differentiation of MSCs in the early and middle terms.However,in rhTGF-β1+ classic group,the osteogenic differentiation of MSCs was more obvious in the late term.CONCLUSION:The inductionconditions of classical group,rhTGF-β1group and rhTGF-β1+classical group promote the differentiation of MSCs by increasing BMP-2 secretion and starting the TGF-β superfamily/Smads signaling pathway to regulate the differentiation of MSCs.
Bone marrow mesenchymal stem cells;Osteogenic differentiation;Transforming growth factors
R363
A
10.3969/j.issn.1000-4718.2014.03.014
1000-4718(2014)03-0460-07
2013-12-04
2014-01-07
國家自然科學基金資助項目(No.81173619);暨南大學科研培育與創(chuàng)新基金青年基金資助項目(No.21611323)
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