李茜茹,邢 凱,蘇 月,李博宇,蘇運澤,王春偉,郭 勇,肖龍菲,齊曉龍,盛熙暉,倪和民,王相國*
(1.北京農(nóng)學院動物科學技術(shù)學院,北京 102206;2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第七師畜牧獸醫(yī)站,新疆烏魯木齊 830000)
胎盤是妊娠期間維持胎兒生長發(fā)育的器官,由胎盤滋養(yǎng)層細胞、毛細血管內(nèi)皮細胞及二者之間的基膜構(gòu)成[1]。早期絨毛組織中主要為滋養(yǎng)層細胞(Trophoblast Cell)[2],在胎盤發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。滋養(yǎng)層細胞在桑葚胚時期形成,后分化形成細胞滋養(yǎng)層細胞(Cytotrophoblast Cells)和絨毛外滋養(yǎng)層細胞(Extravillous Trophoblast Cells,ETCs)。細胞滋養(yǎng)層細胞繼續(xù)形成合體滋養(yǎng)層細胞,參與營養(yǎng)、分泌和代謝等過程[3];絨毛外滋養(yǎng)層細胞主要通過遷移和侵襲作用侵入子宮內(nèi)膜,在胚胎附植、血管重塑[4]及胎盤形成等方面均有重要作用。因此,滋養(yǎng)層細胞異常形態(tài)及功能障礙往往是導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局的誘因[5]。
王專家等[6]探索了綿羊多核絨毛膜滋養(yǎng)層細胞的體外分離培養(yǎng)方法并進行了細胞鑒定。趙志文等[7]采用聯(lián)合消化法對牦牛胎盤滋養(yǎng)層細胞進行分離純化,優(yōu)化培養(yǎng)體系。目前很多研究通過體外培養(yǎng)獲取該細胞后,繼續(xù)傳代培養(yǎng)依舊受到很大限制。端粒酶的過度表達與細胞癌變及細胞永生有關(guān)。有研究將人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(Human Telomerase Reverse Transcriptase,hTERT)基因?qū)胝<毎?,利用端粒酶異常表達,使細胞獲得旺盛的增殖能力[8]。這一研究為導(dǎo)入hTERT基因延長細胞生長周期提供了可能。本研究嘗試將外源hTERT基因?qū)朐LケP滋養(yǎng)層細胞,使其獲得更強的增殖能力,并通過多種方法鑒定其生物學特征,以獲得更有效的體外培養(yǎng)細胞,從而為后續(xù)實驗提供參考。
1.1 實驗材料 完整妊娠 45~60 d 健康牛子宮采自河北省大廠縣某屠宰場,妊娠時間根據(jù)胎兒的頂臀長度計算。
1.2 試劑與儀器 胎牛血清(杭州四季青公司),DMEM/F12 培養(yǎng)基(美國Hyclone 公司),Lipofectamine 2000(美國Invitrogen 公司),逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(日本Toyobo 公司),BCA 蛋白定量檢測試劑盒(北京Leagene 公司),兔抗牛角蛋白7 抗體、兔抗牛波形蛋白抗體、兔抗牛端粒酶抗體及兔抗牛E-鈣黏蛋白抗體均(美國Abcam 公司)。引物均由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成。
CO2恒溫細胞培養(yǎng)箱(美國Thermo 公司),熒光定量PCR 儀(美國ABI 公司),高速臺式離心機(德國Eppendorf 公司),凝膠成像儀(美國Alpha Inotech 公司)。
1.3 牛胎盤滋養(yǎng)層細胞分離培養(yǎng) 取妊娠45~60 d 的完整牛子宮低溫運輸至實驗室。清洗后在無菌環(huán)境下打開,取出完整胎盤放于含雙抗的DPBS 液中清洗。剪下胎盤子葉,浸入75%酒精15~30 s,立即放入新的DPBS 緩沖液內(nèi)清洗。處理好的胎盤組織剪碎至1~2 cm3置于細胞瓶內(nèi),于5% CO2、37℃培養(yǎng)箱內(nèi)放置1 h 后,顛倒觀察無脫落,向瓶內(nèi)補加含雙抗的20% DMEM/F12 完全培養(yǎng)基2 mL。于補液后24 h 和48 h 時進行細胞換液,之后每3 d 換液,至細胞爬出后進行純化傳代。棄去培養(yǎng)液,用DPBS 清洗后加入1 mL 胰蛋白酶,熱臺上放置1 min,細胞變圓有部分漂浮時加入完全培養(yǎng)基終止消化,移液槍輕吹至全部漂浮后移入離心管,1 500 r/min、5 min。棄上清,適量培養(yǎng)基重懸細胞,置入新培養(yǎng)瓶,培養(yǎng)箱內(nèi)靜置1 h,取上清液種入新培養(yǎng)瓶。
1.4pc1-neo-hTERT質(zhì)粒純化及鑒定 采用OMEGA 公司生產(chǎn)的Endo-free plasmid midi kit 按照說明書操作步驟進行質(zhì)粒提取。利用Nanodrop 2000 紫外分光光度計檢測質(zhì)粒的濃度和純度,分裝于-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>
引物hTERT-F:5'-TATGCTGTGGTCCAGAAGG-3';hTERT-R:5'-CAAGAAATCATCGACCAAACG-3'。將提取的pCI-neo-hTERT質(zhì)粒進行雙酶切鑒定,酶切體系:1 μL 10×限制性內(nèi)切酶緩沖液(Buffer H),0.5 μLEcoRI(12 U/μL),0.5 μLSalI(12 U/μL),0.25 μL BSA(10 mg/mL),4 μL DNA,3.75 μL ddH2O。渦旋儀充分混勻,37℃ 2 h,65℃ 10 min,加入2 μL 6×DNA 上樣緩沖液,進行瓊脂糖凝膠電泳分析。
1.5hTERT基因轉(zhuǎn)染牛胎盤滋養(yǎng)層細胞 確定新霉素(G418)最佳篩選濃度。第2 代牛胎盤滋養(yǎng)層細胞接種于24 孔板,生長至70%~80%,加入不同濃度G418(100、150、200、250、300、350、400 μg/mL)篩選培養(yǎng)基,每個梯度3 個重復(fù),培養(yǎng)基3 d 一換,選取2 周內(nèi)殺死所有細胞的最小濃度。采用Lipofectamine 2000 Regent 轉(zhuǎn)染試劑將pc1-neo-hTERT質(zhì)粒導(dǎo)入原代細胞,含最佳篩選濃度G418(300 μg/mL)的DMEM/F12 培養(yǎng)基,待2 周后對照孔細胞全部死亡,遞減G418濃度至獲得單克隆細胞。利用Western Blot 檢測hTERT基因表達情況。
1.6 免疫熒光檢測各組細胞角蛋白7(CK7)將滅菌蓋玻片置于6 孔板中,按1×105個細胞/孔接種,待細胞至70%~80%進行后續(xù)實驗。棄液后DPBS 洗3 次,4% 多聚甲醛固定,室溫30 min,0.1% TritonX-100 通透,室溫10 min,1% BSA-PBS 封閉,室溫30 min,棄液DPBS 充分清洗3 次,每次3 min,分別加入兔抗牛細胞角蛋白7 抗體(CK7,1:100)和兔抗牛波形蛋白抗體(Vim,1:100),4℃過夜。棄液DPBS 充分清洗,F(xiàn)ITC 標記的鼠抗兔IGg(1:50)避光孵育,室溫2 h,棄液DPBS 充分清洗,PI 染核10 min,棄液DPBS 充分清洗,用熒光顯微鏡拍照。
1.7 酶聯(lián)免疫檢測絨毛膜促性腺激素(CG)、胎盤催乳素(PL)收集細胞培養(yǎng)液,低溫離心,分裝保存于-20℃。實驗開始前將各試劑平衡至室溫,并充分混勻。設(shè)標準孔、空白孔、待測樣品孔,按照ELISA 試劑盒說明書進行CG、PL 檢測,均進行3 次重復(fù)。最后利用酶標儀在450 nm 波長測量各孔的光密度(OD 值)。
1.8 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用軟件Excel 2010 進行整理,對ELISA 檢測獲得的OD 值進行獨立樣本t檢驗,結(jié)果均以平均值表示。
2.1pc1-neo-hTERT質(zhì)粒鑒定pc1-neo-hTERT質(zhì)粒全長8 900 bp,hTERT基因片段長3 450 bp。利用EcoRI 和SalI 雙酶切,瓊脂糖凝膠電泳顯示酶切片段與預(yù)期大小一致(圖1),表明提取的質(zhì)粒確為pc1-neohTERT質(zhì)粒,且可用于細胞轉(zhuǎn)染。
圖1 雙酶切法鑒定pCI-neo-hTERT 質(zhì)粒
2.2 牛胎盤滋養(yǎng)層細胞形態(tài)觀察 顯微鏡下觀察培養(yǎng)的牛胎盤子葉組織塊,第7 天開始,組織塊周圍遷出細胞,細胞形態(tài)多樣,呈圓形、長梭形或不規(guī)則多邊形,分布不均勻(圖2-A);經(jīng)差速貼壁法純化后,大多數(shù)細胞輪廓清晰(圖2-B、C),細胞在低密度時出現(xiàn)偽足(圖2-D、E),密度增加至鋪滿后呈鋪路石狀,單層生長(圖2-F),均勻分布,為上皮樣細胞形態(tài)。觀察發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染前后細胞形態(tài)及生長狀態(tài)均無變化,表明轉(zhuǎn)染外源hTERT基因的牛胎盤滋養(yǎng)層細胞不受其影響。
圖2 原代牛胎盤滋養(yǎng)層細胞與轉(zhuǎn)染hTERT 基因細胞
2.3 轉(zhuǎn)染前后細胞特征鑒定 通過Western Blot 檢測,顯示hTERT基因轉(zhuǎn)染成功且能夠正常表達(圖3-A)。通過免疫熒光組化鑒定培養(yǎng)的原代牛胎盤滋養(yǎng)層細胞與轉(zhuǎn)染后細胞均表達CK7(圖3-B),且純化分離的細胞沒有成纖維細胞污染。
圖3 轉(zhuǎn)染前后細胞蛋白表達情況
2.4 轉(zhuǎn)染前后細胞表達功能檢測 通過酶聯(lián)免疫檢測方法對轉(zhuǎn)染后細胞與原代牛胎盤滋養(yǎng)層細胞中分泌的CG和PL 檢測結(jié)果顯示,與原代細胞的分泌水平差異不顯著(表1)。
表1 轉(zhuǎn)染前后細胞CG、PL 分泌情況
組織塊培養(yǎng)法和胰蛋白酶消化法是目前原代細胞獲取最常用的方法。Tzschoppe 等[9]采用胰蛋白酶-DNaseI酶聯(lián)合消化法獲得細胞懸液,又采用Percoll 密度梯度離心法獲得純度較高的人絨毛膜滋養(yǎng)層細胞。劉慧等[10]采用組織塊法獲得滋養(yǎng)層細胞,又用差速消化法獲得純度較高的綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細胞。王專家等[6]改良劉慧等[10]有關(guān)綿羊胎盤滋養(yǎng)層細胞的分離培養(yǎng)方法,用胰蛋白酶和膠原酶聯(lián)合消化法會獲得滋養(yǎng)層細胞,使細胞產(chǎn)量和質(zhì)量有所提升。胰蛋白酶法獲得的細胞液混雜有大量成纖維細胞、紅細胞及其他細胞,對滋養(yǎng)層細胞的生長有限制。組織塊培養(yǎng)法獲得的細胞純度更高,但耗時較長,通常10~20 d 才會出現(xiàn)細胞。本研究聯(lián)合使用組織塊培養(yǎng)法與酶消化法,獲取的體外培養(yǎng)細胞純度高、活性好,且耗時較短,培養(yǎng)第7 天即出現(xiàn)細胞。第二、三代原代細胞增殖效率快,細胞活性高,可用做大多數(shù)研究。但繼續(xù)傳代至五、六代時,細胞活性明顯下降。孕早期的滋養(yǎng)層細胞隨著妊娠過程的推進,其增殖分化能力逐漸下降。體外培養(yǎng)的細胞也出現(xiàn)可連續(xù)傳代次數(shù)少或隨傳代細胞活性下降的問題。端粒是位于線性真核生物染色體末端的、重復(fù)DNA 序列和蛋白質(zhì)組成的復(fù)雜核蛋白[11],可防止染色體降解并能修復(fù)DNA 復(fù)制過程中末端丟失序列[12-13],其合成由一個特殊的具有反轉(zhuǎn)錄活性的核糖核蛋白酶——端粒酶完成。端粒酶是RNA 模板和蛋白亞基組成的核蛋白顆粒,能解決染色體末端問題,該基因過度表達可使細胞獲得更強的增殖分化能力。
本研究利用導(dǎo)入外源hTERT基因使細胞獲得連續(xù)增殖分化的能力。轉(zhuǎn)染后的細胞通過不斷優(yōu)化的培養(yǎng)體系,成功連續(xù)傳至十五代以上,暫稱為hTERT-btc 細胞株。經(jīng)Western Blot 檢測,hTERT基因成功轉(zhuǎn)染且能夠正常表達,相比原代細胞,hTERT-btc 細胞株端粒酶活性顯著增加,細胞在連續(xù)傳代過程中細胞活性保持良好。經(jīng)熒光免疫檢測,轉(zhuǎn)染前后細胞中CK7 表達正常,無顯著差異[14-15]。妊娠過程中,CG 和PL 的分泌是胎盤滋養(yǎng)層細胞的重要生物學功能之一。通過酶聯(lián)免疫檢測CG、PL 發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染前后細胞分泌無顯著差異[15]。胎盤滋養(yǎng)層細胞為上皮樣細胞,體外培養(yǎng)的第二代btc 與第十五代hTERT-btc 均單層貼壁生長,低密度下伸出偽足相互接觸,細胞呈多樣性,密度增加逐漸形成鋪路石樣,呈典型上皮樣細胞體外生長特點。胎盤滋養(yǎng)層細胞作為胎盤中的主要功能細胞,在整個妊娠過程中發(fā)揮重要作用,通過遷移、侵襲和內(nèi)分泌等功能,在胎盤形成、妊娠建立與胎兒發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。本實驗結(jié)果表明轉(zhuǎn)染hTERT基因后,細胞獲得更強的增殖分化能力,且仍具有正常的生物學功能,CK7 正常表達,CG、PL 表達量處于正常范圍。
胎盤是雌性哺乳動物在妊娠期間出現(xiàn)的重要臨時性器官,早期的胚胎絨毛組織中,胎盤滋養(yǎng)層細胞可分化為2種:一是絨毛內(nèi)滋養(yǎng)層細胞,包括細胞滋養(yǎng)層細胞和由其融合形成的合體滋養(yǎng)層細胞;二是絨毛外滋養(yǎng)層細胞,與子宮內(nèi)膜緊密接觸、侵入其中以保證胎盤穩(wěn)固[16]。滋養(yǎng)層細胞通過分泌整合素、E-鈣黏蛋白及免疫球蛋白超家族[17]等黏附因子對子宮內(nèi)膜上皮細胞進行識別及黏附,誘導(dǎo)胚胎完成植入。另可分泌表皮生長因子(Epidermal Growth Factor,EGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(Transforming Gro wth Factor,TGF)和集落刺激因子(Colony Stimulating Factor,CSF)等細胞因子調(diào)節(jié)自身功能[18-20]。滋養(yǎng)層細胞分泌的CG 和孕酮(Progesterone,P)等可維持早期胚胎發(fā)育及妊娠建立,這些因子與母體激素聯(lián)合作用,配合細胞強大的遷移、侵襲功能,對母體子宮內(nèi)膜上皮進行黏附與侵入,最終完成血管重塑與胎盤建立。
本研究通過向原代胎盤滋養(yǎng)層細胞轉(zhuǎn)染外源hTERT基因獲得的細胞株,相較于其他同類細胞,具有穩(wěn)定且增加的傳代數(shù)和正常的生物學特性及生理功能,為后續(xù)相關(guān)研究提供了新的思路與方法,為更多實驗提供參考。