淫羊藿苷對(duì)人牙囊干細(xì)胞旁分泌作用的影響

鄭曉雪 王乙行 陶天翼 韓 冰

牙囊干細(xì)胞(dental follicle stem cell，DFSC)來(lái)自間充質(zhì)組織，是一種牙源性干細(xì)胞，可從第三磨牙或多生牙牙囊中獲取。與其他間充質(zhì)干細(xì)胞類似，DFSC具有分泌多種生物活性因子的旁分泌功能，這些因子已被報(bào)道可以調(diào)節(jié)免疫、促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移及血管生成等。收集間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)上清，這些生物活性因子存在其中，稱為條件培養(yǎng)基(conditioned medium，CM)，可用于基于干細(xì)胞分泌細(xì)胞因子的無(wú)細(xì)胞療法，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。多項(xiàng)研究表明，多種牙源性干細(xì)胞CM可以促進(jìn)細(xì)胞的增殖、遷移及成骨分化。來(lái)源于多生牙的DFSC-CM能否在骨再生中發(fā)揮作用尚不明確。淫羊藿苷(icariin, ICA)是淫羊藿中提取的有效單體。研究發(fā)現(xiàn)，ICA類似于雌激素，可以刺激骨形成，抑制骨吸收。ICA能否調(diào)控DFSC旁分泌功能，發(fā)揮定向成骨的作用，尚少見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)ICA誘導(dǎo)多生牙來(lái)源的DFSC，制備了DFSC-CM,并通過(guò)檢測(cè)其對(duì)小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞(MC3T3-E1)增殖、遷移和成骨分化的影響，探究了ICA能否作為骨誘導(dǎo)因子，促進(jìn)DFSC定向成骨的旁分泌作用。

材料與方法

1．主要試劑與儀器：高糖培養(yǎng)基、α-培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)HyClone公司；胎牛血清購(gòu)自美國(guó)Gibco公司；Ⅰ型膠原酶購(gòu)自德國(guó)Sigma公司；淫羊藿苷購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司；人間充質(zhì)干細(xì)胞成脂誘導(dǎo)培養(yǎng)基購(gòu)自廣州賽業(yè)生物科技有限公司；β-甘油磷酸二鈉購(gòu)自北京酷來(lái)博科技有限公司；地塞米松和維生素C均購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司；兔抗波形絲蛋白、角蛋白8抗體、DAB試劑盒均購(gòu)自沈陽(yáng)萬(wàn)類生物有限公司；小鼠抗IGg、CD34、CD45、CD90、CD105抗體均購(gòu)自美國(guó)Bio Legend公司；CCK-8、PCR試劑盒購(gòu)自上海翌圣股份有限公司；酶標(biāo)儀購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher公司；流式細(xì)胞儀購(gòu)自美國(guó)BD公司；倒置相差顯微鏡購(gòu)自日本Olympus公司；熒光定量PCR儀購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad公司。

2．細(xì)胞分離、培養(yǎng)、鑒定：(1)MC3T3-E1(吉林省牙齒發(fā)育與頜骨重建與再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室贈(zèng)予)，用含10% FBS的高糖培養(yǎng)基于 37℃、5% CO細(xì)胞孵箱中培養(yǎng)。(2)提取原代DFSC：牙囊組織由吉林大學(xué)口腔醫(yī)院口腔頜面外科提供，術(shù)前檢測(cè)無(wú)傳染性疾病，并經(jīng)患兒家長(zhǎng)知情同意。拔除多生牙的同時(shí)刮出牙囊組織，冰盒運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。剪取約0.5cm×0.5cm大小，加入2.5g/L Ⅰ型膠原酶，消化30min，1000r/min離心5min。用含20% FBS、1%青霉素-鏈霉素混合液的α-培養(yǎng)基，放入細(xì)胞孵箱中培養(yǎng)。當(dāng)細(xì)胞融合至90%，可1∶2傳代，第3～5代DFSC進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。(3)細(xì)胞免疫化學(xué)：第4代DFSC，固定細(xì)胞20min，抗原修復(fù)后滴加1∶150 兔抗人波形絲蛋白抗體、1∶200兔抗人角蛋白8抗體，4℃孵育24h，次日用DAB試劑盒檢測(cè)細(xì)胞著色情況。(4)流式細(xì)胞術(shù)：第4代DFSC，細(xì)胞密度為1×10個(gè)/100微升，加入5μl抗體，分別為IGg、CD34、CD45、CD90、CD105，IGg為同型對(duì)照，冰上孵育30min, 避光，清洗2次，400μl PBS重懸細(xì)胞沉淀，換用流式管，上機(jī)檢測(cè)。(5)DFSC多向分化能力鑒定：第3代 DFSC，分別使用成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)基(10mmol/L β-磷酸甘油二鈉，50μg/ml維生素C，0.01μmol/L地塞米松)、成脂誘導(dǎo)培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)胞21天，分別行茜素紅、油紅染色，顯微鏡下觀察鈣結(jié)節(jié)、脂滴形成情況。

3.制備DFSC-CM:第3～5代DFSC，當(dāng)細(xì)胞融合度達(dá)90%時(shí)，加入0、1和10μmol/L ICA,換用無(wú)血清的α-培養(yǎng)基培養(yǎng)24h，以1000×離心收集的培養(yǎng)上清5min，去沉淀后分裝，-80℃保存?zhèn)溆茫c新鮮培養(yǎng)液1∶1 混合后用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分為6組，分別為對(duì)照組(完全培養(yǎng)基)、0ICA-CM組(含0μmol/L ICA的DFSC-CM)、1ICA-CM組(含1μmol/L ICA的DFSC-CM)、10ICA-CM組(含10μmol/L ICA的DFSC-CM)、1ICA組(含1μmol/L ICA的完全培養(yǎng)基)、10ICA組(含10μmol/L ICA的完全培養(yǎng)基)。

4.細(xì)胞增殖檢測(cè)：按照2×10個(gè)/孔的細(xì)胞密度將MC3T3-E1接種在96孔板上，放入孵箱中培養(yǎng)，次日更換實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基。分別在培養(yǎng)的第1、3和5天時(shí)，取10μl的CCK-8檢測(cè)液加入100μl的培養(yǎng)基中，1.5h后酶標(biāo)儀檢測(cè)450nm處的吸光度值。檢測(cè)結(jié)束后，棄液，結(jié)晶紫染色30min，顯微鏡下拍照。

5.細(xì)胞遷移檢測(cè)：(1)劃痕實(shí)驗(yàn)：按20×10個(gè)/孔細(xì)胞密度將MC3T3-E1接種在預(yù)先底部水平畫線的6孔板上，細(xì)胞長(zhǎng)滿后，用200μl槍頭垂直水平線劃開(kāi)3處創(chuàng)口，PBS洗去劃脫細(xì)胞，更換無(wú)血清實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基，孵育24h后取出拍照，運(yùn)用ImageJ軟件計(jì)算創(chuàng)口愈合面積。(2)Transwell小室實(shí)驗(yàn)：選用24孔板小室，下室加入500μl實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基，MC3T3-E1按2×10個(gè)/200微升置于上室，12h后固定，結(jié)晶紫染色拍照，運(yùn)用ImageJ軟件計(jì)算穿膜細(xì)胞數(shù)。

6.qRT-PCR檢測(cè)成骨基因表達(dá)水平：按照20×10個(gè)/孔細(xì)胞密度將MC3T3-E1接種在6孔板上，使用成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)基(5μmol/L β-磷酸甘油鈉、50μg/ml維生素C、0.01μmol/L地塞米松)誘導(dǎo)7天，使用TRIeasy試劑分離總RNA，反轉(zhuǎn)錄合成為cDNA。在CFX96 RT-PCR檢測(cè)系統(tǒng)中使用 SYBR-Green實(shí)時(shí)PCR預(yù)混液擴(kuò)增mRNA。表1為引物序列，使用比較2方法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)水平，3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)用作內(nèi)部對(duì)照。

結(jié) 果

1.細(xì)胞分離及鑒定：本實(shí)驗(yàn)取自多生牙患者的牙囊組織(圖1)，原代培養(yǎng)3天，可見(jiàn)DFSC從組織塊中爬出，呈長(zhǎng)梭形(圖2A)，細(xì)胞集落呈旋渦狀(圖2D)。免疫細(xì)胞化學(xué)染色顯示，當(dāng)DFSC細(xì)胞質(zhì)無(wú)著色，上皮標(biāo)志物角蛋白8表達(dá)陰性(圖2B)；DFSC細(xì)胞質(zhì)呈棕黃色，間充質(zhì)標(biāo)志物波形絲蛋白表達(dá)陽(yáng)性(圖2E)。成骨誘導(dǎo)后，DFSC內(nèi)可見(jiàn)紅色鈣結(jié)節(jié)(圖2C)；成脂誘導(dǎo)后，DFSC可見(jiàn)到橙紅色脂滴(圖2F)。并且DFSC陽(yáng)性表達(dá)間充質(zhì)表面標(biāo)志物CD90(88.14%)、CD105(84.20%),而陰性表達(dá)血液細(xì)胞表面標(biāo)志物CD45(0.04%)、CD34(0.11%)，同型對(duì)照IGg(0.12%)。圖2、圖3結(jié)果表明，埋伏多生牙來(lái)源的DFSC符合間充質(zhì)干細(xì)胞特征。

2.ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM對(duì)MC3T3-E1增殖影響：如圖4A所示，1ICA組和10ICA組在第3天、第5天抑制了MC3T3-E1細(xì)胞活力(<0.01)，然而10ICA-CM組在培養(yǎng)5天后仍未見(jiàn)明顯毒性，0ICA-CM組與1ICA-CM組在第1天、3天、5天時(shí)細(xì)胞活力明顯高于對(duì)照組(分別為<0.05、<0.01、<0.001)。結(jié)晶紫染色顯示(圖4B)，0ICA-CM組與1ICA-CM組培養(yǎng)基在第3天、第5天時(shí)，細(xì)胞數(shù)量明顯多于對(duì)照組，1ICA組和10ICA組在第5天時(shí)細(xì)胞數(shù)量明顯減少。CCK-8實(shí)驗(yàn)和結(jié)晶紫染色實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合，因此表明，單純的DFSC-CM可以促進(jìn)MC3T3-E1的增殖，DFSC-CM緩解了高濃度ICA對(duì)MC3T3-E1的毒性作用。

3.ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM促進(jìn)了MC3T3-E1遷移：如圖5中A、B示,MC3T3-E1在劃痕創(chuàng)口形成24h后，0ICA-CM組、1ICA-CM組、10ICA-CM組劃痕創(chuàng)口面積均較對(duì)照組小(對(duì)照組0.104±0.036；0ICA-CM組0.236±0.078,<0.05；1ICA-CM組0.200±0.069；10ICA-CM組0.234±0.087，<0.05)。Transwell結(jié)果表明，各組培養(yǎng)基培養(yǎng)MC3T3-E1 24h后，均有細(xì)胞遷移至下室，各CM組隨著ICA誘導(dǎo)劑量的增加，呈現(xiàn)劑量依賴方式(對(duì)照組194.000±29.816；0ICA-CM組170.333±62.164；1ICA-CM組404.333±79.651,<0.01；10ICA-CM組318.000±88.792)。1μmol/L ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM細(xì)胞遷移數(shù)量顯著高于0μmol/L和10μmol/L ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM(分別為<0.05、<0.01)。

4.ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM上調(diào)了成骨標(biāo)志基因的表達(dá)：與對(duì)照組比較，1ICA-CM組顯著上調(diào)了RUNX2的表達(dá)水平(圖6A，<0.001)，在圖6C中，0ICA-CM組和1ICA-CM組均上調(diào)了OCN表達(dá)水平(分別為<0.01、<0.001)，且與0ICA-CM組比較，1ICA-CM組升高的更多(<0.01)，圖6D和圖6C的結(jié)果相符，0ICA-CM組和1ICA-CM組均上調(diào)了OPN表達(dá)水平,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均<0.001)。從qPCR結(jié)果可以看出，成骨誘導(dǎo)7天時(shí)，ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM可以上調(diào)成骨標(biāo)志基因的表達(dá)水平。

討 論

多生牙在牙齒發(fā)育過(guò)程中屬于數(shù)目異常。多生牙可以產(chǎn)生如恒牙遲萌，牙列不齊，頜骨囊腫等多種口腔頜面部發(fā)育的問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用多生牙患者的牙囊提取牙囊干細(xì)胞，無(wú)取材和倫理限制，且患者年齡小(4～10周歲)，細(xì)胞增殖活躍，多生牙來(lái)源的DFSC有可能成為間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的候選種子細(xì)胞。

研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可分泌多種生物活性因子，如血小板生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等，通過(guò)細(xì)胞外囊泡或者條件培養(yǎng)基的形式改變組織細(xì)胞所處的微環(huán)境，促進(jìn)周圍干細(xì)胞的增殖、遷移及分化，從而發(fā)揮旁分泌作用。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，DFSC-CM可以促進(jìn)牙周創(chuàng)口愈合，并且鼠DFSC-CM通過(guò)下調(diào)ERK1/2和NF-κB信號(hào)通路拯救發(fā)炎的大鼠牙髓再生。

研究表明，ICA常被作為骨誘導(dǎo)因子加載在支架或者納米纖維膜上，通過(guò)持續(xù)可控的方式釋放，在骨缺損的修復(fù)中得到了良好的修復(fù)效果。本研究利用ICA作為骨誘導(dǎo)因子，定向調(diào)節(jié)DFSC-CM的旁分泌作用，促進(jìn)MC3T3-E1成骨分化。在增殖實(shí)驗(yàn)中，1ICA-CM組與0ICA-CM組比較，ICA與DFSC-CM之間并未起到協(xié)同促進(jìn)MC3T3-E1增殖的作用。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，ICA促進(jìn)鼠MSCs增殖濃度在0.01～0.10μmol/L。筆者前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，不同種屬對(duì)ICA的耐受程度不同，ICA(0.1～1.0μmol/L)可以促進(jìn)人DFSC增殖，而ICA(5～20μmol/L)對(duì)人DFSC有抑制增殖并促進(jìn)成骨作用。猜測(cè)原因可能是加入的ICA濃度是促進(jìn)人DFSC成骨分化的最適濃度，DFSC-CM促進(jìn)細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞成骨可能存在不同的分子機(jī)制，因此ICA誘導(dǎo)DFSC旁分泌作用，釋放更多調(diào)節(jié)成骨分化的細(xì)胞因子，而釋放很少的促進(jìn)增殖的細(xì)胞因子。

研究表明，缺損區(qū)創(chuàng)口的愈合、組織的生長(zhǎng)、炎癥的調(diào)節(jié)等生理活動(dòng)都離不開(kāi)細(xì)胞的遷移與趨化。本研究驗(yàn)證了DFSC-CM可以促進(jìn)MC3T3-E1的橫向與縱向遷移，說(shuō)明ICA可以上調(diào)DFSC旁分泌作用促進(jìn)MC3T3-E1遷移。

ALP、OCN、OPN、COL-1等骨特異性基質(zhì)蛋白、RUNX2、OSX等轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)可以調(diào)控ICA誘導(dǎo)的骨形成。本研究發(fā)現(xiàn)，0ICA-CM組可以上調(diào)OCN及OPN的表達(dá)，并且1ICA-CM組與其他組比較，RUNX2、OCN、OPN的表達(dá)具有顯著差異性。提示1μmol/L的ICA可能通過(guò)促進(jìn)DFSC成骨的旁分泌作用，從而上調(diào)了MC3T3-E1的成骨相關(guān)基因的表達(dá)。

綜上所述，多生牙來(lái)源的DFSC可能成為候選的種子細(xì)胞，ICA誘導(dǎo)的DFSC-CM可以促進(jìn)MC3T3-E1遷移和成骨分化。ICA可能通過(guò)調(diào)控DFSC旁分泌作用來(lái)發(fā)揮效果，具體的分子機(jī)制需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)驗(yàn)證。