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Hepatology:人细胞因子芯片助力猪干细胞移植研究

2016/12/29

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近期,浙江大学医学院的研究人员深入解析了人骨髓间充质干细胞(hMSCs)移植对急性肝衰竭(FHF)的治疗机理,研究成果 “Quantitative evaluation of human bone mesenchymal stem cells rescuing fulminant hepatic failure in pigs ”发表在肝脏病领域顶尖杂志Hepatology上。

      FHF具有很高的死亡率,肝移植是当今公认的治疗终末期肝病最为有效的手段,但由于器官供需矛盾突出,许多患者由于缺乏有效的肝脏支持治疗手段而在等待中死亡。干细胞移植可能成为FHF治疗的替代策略,但其作用机制仍不清晰,仍有临床应用障碍。

      在这项研究中,研究人员以D-氨基半乳糖胺(D-Gal)造成急性肝损伤猪模型,设置对照组(C)和干细胞移植组(T)。实验分析发现hBMSCs移植提高了FHF动物模型存活率,在7天内稳定了FHF,见图1。

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图1. hBMSCs移植 7天内稳定了FHF

 

在器官移植的免疫排斥中,细胞因子发挥重要功能。然而,本研究所采用的动物模型—猪,并没有足够的针对该物种的细胞因子抗体。研究人员大胆采用了人细胞因子芯片,对模型猪血清中的215个细胞因子进行广泛筛选。发现芯片对不同处理的猪血清细胞因子能够识别,并呈现57个细胞因子的显著差异变化:大部分细胞因子在第3天达到峰值,干细胞移植组样本细胞因子从第3天开始回降,第7天的时候恢复至正常水平,稳态维持至第14天,见图2。

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图2. hBMSCs移植的旁分泌影响

 

进一步,分析对照组(C)和干细胞移植组(T)在移植后三个时间节点的细胞因子调变情况,发现对照组在肝损伤造模第3天出现凋亡相关细胞因子的上调。而干细胞移植组在肝损伤造模第3天主要出现免疫调节细胞因子的上调,这些细胞因子在hBMSCs移植治疗后的第7天和第14天纷纷回落至肝损伤造模前的状态,如图3。

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图3. hBMSCs移植通过旁分泌改变肝损伤反应

 

研究人员同时收集了外周血单个核细胞(PBMC)进行全基因组表达谱筛选,将差异基因经功能协同分析,发现Notch信号通路显著调变。而细胞因子芯片检测出的差异调变因子中有HGF等多个因子均与Notch信号通路有关,细胞因子数据与表达谱数据的联合分析显示Notch通路的激活在干细胞移植免疫排斥中起主导作用,见图4。

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图4. hBMSCs移植引起DLL4-Notch信号通路激活

 

进一步,研究人员证实,Notch受体DLL4在干细胞移植组被显著诱导,DLL4处理有利于肝脏恢复,增加动物模型存活率。该研究为基础实验的临床转化提供了理论基础和实验证据。

  

文献解析小结:

本研究中所采用的两个主要实验策略值得借鉴与思考:
      1. 对于猪、兔、大鼠等常用的模式生物,由于研究人员群体较小,对应种属的商业化抗体开发也较少,严重限制了相关研究的深入开展。本研究中采用开发程度较高的人的抗体芯片去大规模检测猪的血清样品,既筛选到了与研究显著相关的细胞因子的变化,又得到了ELISA方法的可重复验证,开辟了新的研究思路。 
      2. 研究人员将血清细胞因子蛋白水平的检测与外周血单个核细胞(PBMC)表达谱检测数据进行联合分析,既能解释免疫排斥机理,又将细胞因子与信号通路进行了深入整合分析, 样品选择和技术路线设计巧妙,值得借鉴。

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英文文献链接:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Quantitative+evaluation+of+human+bone+mesenchymal+stem+cells+rescuing+fulminant+hepatic+failure+in+pigs