年轻干细胞抗原-1阳性骨髓干细胞调控年老小鼠心脏成纤维细胞凋亡的分子机制

doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2024.17.003

摘要/Abstract

摘要：

目的探讨Sca-1骨髓干细胞对小鼠心脏成纤维细胞（CFC）凋亡的影响，阐明年轻Sca-1骨髓干细胞调控心脏成纤维细胞凋亡的潜在分子机制及其优势。方法比较年轻与年老心脏成纤维细胞在缺氧条件下，细胞凋亡及细胞存活率。将Sca-1骨髓干细胞与年老心脏成纤维细胞共培养。通过TUNEL染色、qRT-PCR、Western Blot、CCK8试剂盒分别检测年轻或年老Sca-1骨髓干细胞对年老心脏成纤维细胞凋亡及存活的影响。通过qRT-PCR、ELISA检测年轻与年老小鼠Sca-1骨髓干细胞旁分泌生长因子并鉴定其功能。结果随年龄增加，年老小鼠心脏成纤维细胞凋亡增加，细胞存活减少。与年老细胞相比，年轻Sca-1骨髓干细胞可明显减少年老心脏成纤维细胞凋亡，增加细胞存活。机制研究发现，与年老细胞相比，年轻Sca-1骨髓干细胞可旁分泌更多的生长和分化因子5（GDF5）（P < 0.05）。中和GDF5后，使年轻Sca-1骨髓干细胞失去对年老成纤维细胞凋亡及存活的调控作用。结论年轻Sca-1骨髓干细胞可通过旁分泌GDF5减少年老心脏成纤维细胞凋亡。

关键词: 干细胞, 心脏成纤维细胞, 凋亡, 细胞存活, 生长因子, 年轻干细胞抗原-1

Abstract:

Objective To investigate the impact of Sca-1 bone marrow derived stem cells on apoptosis in murine cardiac fibroblasts and the molecular mechanisms of young （Y） Sca?1 bone marrow stem cell （BMSC） on old （O） cardiac fibroblast cell （CFC） apoptosis. Methods The apoptosis and survival of Y and O CFC were assessed under hypoxic conditions. Co-cultures of Y and O Sca-1 bone marrow-derived mesenchymal stem cells （BMSC） with O CFC were established to investigate the impact of Sca-1 BMSC on the apoptotic response and viability of O CFC， employing TUNEL staining， qRT-PCR， Western Blot， and CCK8 assays. Furthermore， differential secretion profiles of growth factors by Y and O Sca-1 BMSC were compared using qRT-PCR and ELISA analysis. Results Compared to Y CFC， O CFC exhibited an increased rate of apoptosis and a decreased rate of cell survival. However， when compared to O cells， Y Sca-1 BMC significantly reduced apoptosis in O CFC and enhanced cell survival. Moreover， Y Sca-1 BMSC demonstrated a higher secretion of GDF5 （Growth Differentiation Factor 5） than O cells （P < 0.05）. Importantly， the protective effects of Y Sca-1 BMSC on apoptosis and survival in O CFC were abolished upon neutralization of GDF5 expression. Conclusion Y Sca-1 BMSC decreases O CFC apoptosis through GDF5.

Key words: stem cell, cardiac fibroblast cell, apoptosis, cell survival, growth factors, Sca-1

中图分类号:

R363.1

吕饶,于佳迪,李柳蓁,湛楚蓝,赵立越,李月亮,董珺,黎佼. 年轻干细胞抗原-1阳性骨髓干细胞调控年老小鼠心脏成纤维细胞凋亡的分子机制[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(17): 2369-2374.

Rao LÜ,Jiadi YU,Liuzhen LI,Chulan ZHAN,Liyue ZHAO,Yueliang LI,Jun DONG,Jiao. LI. Molecular mechanism of young Sca⁃1 bone marrow stem cell on old cardiac fibroblast cell apoptosis in aging mice[J]. The Journal of Practical Medicine, 2024, 40(17): 2369-2374.

图/表 5

表 1

图 1

图 2

图 3

图 4

参考文献 25

1	RIBEIRO A S F， ZEROLO B E， LÓPEZ-ESPUELA F， et al. Cardiac System during the Aging Process［J］. Aging Dis， 2023， 14（4）： 1105-1122.
2	XIE S， XU S C， DENG W， et al. Metabolic landscape in cardiac aging： insights into molecular biology and therapeutic implications［J］. Signal Transduct Target Ther， 2023， 8（1）： 114. doi:10.1038/s41392-023-01378-8 doi: 10.1038/s41392-023-01378-8
3	LAZZERONI D， VILLATORE A， SOURYAL G， et al. The Aging Heart： A Molecular and Clinical Challenge［J］. Int J Mol Sci， 2022，23（24）：16033. doi:10.3390/ijms232416033 doi: 10.3390/ijms232416033
4	李若男，杨俊，张静，等. 线粒体质量控制系统在心脏衰老中的研究进展［J］. 实用医学杂志， 2023，39（8）：1052-1057. doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2023.08.023 doi: 10.3969/j.issn.1006-5725.2023.08.023
5	MARVASTI T B， ALIBHAI F J， WLODAREK L， et al. Aging impairs human bone marrow function and cardiac repair following myocardial infarction in a humanized chimeric mouse［J］. Aging Cell， 2021， 20（11）： e13494. doi:10.1111/acel.13494 doi: 10.1111/acel.13494
6	陈霞，武馨馨，刘星佑，等. 过表达NKx2.5基因间充质干细胞增强SDF-1/CXCR4轴促归巢改善心梗心功能［J］. 实用医学杂志， 2023，39（6）：660-666.
7	LI J， LI S H， DONG J， et al. Long-term repopulation of aged bone marrow stem cells using young Sca-1 cells promotes aged heart rejuvenation［J］. Aging Cell， 2019， 18（6）： e13026. doi:10.1111/acel.13026 doi: 10.1111/acel.13026
8	MARUNOUCHI T， SASAKI K， YANO E， et al. Transplantation of cardiac Sca-1-positive cells rather than c-Kit-positive cells preserves mitochondrial oxygen consumption of the viable myocardium following myocardial infarction in rats［J］. J Pharmacol Sci， 2019， 140（3）： 236-241. doi:10.1016/j.jphs.2019.07.005 doi: 10.1016/j.jphs.2019.07.005
9	DASEKE M J 2 ND， TENKORANG M A A， CHALISE U，et al. Cardiac fibroblast activation during myocardial infarction wound healing： Fibroblast polarization after MI［J］. Matrix Biol， 2020， 91-92： 109-116. doi:10.1016/j.matbio.2020.03.010 doi: 10.1016/j.matbio.2020.03.010
10	SAWAKI D， CZIBIK G， PINI M， et al. Visceral Adipose Tissue Drives Cardiac Aging Through Modulation of Fibroblast Senescence by Osteopontin Production［J］. Circulation， 2018， 138（8）： 809-822. doi:10.1161/circulationaha.117.031358 doi: 10.1161/circulationaha.117.031358
11	LIU X， BURKE R M， LIGHTHOUSE J K， et al. p53 Regulates the Extent of Fibroblast Proliferation and Fibrosis in Left Ventricle Pressure Overload［J］. Circ Res， 2023， 133（3）： 271-287. doi:10.1161/circresaha.121.320324 doi: 10.1161/circresaha.121.320324
12	YEGANEH A， ALIBHAI F J， TOBIN S W， et al. Age-related defects in autophagy alter the secretion of paracrine factors from bone marrow mononuclear cells［J］. Aging （Albany NY）， 2021， 13（11）： 14687-14708. doi:10.18632/aging.203127 doi: 10.18632/aging.203127
13	LI J， LI S H， WU J， et al. Young Bone Marrow Sca-1 Cells Rejuvenate the Aged Heart by Promoting Epithelial-to-Mesenchymal Transition［J］. Theranostics， 2018， 8（7）： 1766-1781. doi:10.7150/thno.22788 doi: 10.7150/thno.22788
14	WANG Y， QIN W Y， WANG Q， et al. Young Sca-1（+） bone marrow stem cell-derived exosomes preserve visual function via the miR-150-5p/MEKK3/JNK/c-Jun pathway to reduce M1 microglial polarization［J］. J Nanobiotechnology， 2023， 21（1）： 194. doi:10.1186/s12951-023-01944-w doi: 10.1186/s12951-023-01944-w
15	朱国松，王广治，王开伟. 骨髓Sca-1间充质干细胞对肺移植后急性肺损伤的影响［J］. 实用医学杂志， 2020，36（22）：3065-3068.
16	ZHOU H， BIAN Z Y， ZONG J， et al. Stem cell antigen 1 protects against cardiac hypertrophy and fibrosis after pressure overload［J］. Hypertension， 2012， 60（3）： 802-809. doi:10.1161/hypertensionaha.112.198895 doi: 10.1161/hypertensionaha.112.198895
17	BAILEY B， FRANSIOLI J， GUDE N. A， et al. Sca-1 knockout impairs myocardial and cardiac progenitor cell function［J］. Circ Res， 2012， 111（6）： 750-760. doi:10.1161/circresaha.112.274662 doi: 10.1161/circresaha.112.274662
18	LI S H， SUN Z， BRUNT K. R， et al. Reconstitution of aged bone marrow with young cells repopulates cardiac-resident bone marrow-derived progenitor cells and prevents cardiac dysfunction after a myocardial infarction［J］. Eur Heart J， 2013， 34（15）： 1157-1167. doi:10.1093/eurheartj/ehs072 doi: 10.1093/eurheartj/ehs072
19	GUO Q Y， YANG J Q， FENG X X， et al. Regeneration of the heart： from molecular mechanisms to clinical therapeutics［J］. Mil Med Res， 2023， 10（1）： 18. doi:10.1186/s40779-023-00452-0 doi: 10.1186/s40779-023-00452-0
20	MENG X， WANG H， SONG X， et al. The potential role of senescence in limiting fibrosis caused by aging［J］. J Cell Physiol， 2020， 235（5）： 4046-4059. doi:10.1002/jcp.29313 doi: 10.1002/jcp.29313
21	SHIKATANI E A， WANG T， DINGWELL L S， et al. GDF5 deficiency prevents cardiac rupture following acute myocardial infarction in mice［J］. Cardiovasc Pathol， 2024， 68： 107581. doi:10.1016/j.carpath.2023.107581 doi: 10.1016/j.carpath.2023.107581
22	ZHAO X， BIAN R， WANG F， et al. GDF-5 promotes epidermal stem cells proliferation via Foxg1-cyclin D1 signaling［J］. Stem Cell Res Ther， 2021， 12（1）： 42. doi:10.1186/s13287-020-02106-7 doi: 10.1186/s13287-020-02106-7
23	DESHMUKH T， CHONG J J H. Therapeutic Angiogenesis Using Growth Factors After Myocardial Infarction： From Recombinant Proteins to Gene Therapies and Beyond［J］. Heart Lung Circ， 2023， 32（7）： 798-807. doi:10.1016/j.hlc.2023.05.018 doi: 10.1016/j.hlc.2023.05.018
24	MALINAUSKAS T， PEER T V， BISHOP B， et al. Repulsive guidance molecules lock growth differentiation factor 5 in an inhibitory complex［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2020， 117（27）： 15620-15631. doi:10.1073/pnas.2000561117 doi: 10.1073/pnas.2000561117
25	WENG P W， YADAV V K， PIKATAN N W， et al. Novel NFκB Inhibitor SC75741 Mitigates Chondrocyte Degradation and Prevents Activated Fibroblast Transformation by Modulating miR-21/GDF-5/SOX5 Signaling［J］. Int J Mol Sci， 2021， 22（20）：11082. doi:10.3390/ijms222011082 doi: 10.3390/ijms222011082

引物名称	上游引物	下游引物
GAPDH	AACGGATTTGGTCGTATTG	GGAAGATGGTGATGGGATT
Mcl1	TTGTAAGGACGAAACGGGAC	TCTAGGTCCTGTACGTGGAAG
Puma	CTGGAGGGTCATGTACAATCTC	GGTGTCAGAAGGCGGAG
Gdf5	GACAGAAAGGGAGGTAACAGC	TTCTCCAAGGCACTGATGTC

[1]	罗珊,冯莹,范丹丹,郑雯鑫,郭兴荣,阮绪芝. 血管生成素样蛋白8敲除减轻脂多糖诱导的肝脏脂质沉积[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(9): 1197-1203.
[2]	何伟,刘丽萍,卓静薇,张小冬,杨通,冯巨滨. 拮抗CC趋化因子受体5信号诱导肿瘤细胞凋亡并调节肿瘤微环境抑制肿瘤生长[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(9): 1204-1210.
[3]	刘景,冷春涛,王艳. circRNA SIPA1L1修饰牙髓干细胞来源外泌体促血管生成能力的机制[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(9): 1211-1217.
[4]	李文昕,卢敏君,林莉,刘月琴,朱小兰. circRAF1调节人卵巢颗粒细胞的增殖与凋亡[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(7): 910-917.
[5]	杨贞,江少如,陈小燕,陈晓琳,邓伟民,郭新宇. 经后增殖方对控制性超促排卵大鼠卵巢GDF9分泌及颗粒细胞凋亡的影响[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(7): 918-923.
[6]	张弛,胡赛,王静,夏凤强,程晓英,甘泽英. RNF99通过TAK1/NF-κB信号通路参与泛素化与脓毒症性休克的潜在联系[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(5): 615-620.
[7]	钟睿,王家宁,张蕾,郭凌郧,杨建业,郑飞,晏誉文,余丹丽,谭利国. 腺病毒介导的血管内皮生长因子联合干细胞生长因子治疗严重肢体缺血的实验研究[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(5): 639-645.
[8]	马润伟,穆纯杰,桂雯婷,邓瑶,赵敏章,柳民,宋怡. LncRNA SENCR靶向miR⁃206调控人主动脉夹层血管平滑肌细胞增殖和凋亡[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(3): 302-308.
[9]	丁丽宏,耿世佳,王玉杰. 蟛蜞菊内酯对肺炎链球菌感染的肺泡上皮细胞凋亡及炎症因子分泌的调节作用[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(3): 316-320.
[10]	吴冰儿,李清,杨可容,张健,余逸,雷蕾,胡博. 亚精胺对弥漫大B细胞淋巴瘤细胞株增殖和凋亡的影响[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(22): 3130-3137.
[11]	王毅,何硕,杨斯昀,章俊. 5-氟尿嘧啶联合重组人细胞珠蛋白治疗缺氧诱导化疗耐受肝细胞癌的体外实验[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(22): 3146-3154.
[12]	罗青,黄金金,任婷婷,周瑞华,徐栋花,王振华,王国颖. 人脐带干细胞外泌体对人毛乳头细胞增殖的影响[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(20): 2828-2834.
[13]	徐俊,王晓丽,倪静怡,张娣娣. 维迪西妥单抗治疗晚期胃癌的临床疗效及安全性[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(20): 2913-2917.
[14]	陈灿伟,廖壮文,范子文,黄帅,黄彦,陈斌伟. 溶酶体相关膜蛋白3通过VEGF/AKT通路抑制PC-3细胞增殖、转移及血管生成[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(2): 182-187.
[15]	张春梅,黄新惠,胡锦秋,毕晓艳,牙甫礼. 莱菔硫烷下调PI3K/Akt信号通路对高糖诱导人血小板凋亡的保护作用[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(18): 2530-2536.