臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體對大鼠卵巢功能作用及機(jī)制研究

趙瑩瑩， 陳莉莎， 閆 麗， 王愷悅， 魏 威， 劉星池， 于月新

北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 生殖醫(yī)學(xué)中心，遼寧 沈陽 110003

卵巢早衰是一種嚴(yán)重影響女性健康的卵巢功能障礙性疾病，會出現(xiàn)一系列由于激素紊亂導(dǎo)致的臨床癥狀[1-3]。過度激活的細(xì)胞凋亡或排卵期間無健康的卵泡發(fā)育是卵巢早衰的主要病因。目前，臨床對于卵巢早衰缺少有效的治療方法，如何修復(fù)卵巢損傷成為臨床亟待解決的問題[4-6]。雌激素相關(guān)治療可改善患者的臨床癥狀，但對卵巢功能重建的作用甚微，不能從根本上改善卵巢功能。有研究報(bào)道，干細(xì)胞移植或卵巢冷凍移植可挽救部分卵巢早衰。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體(umbilical cord mesenchymal stem cell exosomes，MSCs-exo)是具有生物活性的納米級囊泡，具有易提取、免疫原性低的特點(diǎn)，能夠執(zhí)行臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)功能，調(diào)節(jié)目標(biāo)組織器官的正常生理功能和異常病理過程[7]。有學(xué)者將MSCs-exo用于多種損傷模型，均呈現(xiàn)出了良好的功能修復(fù)與治療效果，其作用機(jī)理和生物學(xué)功能是目前再生醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)[8-10]。但MSCs-exo對卵巢早衰動(dòng)物模型的作用和機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。本研究旨在探討MSCs-exo對大鼠卵巢功能的修復(fù)及保護(hù)作用，并初步研究其作用機(jī)制。現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與試劑 24只SD大鼠購自遼寧長生生物科技有限公司，飼養(yǎng)于 SPF級實(shí)驗(yàn)室，溫度維持(22±3)℃，濕度維持45%～65%，自由飲食飲水。MSCs-exo購自遼寧潤基生物科技有限公司；去氧乙烯基環(huán)己烯(VCD)購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；大鼠ELISA試劑盒和細(xì)胞染料購自南京森貝伽生物科技有限公司；Western blot抗體購自abcam公司。適應(yīng)性飼養(yǎng)大鼠7 d后，將其隨機(jī)分為空白組、模型組和干預(yù)組3組，每組各8只。空白組腹腔注射芝麻油，模型組和干預(yù)組腹腔注射VCD溶液(160 mg/kg)，連續(xù)注射15 d后干預(yù)組尾靜脈注射MSCs-exo懸液(150 μg/kg)。

1.2 細(xì)胞培養(yǎng) 大鼠處死后使用75%乙醇浸泡10 min消毒，取卵巢置于預(yù)冷的DMEM/F12培養(yǎng)液(含10%胎牛血清、100 U/ml青霉素和100 U/ml鏈霉素)中，剪碎后加入0.25%胰酶(含0.01% EDTA)，室溫消化，濾網(wǎng)過濾，離心后DMEM/F12培養(yǎng)液制成顆粒細(xì)胞懸液，置于培養(yǎng)箱(37℃、5% CO2、飽和濕度)中培養(yǎng)，每隔48 h更換1次培養(yǎng)液。模型組、干預(yù)組采用VCD濃度為30 μmol/L的完全培養(yǎng)基建立顆粒細(xì)胞損傷模型，干預(yù)組加入10 μg MSCs-exo。

1.3 細(xì)胞活力檢測 每孔加入10 μl的CCK-8試劑，置于培養(yǎng)箱培養(yǎng)4 h，于酶標(biāo)儀450 nm處測定吸光度值。檢測細(xì)胞活力，每2 d測定1次，連續(xù)測定10 d。以細(xì)胞活力為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo)繪制細(xì)胞生長曲線。

1.4 激素分泌檢測 細(xì)胞接種于24孔板后進(jìn)行分組處理，在含10%胎牛血清的DMEM/F12培養(yǎng)液，37℃、5% CO2的條件下培養(yǎng)，3 d后收集培養(yǎng)液，按照ELISA 檢測試劑盒說明書檢測雌二醇和孕激素水平。

1.5 細(xì)胞凋亡檢測 利用流式細(xì)胞儀，采用Annexin-V/PI雙染法檢測各組顆粒細(xì)胞中的存活細(xì)胞、凋亡早期細(xì)胞及凋亡晚期細(xì)胞的比例。細(xì)胞經(jīng)消化、離心、重懸、計(jì)數(shù)后加入染料，孵育后上機(jī)檢測。

1.6 血清激素水平測定 大鼠麻醉后眼眶取血，將取好的血液在室溫下靜置30 min，4℃、1 500 r/min離心15 min，取上清液，采用ELISA法測定血清激素水平。

1.7 Western blot法 提取細(xì)胞和組織蛋白，測定總蛋白，將蛋白樣品經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳并轉(zhuǎn)移至PVDF膜上，室溫封閉1 h，分別用Ras(abcam，ab52939，1∶1 000)、Erk(abcam，ab109282，1∶1 000)、Bax(abcam，ab32503，1∶1 000)、Caspase-3(abcam，ab184787，1∶1 000)一抗4℃孵育過夜。TBST漂洗3次，加入相對應(yīng)二抗室溫孵育1 h。TBST漂洗3次，用ECL Western印跡試劑盒進(jìn)行化學(xué)發(fā)光檢測。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠顆粒細(xì)胞增殖率比較 CCK-8實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模型組、干預(yù)組干預(yù)2 d、4 d、6 d、8 d、10 d的顆粒細(xì)胞增殖率均低于空白組，且模型組低于干預(yù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見圖1。

圖1 各組大鼠顆粒細(xì)胞增殖率變化 圖2 各組大鼠激素水平比較(a.顆粒細(xì)胞雌二醇水平；b.顆粒細(xì)胞孕激素水平；c.血清雌二醇水平；d.血清孕激素水平) 圖3 各組大鼠細(xì)胞凋亡情況及凋亡相關(guān)蛋白水平比較(a.各組細(xì)胞三周之情況；b～d.各組Bax、caspase-3蛋白表達(dá)) 圖4 各組大鼠Ras、Erk蛋白表達(dá)水平比較(a.Western blot法檢測Ras、Erk表達(dá);b.Ras相對表達(dá)量；c.Erk相對表達(dá)量)

2.2 各組大鼠激素水平比較 模型組、干預(yù)組顆粒細(xì)胞雌二醇水平、顆粒細(xì)胞孕激素水平、血清雌二醇水平、血清孕激素水平均低于空白組，且模型組低于干預(yù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見圖2。

2.3 各組大鼠卵巢細(xì)胞凋亡情況及凋亡相關(guān)蛋白水平比較 模型組、干預(yù)組顆粒細(xì)胞凋亡數(shù)量高于空白組，且模型組高于干預(yù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。模型組、干預(yù)組大鼠卵巢組織Bax和Caspase-3表達(dá)水平高于空白組，且模型組高于干預(yù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見圖3。

2.4 各組大鼠Ras、Erk蛋白表達(dá)水平比較 模型組、干預(yù)組卵巢組織Ras、Erk蛋白表達(dá)水平低于空白組，且模型組低于干預(yù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見圖4。

3 討論

卵巢能夠產(chǎn)生卵細(xì)胞并分泌激素，卵巢中的卵母細(xì)胞或者顆粒細(xì)胞被機(jī)體內(nèi)外的各種生理病理因素?fù)p傷會導(dǎo)致卵巢功能下降或衰竭[11]。有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞凋亡會對卵巢功能造成嚴(yán)重影響[12-14]。閉鎖卵泡中的大部分顆粒細(xì)胞均發(fā)生了凋亡，而發(fā)育卵泡中的顆粒細(xì)胞并沒有出現(xiàn)明顯的凋亡，因此，顆粒細(xì)胞凋亡可能是卵巢早衰的重要原因[15]。本研究成功建立了卵巢損傷模型，采用MSCs-exo干預(yù)后，顆粒細(xì)胞增殖和卵巢激素分泌功能有所改善，提示顆粒細(xì)胞凋亡影響了激素分泌功能。本研究結(jié)果顯示，模型組、干預(yù)組大鼠卵巢組織Bax和Caspase-3表達(dá)水平高于空白組，且模型組高于干預(yù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。Bax是促進(jìn)細(xì)胞凋亡的基因，其蛋白表達(dá)主要定位于細(xì)胞漿。細(xì)胞漿內(nèi)活化的Bax蛋白可以插入并改變線粒體膜的通透性，引起細(xì)胞色素C釋放，Caspase-3被激活，啟動(dòng)級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[16]。Caspase-3是細(xì)胞凋亡發(fā)生的標(biāo)志性蛋白酶，正常狀態(tài)下以酶原形式存在，當(dāng)?shù)蛲龃碳ひ蜃蛹せ頒aspase-3，可引起一系列級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[17-19]。

Ras-Erk信號通路在卵巢顆粒細(xì)胞激素分泌和細(xì)胞凋亡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。EGFR/Ras通路下游靶激酶Erk1/2在卵巢早衰顆粒細(xì)胞中被破壞會影響細(xì)胞凋亡、增殖和遷移，導(dǎo)致激素分泌功能降低[20]。因此，本研究在明確了MSCs-exo干預(yù)對卵巢的作用后，進(jìn)一步檢測了Ras-Erk信號通路的變化，闡明了MSCs-exo可能通過Ras-Erk減少卵巢顆粒細(xì)胞凋亡，促進(jìn)卵巢功能。

綜上所述，MSCs-exo能夠有效調(diào)節(jié)卵巢功能，促進(jìn)細(xì)胞增殖，其可能通過調(diào)節(jié)Ras-Erk通路，減少細(xì)胞凋亡。