中国组织工程研究笫仃誊第44 2013—10—29出版 Chinese JournalofTissue Eng ̄eering Research October29,2013 VoL17,No.44 ~c一。 doi:10.3969/】.issn,2095-4344.2013.44.001 lMp://www.crter.org] 曾彬.王艾丽.胡冬冬.李昌 小鼠骚昭心脏心矫骥细胞体外培养模銎的建立 中国组织I程研究.2013.17【441:7661—7666 小鼠胚胎心脏心外膜细胞体外培养模型的建立冰 ☆ 曾彬’,王艾丽 ,胡冬冬’,李昌。(’武汉大学人民医院心血管内科,湖北省武汉市430060; 武汉大学中南医院心血管内科超声心 动室,湖北省武汉市430071;。湖北省中山医院心内科,湖北省武汉市430033) 文章亮点: 1心肌梗死忠者逐年增加,干细胞再生心肌治疗为心肌梗死提供了新的治疗方法。胚胎心外膜细胞是 曾彬☆,男,1978年生, 最近被发现的具有分化为心肌细胞和血管平滑肌细胞潜能的心脏干细胞,但其分化机制及因素尚不清 湖北省黄石市人,汉族, 楚。 2008年武汉大学毕业,博 2 Wt-1及Tbx18标记的胚胎心外膜细胞作为新发现的心脏干细胞为心脏损伤后的自我修复提供了崭新的 士,副教授,主要从事冠 思路和广阔的前景。明确心外膜细胞向心肌、血管平滑肌细胞分化的机制与因素,以提高心外膜源性心 心病基础与临床研究。 肌、血管平滑肌细胞的分化效能将加速心脏干细胞运用于临床。 zbch 200@163.com 3文章首次于体外建立了胚胎心外膜细胞的培养模型,相差显微镜观察胚胎心外膜细胞生长特点,使用 中图分类号:R318 免疫荧光技术对细胞进行胚胎心外膜细胞特异性抗体Wt-1、Tbx1 8染色。结果显示,细胞生长增殖迅速,几 文献标识码:A 乎10O%的细胞表达胚胎心外膜细胞特异因子,为进一步明确胚胎心外膜细胞的定向分化分子机制提供了新 文章编号:2095-4344 的思路。 (2013)44-07661-06 关键词: 收稿日期:2013-04-10 器官移植;心肺移植;心脏干细胞;心外膜细胞;细胞培养;分化;再生;增殖;信号通路;Wt-1;Tbx.18; 修回El期:2013-05-15 国家自然科学基金 (201304060/G’C) 主题词: 胚胎干细胞;细胞培养技术;再生;细胞增殖 基金资助: 国家自然科学基金青年项目(30900609)* ̄国家自然科学基金面上项目(81270271) 摘要 背景:胚胎心脏心外膜细胞是最近被发现的具有分化为心肌细胞和血管平滑肌细胞潜能的心脏干细胞,可分 化为心脏三系细胞,为心脏损伤的再生提供了新的细胞来源,但其定向分化机制及因素仍不清楚。 目的:体外建立小鼠胚胎心脏心外膜细胞培养模型。 方法:解剖显微镜下分离11.5—12.5 d小鼠胚胎心脏,剪除肺静脉血管、心房组织及左心室,移至6孔板(或 35 mm培养皿 培养,24 h后移走胚胎心脏组织继续培养。相差显微镜观察胚胎心外膜细胞生长特点;使用 免疫荧光技术对细胞进行胚胎心外膜细胞特异性抗体Wt-1、Tbx18染色。 结果与结论:胚胎心外膜单层细胞从组织块边缘长出,呈鹅卵石样,并围绕组织块向外延伸。移去胚胎心 脏后细胞继续生长,且增殖迅速,三四天后长至融合。所有细胞均强阳性表达胚胎心脏心外膜细胞特异性 抗体Wf_1及Tbxl8。结果表明,胚胎心脏心外膜细胞生长迅速、形态单一,均表达心外膜细胞特异因子, 细胞纯度高,成功构建了体外胚胎心脏心外膜细胞培养模型,为研究其定向分化的分子机制提供了新的 思路。 Establishment of in vitro culture model of mouse embryonic heart epicardial cells Zeng Bin’Wang Ai~li,Hu Dong.dong’,,Li Chang。(’Department of Cardiology,Renmin Hospital of Wuhan University,Wuhan 430060,Hubei Province,China;2EchOcardiOgraphy Room,Department of Cardiology,Zhongnan Hospital of Wuhan University,Wuhan 430071,Hubei Province,China; 3Department of Cardiology,Zhongshan Hospital of Hubei Province,Wuhan 430033,Hubei Province, China) Abstralct BACKGROUND:The embryonic epicardium can diferentiate Into myocardiaI ceils and the cardiac stem cells Zeng Bin☆.Doctor.Associate with the potentiaI of vascular smooth muscle cells.and it can differentiate into cardiac three.1ine cells which professor,Department of provide a new celI source for the regeneration of cardiac injury.But the directed diferentiation mechanisms and Cardiology,Renmin Hospital of regulatory factors are st川unclear. Wuhan University,Wuhan OBJECTIVE:To establish the in vitro culture modeI of epicardiaI cells of mouse embryonic hear1. 430060,Hubei Province.China METHODS:Embryonic hea ̄s were dissected fr0m the mice at pregnant 1 0.5—1 1.5 days.and the pulmonary zbch_2O0@163.com veins.atrial tissue and Ieft ventricle were cut off,then the embryonic hea ̄s were transplanted into the 6-welI ec。。 : 。,。.04.,。 plates(or 35 mm dish)for culture.After cultured for 24 hours,the embryonic hearc tissues were removed and Accepted:2013-05 15 cultured continuously.Phase contrast microscope was used to observe the growth characteristics of embryonic lsSN 2095—4344 CN 21—1 58’7R CoDEN:zLKHAH 7661 曾韦移.等 小鼠旺眙心畦心钋骥镪匏体外培养模型韵建立 一c一伽 epicardial cells;the immunofluorescence technique was used to stain the specific antibody Wt一1 and Tbxl 8 of embryonic epicardial cells. RESULTS AND C0NCLUSJ0N:The embryonic epicardial cel J monolayers gfew from tissue block edge with cobblestone—like and extended outwardly around the tissue blocks. er removed the embryonic heart.the cells grew continuously with rapid proliferation,and got fusion at 34 days.All the embryonic epicardial cells could positively express the specific antibody Wt-1 and Tbxl 8 of embryonic epicardial cells.The results indicate that embryonic epicardial cells have the characteristics of rapidly growth and uniform morphology,and can express the embryonic epicardial cell specific antibody with high purity.The successfully constructed in vitro culture models of embryonic epicardial cells provide new idea for the molecular mechanisms of directed d阡ferentiation. Subject headings:embryonic stem cells;cell culture techniques;regeneration;cell proliferation Funding:Youth Project of National Natural Science Foundation of China,No.30900609 :General Pr ̄ect of National Natural Science Foundation of China.No.81270271 Zeng B,Wang AL,Hu DD,Li C.Establishment of in vitro culture model of mouse embryonic heart epicardial cells. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu.2013;17(44):7661—7666. 0引言Introduction 1 材料和方法Materials and methods 长期以来,成体哺乳动物心脏被认为是终末分化 设计:细胞学体外实验。 器官,心脏细胞的损伤坏死将由心肌细胞的肥大及瘢 时间及地点:于2011年3月至2012年4月在武汉大 痕组织所取代r。。 。近年来,心肌梗死的年轻化和猝死 学人民医院心血管内科211工程实验室完成。 令人吃惊。目前治疗主要是药物、介入治疗和搭桥手 材料: 术,虽能改善症状,甚至使闭塞血管再通,却不能替 实验动物:昆明小鼠40只,其中雄鼠8只,雌鼠32只, 代坏死心肌,心脏移植能彻底改善心脏状态,但临床 8-12周龄,购自武汉大学实验动物中心,许可证号: 开展难度很大。自从20世纪70年代末受损的蝾螈心脏 SCXK(- ̄I;)2011—0004。实验中对动物的处理方法符合中 可以由绞碎的心肌碎片成功修补以来,细胞移植治疗 华人民共和国科学技术部颁发的《关于善待实验动物的 心脏疾病备受关注。 指导性意见》。 近年来,新兴的细胞移植技术将自体或异体的心肌 小鼠胚胎心脏心外膜细胞体外培养模型建立实验的主要 细胞移植入心肌梗死后的心肌瘢痕组织中,代替不可复 试剂: 生的坏死心肌,改善心脏功能。目前干细胞再生治疗成 为研究热点,种子细胞的寻找着干细胞的运用 J。 试剂 来源 骨髓源成体干细胞、胚胎干细胞、诱导多能干细胞的研 DMEM培养液、L一谷氨酰胺 Sigma Tbx18、WI1 Santa Cruz Biotechnology 究虽然取得重大进展,但因其各自的局限性了临床 运用 】;心脏干细胞优越的生物学特性逐渐吸引了研究 方法: 者的兴趣 J。 获得11.5—12.5 d孕鼠:发情期雌、雄小鼠合笼后, 随着研究的进展,发现哺乳动物心脏存在具有内 第2天早晨检查雌鼠阴道栓,阳性记为0.5 d,并将雌 在再生和修复潜能的心脏干细胞;这些细胞在体内、 鼠分开单独饲 侣 。 外心脏环境下可被诱导分化为3种主要的心系细胞:心 胚胎心脏心外膜细胞培养:无菌条件下摘取11.5—12.5 d 肌细胞、血管平滑肌细胞和血管内皮细胞,而且没有 小鼠胚胎,解剖显微镜下分离心脏,剪除静脉血管及心 伦理问题和形成畸胎瘤的风险,是目前被认为用于干 房组织;移至1%Geltin铺好的6孔板或35 mm培养 细胞治疗最佳的细胞类型[10-11】。胚胎心外膜细胞是最 皿中,用无菌玻片压住使其贴壁、避免漂浮;培养基为 近被发现的具有分化为心肌细胞和血管平滑肌细胞潜 无血清DMEM,2 mmol/L L一谷氨酰胺、1 00 U,mL青、 能的心脏干细 侄 引,但其分化机制及因素尚不 链霉素;培养24 h后,移走胚胎心脏组织继续培养, 清楚。 培养基为DMEM,体积分数1 0%胎牛血清,1 00 U/mL 实验于体外建立小鼠胚胎心脏心外膜细胞培养模 青、链霉素或根据实验需要添加各种细胞因子【 引。 型,相差显微镜观察胚胎心外膜细胞生长特点,使用免 胚胎心脏心外膜细胞免疫荧光染色:磷酸缓冲液PBS 疫荧光技术对细胞进行胚胎心外膜细胞特异性抗体 (0.01 mol/L,pH 7.2)洗3遍,冷甲醇固定30 min,体 Wl-1、Tbxl 8染色,以期为研究胚胎心脏心外膜细胞定 积分数1%TritonX一1o0破膜,PBS振洗3遍,10 g/L 向分化的分子机制提供新的思路。 牛血清白蛋白封闭;分别加Wt.1(抗兔1:300)、Tbxl8 7662 户o.Box 720n Shenyang 110004 WI, ̄/V.CRTER.org 曾榜.等 小鼠珏雅心啦心外睽缅匏体穸}培养模型的建立 鳊韧盆臌一c尺矾。 佳途径和能够改善心脏功能的最佳移植细胞数量和细 胞类型。③干细胞移植的临床适应证。④细胞移植后能 否产生正常的心肌电一机械耦联,形成真正的功能合胞 课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组 织直接或间接的经济或利益的赞助。 伦埋默术术跨实验中对动物的处理方法符合中华人民共和国 胚胎心外膜细胞一是最近被发现的具有分化 体。⑤干细胞移植后是否会在宿主体内长期存活、增殖 或分化仍不清楚。 科学技术部颁发的 关于善待实验动物的指导性意见》。 C.Kit 细胞是最早发现也是目前研究较多的心脏干 细胞。细胞表达C-Kit一般被认为具有心脏多项分化潜 能;分离心脏的C-Kit细胞,条件培养基培养后移植到大 鼠急性心肌梗死心脏中,3周后治疗组左室射血分数明 显改善 。Sca-1 心脏干细胞表达Sca.1而不表达造血 为心肌细胞和血管平滑肌细胞潜能的心脏干细胞,但其分化 机制及因素尚不清楚。心外膜细胞是位于心脏表面的一 层间皮细胞组成的膜,在心脏发育过程中起着重要的作用。 Wt-1及Tbxl 8标记的胚胎心外膜细胞作为新发现的心脏干 细胞为心脏损伤后的自我修复提供了崭新的思路和广阔的 细胞表面因子和C-kit,Sca一1 细胞在体外虽不能自然分 化为心脏细胞,但特定条件培养后部分细胞表达心肌细 胞特异因子(Nkx2.5、Tn I和a.actin);静脉注射的 Sca.1 细胞,可以定向回到缺血再灌注心脏中并分化为 心肌细胞I 。isll 基因在心脏生长发育过程中有重要作 用,且标记第二心区来源的心脏干细 。‘酬;在新生啮 齿类和人的心脏里也能检测到这群isll 细胞,且保持着 未分化状态;与新生鼠的心脏细胞共培养后,这些细胞 分化为可白发收缩的心肌样细胞;并与周围细胞形成电 机械信号联系 。 胚胎心外膜细胞是最近被发现的具有分化为心肌 细胞和血管平滑肌细胞潜能的心脏干细胞,但其分化机 制及因素尚不清楚。心外膜细胞是位于心脏表面的 一层间皮细胞组成的膜,在心脏发育过程中起着重要的 作用,缺少心外膜的小鼠死于胚胎早 ∞ 。低级动物 斑马鱼心脏损伤试验发现,心外膜细胞在心脏损伤后可 迁移入心肌层并分化冠脉血管,损伤的心肌细胞可被完 整的修复I弱训】;Wt-1及Tbxl 8在小鼠的心外膜前体细胞 中表达,且在心外膜层细胞中持续表达;最近发现Wt.1 及Tbx18标记的胚胎心外膜细胞体内外可以分化为心肌 细胞、血管平滑肌细胞p 。WI_1及Tbxl8标记的胚胎心 外膜细胞作为新发现的心脏干细胞为心脏损伤后的自 我修复提供了崭新的思路和广阔的前景。明确心外膜细 胞向心肌、血管平滑肌细胞分化的机制与因素,以 提高心外膜源性心肌、血管平滑肌细胞的分化效能将加 速心脏干细胞运用于临床。 作者这次实验在体外建立了胚胎心外膜细胞的培 养模型,相差显微镜观察胚胎心外膜细胞生长特点,使 用免疫荧光技术对细胞进行胚胎心外膜细胞特异性抗 体Wt.1、Tbxl 8染色。实验结果显示,细胞生长增殖迅 速,几乎100%的细胞表达胚胎心外膜细胞特异因子; 为进一步明确胚胎心外膜细胞定向分化分子机制提供 了研究基础。 考 曾彬负责实验设计、评估、完成全部实验及成 文,王艾丽负责资料收集、修改;其他作者均参与了实验或协 助实施,均经过正规培训。 |ssN 2095—4344 CN 21—1581/R C0DEN:zLKHAH 前景。 考觑文章为原创作品,数据准确,内容不涉及泄密, 无一稿两投,无抄袭,无内容剽窃,无作者署名争议,无与他 人课题以及专利技术的争执,内容真实,文责自负。 4参考文献References 【1】 Lui KO,Bu L,Li RA,et a1.Pluripotent stem cell-based heart regeneration:from the developmental and immunological perspectives.Bitrh Defects Res C Embryo Today.2012;96(1) 98.108. f2】Ludwig M Steinhoff G|Li J.The regenerative potential of angiotensin AT2 receptor in cardiac repair.Can J Physiol Pharmaco1.2012:90(3):287-293. 【3】 Abde1wahid E,Siminiak Guarita—Souza LC,et a1.Stem cell therapy in heart diseases:a review of selected new perspectives,practical considerations and clinical applications.CUrT Cardiol Rev.2011;7(3):201—212. 【4】 S&nchez A,Schimmang Garcia-Sancho J.Cell and tissue therapy in regenerative medicine.Adv Exp Med Bio1.201 2: 741:89.102. 【5】 Gnecchi M,Danieli Cervio E.Mesenchymal stem cell therapy for heart disease.Vascul Pharmaco1.2012;57(1): 48—55. [6 6】Rangappa S,Makkar R,Forrester J.Review article:current status of myocardial regeneration:new cell sources and new strategies.J Cardiovasc Pharmacol Ther.2010;15(4): 338-343. [7】 Menasch6 P Embryonic stem cells in the treatment of severe cardiac insufficiency.BiolAujourdhui.2012;206(11:31_44. 【8】Pal SN,Kofidis T New cell therapies in cardiology.Expe ̄Rev Cardiovasc Ther.201 2;1 0(8):1 023-1 037. 【9】 Gittenberger-de Groot AC,Winter EM,Bartelings MM,et a1. The arterial and cardiac epicardium in development,disease and repair.Diferentiation.2012;84(1):41-53. [1 0】Barile L,Messina E,Giacomello A,et a1.Endogenous cardiac stem cells.Prog Cardiovasc Dis.2007;50(1):31-48. 【1 1】Collins JM,Russell B.Stem Cel lTherapy for Cardiac Repair. J Cardiovasc Nurs.2009;24(2):93—97. [12】Cai CL,Martin JC,Sun et a1.A myocardial lineage derives fr0m Tbxl 8 epicardial cells.Nature.2008;454(7200):1 04—1 08. 【1 3】Wu X,Ferrara C,Shapiro E,et a1.Bmp7 expression and null phenotype in the urogenital system suggest a role in re—organization of the urethral epithelium.Gene Expr PaRerns 2009;9(4):224-230. 曾彬,等 小鼠胚胎心虢心讣膜镪匏体穸}培养模型的建立 【14】Hassane S,Claij N,Jodar M,et a1.Pkd1一inactivation in vascular smooth muscle cells and adap ̄tion to hypertension. Lab Invest.2011;91(1):24—32. 【15]Kim J,Rubin N,Huang et a1.In vitro culture of epicardial cells frOm adult zebrafish heart on a ifbrin matrix.Nat Protoc. 2012:7(2):247—255. 『161 Zhou B,Pu W Isolation and characterization of embryonic and adult epicardium and epicardium—derived cel1.Methods Mol Bio1.2012;843:155.168. 【17】余德立,余资江.大鼠视网膜干细胞的增殖和多向分化[J】.中国 组织工程研究,2012,16(6):1015—1018. [18】于滋超,郭开今.不同年龄段大鼠脊髓源性神经干细胞的体外培 养及鉴定【J】l中国组织工程研究,2012,16(45):8506・8509. 【191 Mazo M,Arafia M,Pelacho B,et a1.Mesenchymal stem ceils and cardiovascular disease:a bench to bedside roadmap. Stem Cells Int.201 2;201 2:1 75979. 【20】Choi SH,Junq S Kwon SM,et a1.Perspectives on stem cell therapy for cardiac regeneration.Cir J.201 2;76(6):1 307— 1312. 【21】Didi6 M,Christalla P'Rubart M,et a1.ParthenogenetIc stem cells for tissue.engineered heart repair.J Clin Invest.201 3: 1 23(3):1 285.1 298. 【22】Hindley C,Philpott A.The cell cycle and pluripotency. Biochem J.2013;15(12):135—143. [23】Tsubouchi Fisher AG.Reprogramming and the pluripotent stem cel lcycle.CurrTop Dev Bio1.2013:104:223-241. 【24】Medvedev SP,Pokushalov EA,Zakian SM.Epigenetics of pluripotent cells.Acta Naturae.201 2;4(4):28-46. 【25】杨新春,易方方,蔡军,等.由胚胎干细胞分化的心肌细胞移植对心 肌梗死大鼠左心室重构及心功能的影响【J】.中华器官移植杂志, 2007。28(9):530。533. [26】Ensenat-Waser R,PelliCer A,Simon C.Reprogrammed induced pluripotent stem cells:how suitable could they be in reproductive medicine?Fertil Steril.2009 ;91(4):971-974. [27】Ferreira LM,Mostajo—Radji MA.How induced pluripotent stem cells are redefining personalized medicine.Gene.201 3;520 (1):1-6. 【28】Simara P.Motl JA,Kaufman DS.Pluripotent stem cells and gene therapy.Transl Res.201 3;1 61(4):284-292. 【29】Dawn B,Stein AB,Urbanek K,et a1.Cardiac stem cells delivered intravascularly traverse the vessel barrier, regenerate infarcted myocardium,and improve cardiac function.Proc NatlAcad Sci USA.2005;102(10):3766.3771. 7666 www.CRTER.org 【30】Oh H,Brasfute SB,Gallardo TD,et a1.Cardiac progenitor eclls fr0m adult myocardium:homing,diferentiation,and fusion after infarction.Proc Natl Acad Sci USA.2003; 100(21、:12313-12318. 【31】Cai CL,Liang X,Shi Y et a1.Isll identifies a cardiac progenitor population that proliferates prior to diferentiation and contributes a majority of eclls to the heart.Dev Cel1. 2003:5(6):877—889. 【32]Klaus A,MQIler M,Schulz H,et a1.Wnt/p-ectenin and Bmp signals controI distinct sets of transcription factors in cardiac progenitor cells.Proc Nat lAcad Sci U S A.2012;109(27): 10921.10926. [33】Pandur Sirbu IO,K0hl SJ,et a1.Islet1-expressing cardiac progenitor ecils:a comparison across species.Dev Genes Evo1.201 3;223(1-2):1 1 7-1 29. 【34】Messina E,De Angelis L,Frati G et a1.Isolation and expansion of adult cardiac stem cells fr0m human and murine heart.Circ Res.2004;95(9):91 1—921. 【35]Perez-Pomares JM,de la Pompa JL.S ̄naling during epicardium and coronary vessel development.Circ Res. 2011:109(12):1429-1442. [36】Hinkel R,Trenkwalder Kupat C.Molecular and cellular mechanisms of thymosin p4一mediated cardioprotection.Aan N YAcad Sci.2012:1269:1O2—109: 【37】Nakano H,Williams E,HoshUima M,et a1.Cardiac origin of smooth muscle cells in the jnflow tract.J MoI Cell Cardio1. 201 1;50(2):337—345. 【38】Lepilina A,Coon AN,Kikuchi K。et a1.A dynamic epicardial injury response suppo ̄s progenitor ecll activity durign zebrafish heart regeneration.Cel1.2006.127(3):607—619. 【39】Limana F,Capogrossi MC,Germani A.The epicardium in cardiac repair:fr0m the stem celI view.PharmacoI Ther. 2011:129(1):82-96. 【40】Kim J,Wu Q,Zhang Y,et a1.PDGF signaling is required for epicardial function and blood vessel formation in regenerating zebrafish hea ̄s.Proc Natl Acad Sci U S A.201 O:1 07(40): 17206-17210. 【41】Gonz ̄lez—Rosa JM,Martin、,,Peralta M,et a1.Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish.Development.2011:138(9):1663-1674. P.O.Box 1200,Shenyang 110004 www.CRTER.org