人骨髓基质细胞脑移植改善大鼠

【摘要 】 目的 观察人骨髓基质细胞 (BMSCs)移植对新生大鼠缺氧缺血性脑损伤 (H I BD)的保护作
探讨 BMSCs脑移植** H I BD的可行性。方法 36只新生大鼠随机分为对照组、 H I BD组和移植组
n = 12)。H I BD组和移植组大鼠 7日龄时结扎左侧颈总动脉后吸入 8% 氧气 2 h制成 H I BD模型。对
仅分离左颈总动脉 ,不予结扎和缺氧。分离培养人 BMSCs,损伤后 3 d将 BMSCs立体定位脑移植到移
大鼠左侧感觉运动皮层。3～4周龄时 ,观察大鼠行为学和组织学的改变 ,并用**荧光检测移植细胞
存活情况。结果 缺氧缺血后 3周 , H I BD组海马 DG区和皮层单位面积内神经元数目较正常组减少 [海
DG区: (39 . 2 ± 5 . 6) 个 vs (51 . 1 ± 3 . 9)个 , P < 0 . 001;皮层: (12 . 3 ± 3 . 0)个 vs (17 . 8 ± 3 . 0)个 , P
01 ]。BMSCs移植后海马 DG区和皮层单位面积内神经元数目 [海马: ( 44 . 9 ±3 . 1)个 ,皮层: ( 17 . 5
)个 ]较 H I BD组增加 ( P < 0 . 01)。与对照组比较 , H I BD组在 T迷宫、 感觉运动功能测试中表现出明显
不足。BMSCs脑移植组各项行为学测试成绩较 H I BD组均有明显改善。**荧光显示移植后 3周 ,BM
在脑内存活。结论 BMSCs脑移植可以改善新生鼠 H I BD。
【关键词 】 缺氧缺血; 脑; 骨髓基质细胞; 移植; 大鼠
Effects of human bone marrow stroma l cells i n tracerebra l tran spl an ta ti on on the i mprovemen t of hypox i c2
ischem i c bra i n damage i n ra ts ZHONG Le, YANG Yu2jia, J I A Yan2jie, et al . Depart m ent of Pediatrics, X ian2
gya Hospital , Central South Univer sity, Changsha 410008, China
【Abstract】 Objecti ve To investigate the p r otective effect of bone marrow str omal cells (BMSCs) intrace2
rebral trans p lantati on on ratswith hypoxic2ischemic brain damage (H I BD) . Methods Thirty2six 72 days2 old S D
rats were randomly divided int o the Control gr oup, H I BD group and Transp lanted group ( n = 12) . Rats in the lat2
ter t wo gr oup swere subjected t o ligati on of the left car otid artery, foll owed by 2 hours of hypoxia . Contr ol ratswere
sham operated without ligati on of the artery and subsequent hypoxia . BMSCs were obtained from healthy human
ribs . Rats in the Trans p lanted group received BMSCs intracerebral trans p lantati on in the left sens ori mot or cortex at
the 3
rd
day post2 damage . The neur op rotective effect of trans p lantati on was evaluated by hist ol ogical examinati on and
behavi oral tests, which concluded the T2 maze test and sens ori mot or tests, at 3～4 weeks postnatal . Transp lanted
BMSCs were identified by i mmunofluoresence . Results Hypoxia2ischemia induced neurons l ost in DG area
(33 . 92 ± 5 . 6) vs (51 . 1 ± 3 . 9) , P < 0 . 001 ] and cortex [ (12 . 3 ± 3 . 0) vs (17 . 8 ± 3 . 0) , P < 0 . 001 ] was sig2
nificantly less in BMSCs transp lanted rats [ (44 . 9 ± 3 . 1) , P = 0 . 003; (17 . 5 ± 3 . 1) , P < 0 . 001 ] than in H I BD
rats . H I BD rats show much insufficiency in the behavi or tests, as compared with the contr ols . While in most be2
havi or tests the trans p lanted rats were significantly better than the H I BD rats . With i mmunofluoresence examina2
ti on, BMSCs could be found in the brains . Conclusi on I ntracerebralBMSCs trans p lantati on could i mp r ove H I BD
in rats .
【Key words】 Hypoxia2ischemia brain; Bone marr ow stromal cell ; Cell trans p lantati on; Rat
尽管围产医学取得了很大进展 ,缺氧缺血性脑病
(H IE)的发病率并没有明显下降 ,它仍是脑瘫、 精神发
育迟滞、 学习障碍和癫痫的常见原因[ 1 ]
。虽然目前
H IE的机制研究取得了很大进展 ,但是临床仍缺少特
异性**手段 ,以对症支持综合**为主。近来发现
骨髓基质细胞 (BMSCs)移植可以**成年鼠大脑中
动脉阻断 (MCAO)模型缺血性脑损伤 , 但 BMSCs移植
**新生鼠缺氧缺血性脑损伤 (H I BD)是否也有效尚
缺乏相关的研究。新生动物 H I BD属于弥漫性脑损
伤 ,与成年大鼠 MCAO模型易损部位以及发病和修复机制均有不同。因此我们进行了以下实验探讨BMSCs
移植对新生大鼠 H I BD有无保护作用。
材料与方法
一、 人 BMSCs的原代培养及传代
取健康胸外伤病人肋骨 (由胸外科提供 ) ,无菌状
态下 ,用 DMEM完全培养基仔细冲洗骨髓腔 ,将冲洗
下的组织反复通过 1ml的注射器 ,制备成细胞悬液 ,
镜下计数 ,稀释后以 1 ×10
7
接种于 75 cm2
培养瓶中。
24 h后换液 ,去除未贴壁的细胞。待贴壁细胞 90%融
合后 , 0 . 25%胰蛋白酶消化传代。
二、 动物分组及缺氧缺血脑损伤模型的制备
36只新生清洁级 Sp rague2 Dawley大鼠 (由中南大学实验动物中心提供 ) ,雌雄不拘 ,体质量在 12 g以
上 ,随机分为对照组 , H I BD组和 BMSCs移植组 ,每组
12只。按照 Rice方法[ 4 ]
制作 H I BD模型。简述为:分
离、 结扎、 并剪断左颈总动脉 ,而后将之放入 8%的氮
氧混合气的 36℃ 恒温箱 2 h。12只对照组大鼠于 7日
龄行假手术 ,仅予以分离左颈总动脉 ,不予结扎和缺
氧。移植组大鼠在缺氧缺血后 3 d进行移植。
三、 间接**荧光
正常山羊血清室温封闭 30min;加入一抗 4℃冰
箱过夜; PBS洗 5min × 3次;加入二抗室温 1 h; PBS洗
5min × 3次;荧光显微镜下观察。BMSCs的鉴定所用
一抗分别为小鼠抗 CD11b单抗 (1: 200, Santa Cruz) ;
小鼠抗 CD90 . 1单抗 ( 1: 200, Chemicon) ;兔抗 CD34
多抗 ( 1: 200, Santa Cruz) ;兔抗 CD59多抗 ( 1: 200,
Santa Cruz) ;小鼠抗纤粘连蛋白单抗 ( 1: 200, Santa
Cruz)。体内外人 BMSCs的识别所用一抗为小鼠抗人
核单抗 (1: 30, MAB1281, Chemicon)。二抗为山羊抗
小鼠 I gG2 Cy3 (1: 100, Sigma) ,或山羊抗兔 I gG2 Cy3 (1:
100, Sigma)。
四、 BMSCs移植
取第 5代 BMSCs,洗涤离心后 ,调整活细胞密度为
5 × 10
7
/ ml。应用立体定位仪 ( ST OELTI NG T L 2型 ,
美国 ) ,以左侧感觉运动皮层区 (前囟前 0 . 3mm;前囟
左 2mm,深 1 . 5mm)为移植点 ,注入 2μl BMSCs细胞
悬液 (5 × 10
4
/μl)。
五、 行为学测试[ 2 ]
1 . T迷宫测试[ 2 ]
( T maze test) :每只动物每日测
试 5次 ,每次间隔 15min,连续 4 d,共 20次。
2 .感觉运动功能测试: 34日龄时进行测试[ 3 ]
。包
括足错误 ,肢体放置和试验具体方法见钟乐[ 2 ]
和王
霞[ 3 ]
报道。
六、 组织切片制备
28日龄时进行。10%水合氯醛麻醉 ,打开胸腔 ,
左心室穿刺 ,注入冷**生理盐水 ,同时剪开右心耳让
血流出 ,直至流出的液体变清为止 ,再与以 4%多聚甲
醛 /0 . 1MPBS灌注固定。断头取脑 ,置于 4%多聚甲
醛 /0 . 1MPBS溶液中固定 72 h以上。常规脱水及石蜡
包埋 ,切片厚 3μm。
七、 尼氏染色
取前囟和前囟后 3mm部位切片 , 0 . 1%甲苯胺兰
60℃ 温染 1min,水洗 , 70%、 80%酒精脱水 , 95%酒精
镜下分化 ,直至细胞核和背景为淡蓝或无色, 100%酒
精脱水 ,松节油透明 ,封片。光镜下 ( × 200)计数皮层
和海马 DG区单位面积神经元数目。
八、 统计学分析
全部资料用 SPSS11 . 0软件包统计软件处理。
结 果
一、 BMSCs的原代培养与传代
刚接种时 ,培养瓶中有大量的悬浮细胞。24 h换
液后可见部分细胞贴壁 ,仍为圆形。骨髓中的造血干
细胞不会贴壁 ,可在换液中逐渐除去。贴壁的细胞渐
增多 ,为成纤维细胞样细胞 ,胞体细长呈纤维状 ,细胞
核较大 ,为椭圆形。7 d时 ,细胞呈簇状生长 ,分布不
均 ,显示出集落生长趋势。至 2周时 ,细胞融合成单
层。传代细胞 24 h内完全贴壁 , 3 d进入对数生长期 ,
7～10 d后即可融合。
二、 **荧光
培养的细胞表达 CD59, CD90 . 1和纤粘连蛋白等
抗原 ,不表达 CD11b, CD34等白细胞和造血干细胞抗
原 ,说明其为 BMSCs。小鼠抗人核抗体 (MAB1281)能
识别来源于人的细胞核 ,不识别其他物种的细胞核 ,结
果显示人 BMSCs表达人核抗体 ,而对照的大鼠 BMSCs
不表达人核抗体。
三、 BMSCs移植对缺氧缺血后神经元损伤的影响
缺氧缺血导致了神经元损伤 ,使 H I BD组海马 DG
区和皮层单位面积内神经元较正常组减少 [ ( 39 . 2 ±
5 . 6)个 vs (51 . 1 ± 3 . 9)个 , P < 0 . 001; (12 . 3 ± 3 . 0)个
vs (17 . 8 ±3 . 0)个 , P < 0 . 001 ]。BMSCs移植后海马
DG区和皮层单位面积内神经元数目较 H I BD组增加
[ (44 . 9 ±3 . 1)个 , P = 0 . 003; ( 17 . 5 ±3 . 1 )个, P <
0 . 001 ]。
四、 BMSCs移植对缺氧缺血后行为学损伤的影响
1 . T迷宫测试:各组在连续 4 d的试验中 ,随着天
数的增加 ,对照组和移植组正确率逐渐增高 ,而 H I BD
组正确率上升不明显 ,说明学习能力较差。在第 4天
时各组间正确率的差异有显著性意义 ( F = 24 . 772, P
< 0 . 001) , H I BD组的正确率较对照组和移植组显著降
低 ( P < 0 . 001, P = 0 . 004) ,移植组的正确率低于对照
组 ( P = 0 . 007)。见表 1。
表 1 各组 T迷宫测试正确率 ( n = 12, % , x ±s )
组别 1 d 2 d 3 d 4 d
对照组 61 . 7 ± 18 . 0 81 . 7 ± 13 . 4 86 . 7 ± 15 . 6 98 . 3 ± 5 . 7
H I BD组 58 . 3 ± 27 . 8 63 . 3 ± 36 . 0 68 . 3 ± 26 . 2 66 . 7 ± 15 . 63 3
移植组 60 . 0 ± 19 . 1 70 . 0 ± 18 . 1 73 . 3 ± 21 . 5 86 . 7 ± 17 . 13 △
F值 0 . 077 1 . 719 2 . 325 24 . 772
P值 0 . 930 0 . 190 0 . 110 0 . 000
注:与对照组比较 3
P› 0. 05,
3 3
P› 0. 01;与 H I BD组比较 △ P›
0. 01
2 .感觉运动测试:足错误:各组的足错误右左差值
差异有显著意义 ( F = 15 . 675, P < 0 . 001) , H I BD组右
左差值 (3 . 00 ± 1 . 04)较对照组 (0 . 67 ± 1 . 30)和移植
组 (0 . 33 ± 1 . 44)高 (均 P < 0 . 001) ,说明该组大鼠左
右运动不对称 ,右侧差于左侧。移植组与对照组比较
差异没有显著意义 ( P = 0 . 525)。
姿势反射:各组大鼠得分情况见表 2。对照组均
为 0分 ,而 H I BD组仅 8例为 0分 ,两组差异有显著意
义 ( Z = - 2 . 145, P = 0 . 032) ;移植组 11例为 0分 ,较
· 003 · 中国行为医学科学 2006年 4月第 15卷第 4期　Chin J of BehavioralMed Sci,Ap ril 2006,Vol 15,No . 4
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net表 2 各组大鼠姿势反射不同得分情况比较 (例数 )
组别 鼠数 0分 1分 2分
对照组 12 12 0 0
H I BD组3
12 8 4 0
移植组 12 11 1 0
注:与对照组比较,
3
P› 0. 05
H I BD组增多 ,但两组间差异无显著性 ( Z = - 1 . 476,
P = 0 . 140)。
肢体放置:对照组与移植组大鼠的得分差值绝大
多数为 0分 (百分率分别为 91 . 67%和 100% ) ,而
H I BD组的得分差为 1～4分 (1～4分得分百分率分别
为 16 . 67%、 33 . 33%、 16 . 67%、 33 . 33% ) ,与对照组和
移植组比较差异有显著性 ( Z = - 4 . 349, P < 0 . 001; Z
= - 4 . 4, P < 0 . 001)。
五、 移植后 BMSCs的检测
单克隆抗人核抗体 (MAB1281)能识别移植到大
鼠脑内的人 BMSCs。在移植部位可见大量阳性细胞
延针道分布 ,大量分布于移植点周围 ,向脑实质内扩
散 ,随着移植点距离的增大阳性细胞逐渐减少。
讨 论
7日龄的大鼠处于脑发育的高峰期 ,相当于人类
的 32～34周胎龄或新生儿期 ,此时缺氧缺血造成的脑
损伤与围产期窒息造成的足月儿脑损伤相似[ 4 ]
。目
前动物实验多采用短期内病理损伤情况和生物化学改
变作为判断 H I BD疗效的指标。但在**神经系统 ,
特别是未成熟脑中 ,组织的修复和代偿机制会影响远
期的损伤情况和功能恢复 ,因此远期的组织学和行为
学检查更有意义[ 5 ]
。
本研究显示 ,在缺氧缺血 4周后 , H I BD大鼠 DG
区和皮层单位面积内神经元分别为对照组的 75 . 8%
和 68 . 8% ,而 BMSCs移植对于缺氧缺血造成的神经元
损伤有保护作用 , DG区和皮层单位面积内的神经元
数目恢复至对照组的 87 . 1%和 98 . 9%。移植后神经
元数目的增加可能与以下三个机制有关:移植细胞直
接分化为神经元、 移植促进神经干细胞增殖分化为神
经元以及 BMSCs分泌的干细胞因子、 神经生长因子、
脑源性神经生长因子、 碱性成纤维生长因子等因子具
有神经元保护作用[ 62 8 ]
。
行为学检查也显示 , H I BD大鼠在损伤 3周后 T迷
宫测试和感觉运动测试成绩会显著低于对照组。T迷
宫测试主要用于学习记忆和空间能力考察。边缘系统
中的海马与学习和记忆有密切的关系[ 9, 10 ]
。除了海
马外 ,大脑皮质、 纹状体、 杏仁核和小脑也与学习记忆
有关[ 11 ]
。缺氧缺血损伤皮层、 丘脑和纹状体 ,会导致
大鼠的感觉运动功能异常[ 12 ]
。在感觉运动测试中 ,由
于存在个体差异 , H I BD大鼠不一定所有的测试均异
常;而对照鼠也可能有某项测试的异常 ,因此本研究采
用了 3项感觉运动测试以提高检查的准确性和特异性。
实验发现 ,将人 BMSCs移植**新生大鼠 H I BD,
可以显著改善行为学损伤 ,这与 BMSCs移植**成年
鼠脑缺血的结果相似[ 6, 13 ]
。BMSCs移植到感觉运动皮
层可使感觉运动各项测试成绩基本恢复正常水平 ,对
T迷宫测试的成绩也有改善。由于实验中未观察到能
迁移至海马部位的 BMSCs,考虑移植对学习记忆和空
间能力的改善可能与以下两点机制有关:其一 ,除了海
马外 ,皮层和纹状体也与学习记忆有关 ,移植的细胞对
皮层以及邻近的纹状体起了功能重建作用;其二 ,
BMSCs 能分泌干细胞因子、 神经生长因子、 脑源性神经
生长因子、 碱性成纤维生长因子等多种细胞因子[ 62 8 ]
,
这些细胞因子对海马可能起到了保护作用。
虽然实验中采用的是异种移植 ,没有进行**抑
制** ,移植物却存活良好,这可能与 BMSCs不表达
主要组织相容性抗原和白细胞分化簇 (CD) 40、 CD80、
CD86,并能分泌可溶性介质下调**反应有关[ 6 ]
。如
果 BMSCs移植日后应用于临床 ,将能采集患者自体细
胞进行移植 ,无需考虑**排斥问题。本实验证明了
BMSCs移植**新生大鼠 H I BD,对组织学和行为学
均有改善作用。因此 , BMSCs作为细胞移植物 ,在新
生儿 H IE的**上可能有广阔的应用前景。
参 考 文 献
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(收稿日期: 2005 - 08 - 25)
(本文编辑:冯学泉 )