目前,應用神經組織工程學的方法來促進面神經的再生和修復已成為當今研究的新熱點,我們在前期實驗中應用神經干細胞(neuralstemcells,NSCs)移植到可吸收的神經導管修復面神經的缺損取得的不錯的效果,但在實驗中發現來源于中樞的髓磷脂相關抑制物 (Nogo-A,myelinassociat-edinhibitorsNogo),髓磷脂相關糖蛋白 (myelinassociatedglycoprotein,MAG),少突細胞-髓磷脂糖 蛋 白 (oligodendrocyte-myelinglycoprotein,Omgp)是阻礙神經再生的重要因素,這些因子都通過共同受體Nogo受體(Nogoreceptor,NgR)起作用,因此,我們應用RNAi抑制NSCs中NgR的表達來探討修復大鼠面神經缺損。
1材料與方法
1.1材料和試劑
pGCsi載體、感受態大腸桿菌DH5α購自上海吉凱公司、LipofectamineTM2000、NgR、MAP-2抗體購自Invitrogen公司,各種胎牛血清、EGF、bF-GF購自R﹠D公司,PLGA導管購自上海天清生物公司,其規格為內徑0.8mm,外徑1.2mm。
1.2方法
1.2.1NSCs培養及鑒定 孕10d左右的SD大鼠,取其胚胎海馬組織,進行NSCs的原代培養、3~4d半量換液,5~7d傳代。種植NSCs于涂有多聚賴氨酸的小玻片上,采用甲醛固定,血清封閉,分別加入相應抗體等步驟后在顯微鏡下觀察染色情況。具體步驟見文獻〔1〕。
1.2.2NgRshRNA表達載體的構建、擴增及鑒定 根據shRNA的設計原則、載體pGCsi的酶切位 點 以 及GenBank中NgR的 編 碼 序 列(12407650),參考文獻〔3〕合成針對NgR編碼區360-380bp和1205-1225bp(AATCTTCCTG-CATGGCAACCG)(AAGCCTCAGTACTGGAA-CCCG)為小發夾的靶向的DNA片段。設計好的發夾送由上海生工有限公司定制合成,將人工合成的DNA序列的兩條鏈,進行等濃度的退火結合,95℃加熱5min,然后降至室溫,形成具有粘性末端的互補雙鏈,3h后與酶切后pGCsi載體產物在T4連接酶作用下連接,轉化大腸桿菌感受態細胞,然后將150μl已轉化的感受態細胞轉移到瓊脂培養液上,37℃過夜培養,克隆產物測序鑒定。
1.2.3脂質體介導NgRshRNA轉染NSCs按照InvitrogenLipofectamineTM2000的說明書進行脂質體轉染。轉染前1d,于六孔板內接種1×105細胞,加入15% FBS的DMEM2ml進行培養,將2μgNgRshRNA質 粒 和4μlLipofectamineTM2000先 分 別 用250μl不 含 抗 生 素 和 血 清 的DMEM稀釋,后將稀釋的質粒和LipofectamineTM2000混合,室溫孵育20min。把這500μl混合物加入六孔板的培養液中,來回搖晃以混勻。設立實驗組、空質粒對照組。細胞于37℃、5% CO2的培養箱中繼續培養,轉染6h后更換為含抗生素和血清的DMEM培養液,3d后在熒光顯微鏡下觀察GFP的表達,計算其轉染效率。
1.2.4WesternBlot檢測NSCs中NgR的表達分別取實驗組和空質粒對照組的NSCs,轉染3d后見明顯熒光,用冰預冷的PBS洗2次,加入細胞裂解液裂解抽提蛋白,按照WesternBlot實驗技術操作說明分別進行蛋白定量,SDS-PAGE電泳、轉膜、封閉,及加入羊抗的NgR抗體和兔抗羊的二抗進行雜交、洗膜等操作后,把膜與SuperSignalWesternBlotting化學發光底物室溫孵育5min,曝光X光片,然后顯影定影。
1.2.5經NgRshRNA干擾后NSCs的分化干擾后3d把有明顯熒光的NSCs直接接種于涂有多聚賴氨酸的蓋玻片上,置于35mm培養皿,待細胞貼壁后加入NSCs的分化培養液,2周后進行干細胞的分化鑒定,用甲醛固定,血清封閉,分別加入MAP-2抗體等方法進行神經元的鑒定,以未干擾的NSCs分化作為對照。在LeicaQW3圖像分析軟件下在200倍視野下進行細胞計數,每組觀察5張蓋玻片,每張蓋玻片觀察6個不重復視野,計算各組神經元占總細胞數的比例,數據以x珚±s表示,應用SPSS12.0統計軟件,兩組間數據比較采用t檢驗,以P<0.05為差異有統計學意義。
1.2.6干擾后NSCs移植入PLGA管,進行場掃描電鏡觀察干擾后的NSCs生長至培養瓶的70%~80%密度后,離心5min,去除上清液,加入1ml培養液,吹打后,計數板計數,得到細胞數約為(0.5~1.0)×105/ml,取出細胞懸液100μl加入細胞外基質200μl,形成混合液,將混合液注入培養液浸泡的PLGA管內,將PLGA管置于培養皿中,移入培養箱。種植后4h后發現細胞貼壁后加入干細胞的分化培養液,2周后,送至同濟大學電鏡室進行場掃描電鏡觀察。
2結果
2.1NSCs培養結果
培養7d左右可見數十個乃至數百個細胞組成的神經球,細胞免疫化學結果示Nestin陽性,誘導分化可見大量形態各異的神經細胞,這些結果證實了所培養的細胞為NSCs。
2.2重組質粒的構建結果及轉染結果
構建了2個NgR-shRNA表達載體質粒,分別命名為P1、P2,并經測序鑒定證實,所含目的基因序列準確無誤,重組質粒構建成功。
NgR-shRNA經脂質體介導轉染NSCs,WesternBlot檢測結果:轉染72h后,脂質體組可抑制NgR蛋白的表達,而裸質粒組對NgR蛋白的表達無明顯影響(圖1)。轉染72h后在倒置熒光顯微鏡下觀察細胞,P1、P2、陰性對照組均可見較多細胞表達綠色熒光,初步計算轉染效率為40%~50%,各組間差異無統計學意義(圖2)。NSCs轉染后神經元的分化結果:沉默了NgR的NSCs,分化2周后向神經元分化的比例明顯高于未轉染組(圖3),神經元比例分別為46.79±4.10、22.26±4.54,差異有統計學意義。
2.3場掃描電鏡觀察種植
NSCs的PLGA管在分化2周后可見導管壁上生長著各種形態的神經細胞(圖4)
3討論
目前,面神經斷傷后的再生與修復仍是一項挑戰性難題。近年來組織工程修復神經缺損已越來越受到重視,我們在前期實驗中應用NSCs移植到可吸收的神經導管修復面神經的缺損取得的不錯的效果,但在實驗中發現來源于中樞的Nogo-A、MAG、Omgp是阻礙神經再生的重要因素,這些因子都通過共同受體NgR起作用,現已經證實它們對損傷后中樞神經的再生具有抑制作用,如果在基因水平下抑制NgR的表達,可直接減輕髓磷脂相關抑制物的抑制作用。近2年來發展迅速的小分子RNA干擾技術,提供了這種可行性。
RNA干擾是指通過人為地引入與內源靶基因具有相同序列的小的雙鏈RNA,誘導內源性靶基因降解,達到阻止基因表達的目的,如何干擾NgR成為當前研究的重點。以siRNA實現基因沉默是將關于髓隣脂相關抑制因子的基礎研究轉化為基因干擾策略,NgR被認為是目前的最佳干預靶點。Li等將可溶性的大鼠NgR1蛋白進行膜內注射,該蛋白融入了大鼠的IgG1區,觀察脊髓脊髓胸段半切斷的大鼠脊髓軸突變化。發現經sNgR1-Ig治療后軸突再生明顯,而且功能明顯的。
Kim等的研究也發現NgR基因缺陷小鼠脊髓全部橫斷14周后行為學評估有了很大改善。在周圍神經損傷修復中,有文獻報道坐骨神經切斷后局部應用MAG可以減少損傷促進能夠的恢復,但較少涉及到NgR的表達。我們前期實驗應用NSCs移植修復周圍性面神經的損傷,雖然實驗證實有較好的神經修復結果,但由于原代培養的細胞來自于中樞的海馬組織,體內外分化成膠質細胞的比例要大于神經元,髓磷脂相關抑制物的存在也進一步抑制了神經修復的結果。因此我們在本實驗中成功構建了NgR-shRNA表達載體質粒,并通過穩定的脂質體介導成功轉染NSCs,WesternBlot的結果顯示干擾后NSCs中NgR基因的表達較前減弱,轉染后神經元的分化比例也明顯高于轉染前,從而為我們下一步的體內實驗提供更好的神經營養支持。
總之,本研究成功干擾了NSCs中NgR的表達,使NSCs向神經元進一步分化,能更有效促進神經軸突的再生,為促進周圍性面神經再生修復提供更好的種子細胞。
參考文獻
[1] 施勇,周梁,田潔,等.神經干細胞移植到神經導管修復大鼠面神經缺損的研究[J].臨床耳鼻咽喉頭頸外科雜志,2012,26(22):1040-1042.
[2]GRANDPRET,NAKAMURAF,VARTANIANT,etal.IdentificationoftheNogoinhibitorofaxonregenera-tionasaReticulonprotein[J].Nature,2000,403:43-44.
[3] 王朝魯,孫紅輝,楊有庚.Nogo受體基因干擾RNA表達載體的構建[J].中國實驗診斷學,2006,10(11):1253-1254.
[4]WANGYT,LUXM,ZHUF,etal.Theuseofagoldnanoparticlebasedadjuvanttoimprovethethera-peuticefficacyofhNgR-Fcproteinimmunizationinspinalcord-injuredrats[J].Biomaterials,2011,32:7988-7998.
[5]SARAHC,BORRIEBASTIANE,BAEUMERCH-RISTINEE,etal.TheNogo-66receptorfamilyintheintactanddiseasedCNS[J].CellTissueRes,2012,349:105-117.
[6]GITLINL,KARELSKYS.ShortinterferingRNAconfersintracellularantiviralimmunityinhumancells[J].Nature,2002,418:430-434.
[7]MCDONALDCL,BANDTLOWC,REINDM.Tar-getingthenogoreceptorcomplexindiseasesofthecentralnervoussystem[J].CurrentMedicinalChemis-try,2011,18:234-244.
[8]LIW,WALUSL,RABACCHISA,etal.Aneu-tralizinganti-Nogo66receptormonoclonalantibodyre-versesinhibitionofneuriteoutgrowthbycentralnerv-oussystemmyelin[J].JBiolChem,2004,279:43780-43788.
[9]KIMJE,LIUBP,PARKJH,etal.Nogo-66re-ceptorpreventsraphespinalandrubrospinalaxonre-generationandlimitsfunctionalrecoveryfromspinalcordinjury[J].Neuron,2004,44:439-451.
[10]KOICHIT,TATEKIK,KENM,etal.Myelin-as-sociatedglycoproteinreducesaxonalbranchingandenhancesfunctionalrecoveryaftersciaticnervetran-sectioninrats[J].Glia,2007,55:1498-507