南京农大李娟教授团队发表Animal Advances || 揭示细胞代数对猪脐带间充质干细胞转录组表达的影响

2025-02-05 08:47 北京

文章相关信息

Full Title: Isolation, characterization, and transcriptome profiling of umbilical cord mesenchymal stem cells in pigs

中文标题：猪脐带间充质干细胞的分离、表征和转录组分析

作者：Bienvenu Odjoubiré Mahougnon Koutonin, Fuyao Zhang, Yuan Jiang, Chao Jia, Hussain Ahmad Saeed, Yanfeng Fu, Honglin Liu, Camus Mahougnon Adoligbe and Juan Li

单位：南京农业大学动物科学技术学院，江苏省农业科学院畜牧兽医研究所，贝宁国Abomey-Calavi 大学 Abomey-Calavi 学院

中文摘要

中文摘要：鉴于间充质干细胞（MSCs）具有高增殖率和多能分化能力，对疾病治疗和细胞疗法至关重要。为了解猪脐带间充质干细胞（pUC-MSCs）随时间变化的特性，本研究对多个阶段（P4、P6、P9 和 P11）的细胞进行了评估。细胞呈 “S” 型生长曲线，群体倍增时间为 23 小时，具有成纤维细胞样形态及显著的增殖能力。P4 和 P6 比 P9 和 P11 显示出更多的 CD90 阳性细胞，表明它们保留了通常的 MSC 表面标志物。通过 RNA 测序（RNA-seq）进行转录组分析，发现了 132 个与细胞分化相关的差异表达基因（DEGs）和 127 个与干性相关的差异表达基因。重要的干性基因如 APC、KRAS 和 SMAD5 在 P6 中表达更强，然而，干性标志物在 P9 和 P11 中减少，表明随着细胞变老，它们倾向于分化，这也通过 NOTCH3、MAPK8、OCT4、SOX2 和 NANOG 等分化标志物得到了证实。通过基因本体（GO）和KEGG通路分析，发现与 P4 相比，P6 中生物过程和分子功能显著富集，而在后期传代中则明显减少。基于本研究，pUC-MSCs 在早期传代（P4 和 P6）中保留了更强的干性，但后期传代（P9 和 P11）由于干性丧失和分化标志物增加，再生能力下降。这强调了在再生医学应用中选择合适细胞传代的重要性，因为保持干性的能力对有效治疗至关重要。

背景：间充质干细胞代表了再生医学的范式转变，在组织修复和治疗应用方面具有巨大潜力。MSC 已从多种组织来源中分离和鉴定，如骨髓、脂肪组织和脐带等。MSC 在人类再生医学中显示出前景，特别是在组织和器官修复疗法中，例如在牙周再生方面，研究表明其可促进牙周膜样和矿化组织的生成。此外，MSC 在多种动物物种（包括绵羊、牛、猪和马）的再生医学中也被广泛应用，特别是在骨再生方面。富含 MSC 的 pUC-MSCs 为研究细胞传代与这些细胞生物学特性之间的复杂相互作用提供了机会，这与潜在的大动物模型操作应用密切相关。本研究研究了来自猪（如 pUC-MSCs）的 MSC，由于其与人类 MSC 的生理相似性，它们是转化研究的理想模型，探讨了细胞传代次数对 pUC-MSCs 干性和分化特性的影响，以猪为模型来处理大型动物并减少对人类模型使用的限制。

结果：P4、P6、P9 和 P11 的pUC-MSCs的生长曲线呈 “S” 型，期间P4 和 P6 细胞生长活力为 95%，显著高于 P9 和 P11。流式细胞术分析表明，P4 和 P6 代检测到高水平的 CD90 阳性标志物，细胞存活率为 66% - 95.9%；而P9 和 P11 代CD90 阳性标志物表达水平和细胞存活率均发生显著下降。

转录组分析表明，pUC-MSCs（P4、P6、P9 和 P11）的差异表达基因（DEGs）被分层分为四个不同的簇。这表明随着传代进展，pUC-MSCs 的表达谱存在显著差异。其中，P6 与 P4 比较鉴定出 1,700 个 DEGs，包括 1,073 个上调和 627 个下调基因；在 P9 与 P4 比较中，共报告 923 个 DEGs；在 P11 与 P4 比较中，检测到 175 个显著 DEGs。

KEGG 富集分析揭示了干细胞干性、分化通路、MAPK 信号通路、代谢通路、PI3K - AKT 信号通路、丙型肝炎和萜类骨干生物合成等相关信号通路的表达上调。GO分析表明，P9 与 P4 相比有 46 个 GO 条目显著富集，P11 与 P4 相比有 45 个。其中，在代谢通路中，与早期传代（P4 和 P6）相比，后期传代（P9 和 P11）中许多与代谢过程相关的 DEGs 被发现下调，这可能表明随着细胞老化细胞代谢发生转变，可能影响其活力和功能。

最后，通过RT-qPCR对与干细胞相关的几个关键基因，包括DPPA4，SMAD5，MYC，APC和KRAS表达水平进行验证。结果显示在P4 和 P6中相关基因具有相对高表达水平，证明了二者干性状态较强。其中，与P4、P9和P11相比，APC在P6中的表达水平显著增加，推测P6为保持干性的最佳阶段。

结论：本研究揭示了细胞代数对猪脐带间充质干细胞（pUC-MSCs）转录组表达的影响。pUC-MSCs呈成纤维细胞样形态且增殖能力强，P4 和 P6 代细胞的干性标志物 CD90 表达水平更高。通过转录组分析得出，P4 和 P6 代是用于干性细胞治疗的最佳阶段，关键干性基因在早期阶段表达较高，且 SOX2 在 P4 和 P6 代处于高表达状态。该研究提示，通过使用针对 NOTCH3、JAK3 和 MAPK8 等关键信号通路的抑制剂或激动剂，有可能作为延长干细胞干性的潜在措施。

图 1 P4、P6、P9 和 P11代细胞转录组图谱的比较（与a干性、b细胞分化、c代谢途径和d细胞衰老相关的差异基因表达的聚类热图分析）

团队介绍

研究领域：动物胚胎工程与繁殖技术

团队负责人：李娟，南京农业大学动物科技学院教授，博士生导师，丹麦奥尔胡斯大学医学博士，中国畜牧兽医学会动物遗传育种分会理事会理事。

（编者：李延森）

文章链接：

https://maxapress.com/article/doi/10.48130/animadv-0024-0008

animadv-0024-0008.pdf

来源：Animal Advances 期刊

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