生物工程学报 journals.irn.ac.cn cjb@im.ac.on Chin J Biotech 2008,September 25;24(9):1 588-1 594 Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1 000-3061 @2008 Institute ofMicrobiology,CAS&CSM,All rights reserved 人CD34+ ̄f[1 CD34-细胞在NOD/SCID小鼠体内的造血重建 金慧丽,蔡海波,杨施,谭文松 华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237 摘要:利用非肥胖糖尿病型重症联合免疫缺陷型(NOD/SCID)小鼠模型,比较了新鲜及培养后的CD34 和CD34一细胞 在体内植入及重建造血能力。从新鲜脐血及培养后的单个核细胞(MNC)中分离出CD34 和CD34一细胞,经尾静脉输注入 经亚致死剂量照射的NOD/SCID小鼠体内,6周后处死存活的小鼠,取其骨髓、脾脏和外周血细胞,分别进行细胞表型 分析、造血集落形成单位和人特异性基因的检测。经检测,输注CD34 细胞和混合细胞的小鼠,其体内CD45 细胞及人 源各系血细胞的含量相近,两者均远远高于输注CD34一细胞的小鼠。输注培养后CD34一细胞的小鼠饲养6周后全部死亡, 输注培养后CD34 细胞的小鼠存活率约为66.7%,而输注培养后混合细胞的小鼠全部存活,且在两组存活的小鼠体内均 能检测到CD45 细胞及人源各系血细胞。结果表明:无论是新鲜还是培养后的CD34 细胞均具有在NOD/SCID小鼠体 内植入和重建造血能力,而CD34一细胞不具有该能力,但CD34一细胞与CD34 细胞同时输注有助于提高小鼠的存活率, 说明其对CD34 细胞在小鼠体内发挥植入和造血重建能力有一定的辅助作用。 关键词:CD34一细胞,CD34 细胞,NOD/SCID小鼠,造血重建能力 Hematopoietic Repopulating Ability of Human CD34+Cells and CD34一Cells in N0D/S CID Mice Huili Jin,Haibo Cai,Shi Yang,and Wensong Tan The State Key Laboratory ofBioreactor Engineering,East China University fScioence and Technology,Shanghai 200237,China Abstract:TI1e hematopoietic repopulating ability of lesh and cultfured CD34 cells and CD34一cells derived from cord blood were compared by nonobese diabetic/severe combined immunodeficiency(N0D/sCID)mouse mode1.Fresh CD34 cells and CD34一cells were isolated rom ffresh cord blood.Cultured CD34 cells and CD34~cells were separated rfom cultured mononuclear cells(MNC). We transplanted these ceils into sublethally irradiated NOD/SCID mice via the tail vein and sacrificed surviving mice after 6 weeks. The peripheral blood.spleen nd bone amalTow from each mouse were harvested for flow cytometry,colony-forming cells and human Alu sequences analyses.The proportions of CD45 cells and human multilineage hematopoietic cells in NOD/SC D mice received CD34 cells were close to that in the mice received both CD34 cells and CD34-cells,while it was significantly higher than that in the mice received CD34-cells.Six weeks after transplantatioil.all the mice injected with cultured CD34一cells dead.The survival rate of icem iniected wiht cultured CD34 cells was 66.7%.AU of the mice injected with both cultured CD34一and CD34 cells survived.Moreover,CD45 cells could be detected in all surviving mice,and human CD34,CD3,CDl9,CD33 and CD71 antigen also could be detected on these CD45 cells.The results showed that both flesh and cultured CD34 cells had the capability of engraftment and hematopoiesis reconstitution,but CD34一cells hadn’t the ability.However,CD34一cells had assistnta effect on the Received:January 6,2008;Accepted:June 3,2008 SuppoSed by:the National Namr ̄Science Foundation ofChina(No.20776043)and Shanghai Biological and Pharmaceutical Foundation(No.074319109) Corresponding author:Haibo Cai.Tel:+86—21—64253394;Fax:+86—21—64252250;E—mail:caihaibo@ecust.edu.ca 国家自然科学基金(No.20776043)和上海市生物医药科技攻关项目(No.074319109)资助。 维普资讯 http://www.cqvip.com
金慧丽等:人CD34 和CD34一细胞在NOD/SCID小鼠体内的造血重建 1589 hematopoietic repopulating ability of CD34 cells Keywords:CD34一cell,CD34 cell,NOD/SCID mice,hematopoietic repopulating ability 造血干细胞(Hematopoietic stem cell,HSC)是人 结果均在95%以上。 体造血组织中能自我更新,又能分化产生各系血细 胞的一类细胞。CD34抗原是人们普遍认同的造血干 1.2细胞因子 细胞因子均为人重组蛋白,酪氨酸激酶受体3 配基(Flt一3)、促血小板生成因子(TPO)由,美国 Peprotech公司生产,购自联科生物技术有限公司; /祖细胞的代表性表面标志…,它是一个高度糖基化 的I型跨膜糖蛋白,具有调节细胞粘附性的作用, 能促进细胞对骨髓基质的粘附_2]。但也有研究表明, 某些能够在体内长期重建造血和免疫功能的造血 干细胞不仅缺少谱系特异性标志,也不表达CD34 分子 】,推测在CD34一细胞群体中,也可能存在造 血干/祖细胞。 造血干/祖细胞在恶性血液疾病、遗传性疾病、 重症免疫缺陷及肿瘤放化疗所致的造血功能低下等 领域具有广泛的用途。脐血因为其具有高含量的原 始干/祖细胞【6】,较低的移植物抗宿主病(GVHD)的 发生率 等优点,已经成为了一种备受关注的造血 干细胞来源 】。由于单份脐血中造血干/祖细胞数量 有限,只能满足儿童移植的需要,因此有必要通过 造血干/祖细胞的体外扩增来扩大其临床应用的范 围,并加快移植后造血和免疫系统的恢复【9]。有研究 认为经体外扩增后的造血干/祖细胞在生理功能上 会发生一些变化,体外培养环境会对造血干/祖细胞 的增殖、分化、归巢效率等方面产生一定的影响HO], 这些问题直接影响了造血干/祖细胞移植的效果。 因此,本研究以NOD/SCID小鼠为模型,比较 了培养前后CD34 细胞和CD34一细胞在体内生理功 能上的差异,考察了CD34一细胞在造血干/祖细胞移 植中的作用,为扩增后造血干/祖细胞应用于临床提 供技术支持。 1材料与方法 1.1脐血的采集和制备 脐血由上海国际和平妇婴保健院提供,脐血采 集量为50~120 mL。用磷酸盐缓冲液1:1稀释新鲜脐 血,经1.077 g/mL Ficoll密度梯度离心后收集MNC, 洗涤备用。采用MiniMACS免疫磁性吸附柱分离装 置,用CD34 细胞选择试剂盒(Militenyi Biotech公 司)按其说明进行CD34 细胞的分离与纯化u”,采用 流式细胞术对分离得到的CD34 细胞进行纯度分析, 干细胞生长因子(SCF)购于北京军事医学科学院生 物工程研究所;白细胞介素3(IL一3)购于北京大学医 学院免疫学教研室;白细胞介素6(IL一6)购于北京 宝赛生物技术有限公司;粒一巨系集落刺激因子 (GM—CSF)购于上海海济生物制药有限公司;粒系 集落刺激因子(G—CSF)购于杭州九源基因工程有限 公司。 1.3细胞的体外培养 IMDM(Gibco公司)培养基添加20%(V/V)的胎牛 血清(FBS)、5xl0 mol/L 2-巯基乙醇,其中细胞因 子组合为:SCF(50 ng/mL)、Fit一3(50 ng/mL)、TPO(20 ng/mL)¨ 。细胞培养在24孔板中进行,每孔装2 mL 培养液,MNC接种密度为1xlO。个/mL,置于37。c、 5%CO2及饱和湿度的培养箱中培养。每4 d半量稀 释换液1次,培养到第7天时,收获细胞,分离 CD34 和CD34一细胞,悬浮于IMDM培养基中,待注 射于小鼠体内。 1.4小鼠移植实验 实验小鼠为6周龄的NOD/SCID鼠,由中国科 学院上海实验动物中心提供。进行细胞移植前,对 小鼠进行2.7 Gy亚致死剂量的铯源照射。移植时, 将收获的细胞悬浮于0.3 mL的IMDM培养基中,经 尾静脉输注入小鼠体内,饲养6周后,取外周血、骨 髓和脾脏细胞做进一步检测。 1.5造血干/祖细胞集落检测 集落形成单位(CFC)检测在含0.9%甲基纤维素 的IMDM半固体培养体系中进行,添加20%的FBS 以及SCF(50 ng/mL)、IL一3(20 ng/mL)、IL一6(20 ng/mL)、G—CSF(20 ng/mL)、GM—CSF(14 ng/mL)和 EPO(2 u/mL)。人血细胞以1.0x10 个/孔、小鼠细胞 以1.0 ̄10 个/TL的密度接种于24孔板中,每孔加 0.5 mL半固体培养基,然后置于37。C、5%CO2及饱 和湿度的培养箱中,培养14 d后计数。 维普资讯 http://www.cqvip.com
1590 ISSN1000・3061 CN11・1998/Q Chin J Biotech September 25.2008 Vo1.24 No.9 1.6细胞表面抗原检测 流式细胞术检测存活小鼠骨髓和脾脏细胞的 CD45、CD3、CD19、CD33、CD34和CD71阳性细 存活;4周后,输注CD34一细胞的小鼠存活率为25%, 输注CD34 细胞和混合细胞的小鼠存活率为50%;6 周后,单独注射CD34 细胞和CD34一细胞的小鼠存 活率均为25%,注射混合细胞的小鼠存活率为 50%。结果表明移植CD34 、CD34一混合细胞更有利 于小鼠的存活。 表1照射6周后NOD/SCID小鼠的存活数量 Table 1 The number of survival NOD,SCID mice 胞的含量,外周血的CD45阳性细胞含量。抗体均为 Pharmingen公司产品,按产品说明书方法标记,标 记细胞用流式细胞仪(BD公司)分析,结果用 WinMDI软件处理。 1.7聚合酶链反应(PCR)法检测人特异的Alu序列 提取小鼠骨髓细胞中的DNA,进行人Alu序列 的PCR检测。PCR检测人Alu序列时以人外周血白 细胞基因组DNA作为阳性对照,正常NOD/SCID小 鼠细胞基因组DNA作为阴性对照。Alu序列引物I1 如下:PI(正义链)5'-CAC CTG TAA TCC CAG CAG TTT.3 ;P2(反义链)5'-CGC GAT CTC GGC TCA CTG CA 3 ,反应条件:94。C预热4 min,循环参数: 94。C、1 min变性,55。C、45 S退火,72。C、1 min延伸, 共21个循环,72。C延伸5 min,扩增片段长为221 bp, 用20 g/L琼脂糖凝胶电泳进行检测,以5O bp DNA Ladder为标准。 1.8统计学分析 实验数据以平均值±标准方差(mean+_SD)表 示;采用t检验分析数据的统计学差异,P<0.05表示 有显著性差异。 2结果 2.1 脐血中CD34 和CD34一细胞植入和重建造血 能力比较 将接受亚致死剂量照射的NOD/SCID小鼠分成 4组,每组4只。其中,对照组小鼠每只注射0.3 mL IMDM培养基(Contro1);实验1组小鼠每只注射 4x10 个新鲜分离的CD34 细胞(Fresh CD34 cells); 实验2组小鼠每只注射5x10 个CD34一细胞(Fresh CD34一cells);实验3组小鼠每只注射4×l0 个CD34 细胞和5x10 个CD34一细胞(Fresh mixed cells)。接受 细胞移植的NOD/SCID小鼠于无特定病原体环境下 饲养6周,从小鼠存活率、体内植入和造血重建能 力3个方面比较了CD34 细胞和CD34一细胞生理功 能上的差异。 小鼠存活情况如表1所示,细胞移植2周后,对 照组小鼠全部死亡,单独注射CD34一细胞的小鼠存 活率为50%,输注CD34 细胞和混合细胞的小鼠均 irradiated after 6 weeks CD45是人类白细胞特异性表面抗原,受体鼠 中CD45 细胞的含量是表征人造血干/祖细胞在小鼠 体内移植效果的重要指标。为验证小鼠存活是移植 了人造血细胞的结果,检测了接受细胞移植6周后 的NOD/SCID小鼠骨髓、脾脏和外周血中CD45 细 胞的百分含量,结果如表2所示。输注CD34 和 CD34一混合细胞的小鼠体内CD45 细胞的含量与输 注CD34 细胞的小鼠相近,而输注CD34一细胞的小 鼠体内CD45 细胞的含量远远低于前两组。 表2 NOD/SCID小鼠体内人源细胞的百分含量 Table 2 Levels of human engra ̄ment in NOD/SCID mice The pmpo ̄ions of human CD45 cells(%) spleen BonemalTow 为了进一步探明人造血/祖细胞是否植入到 NOD/SCID小鼠体内,对小鼠的骨髓细胞进行了人 源特异性Alu序列的检测。提取了所有存活 NOD/SCID小鼠的骨髓细胞的DNA进行PCR分析, 结果如图1所示,对照组和输注CD34 细胞的小鼠 骨髓细胞中没有检测出Alu序列,而输注CD34 细 胞和混合细胞的小鼠体内均能检测出长为221 bp的 Alu序列。可见,仅注射CD34 细胞的小鼠体内不存 在人源细胞,尽管流式细胞术检测到小鼠体内有少 量CD45 细胞的,但是含量极低,仅为1%左右,推 测应该是检测系统误差所致,因此,认为CD34一细 维普资讯 http://www.cqvip.com
金慧丽等:人CD34和’CD34细胞在NOD/SCID小鼠体内的造血重建1591胞在小鼠体内不具有植入能力。明CD34’细胞具有在体内重建造血的能力。,而CD34细胞则不具有这个能力SCIDNOD/322221bp表3Table3po小鼠骨髓中各系人源造血细胞的百分含量Thpu(%)eaeCOexpressionmoflingemarkersinthmeCD45’lationofbonearrowSCIDinNOD/ice(%)图1.SCID小NOD/1Theex鼠骨髓细胞中人源nAluq序列的表达inDNAmFigexpressioofhumanceAlullsoseuencestracteodfrmombonemarrowfNOD/SCIDluwmeic’el:cellsfdotheceiceiniec:ceteodwiththemsamevoIMDM:2:humancecordblollsolls;3mmllsfthewwiceinieesesctemdeithfreshCD34cells4:ceftheiceiniectediceithfrithfrhixdlls;5:cellsoftheiniectedhCD34cells为了考察植入的人脐血细胞在小鼠体内的多系造血重建能力,此外,对各实验组中存活的NOD/SCID,小鼠骨,检测了各组,NOD/SCID小鼠骨髓中髓和脾脏细胞集落形成能力进行了检测结果发现各系人源造血细胞的比例检测输注CD34,图2为采用流式细胞术移植CD34’细胞和混合细胞的小鼠其骨髓和脾脏,’细胞的小鼠骨髓中各系人源造血细CD34、细胞的CFC集落密度相近4)。,均远远高于移植CD34,CD34一胞含量的结果CD71其中CD3、、CDl9、、CD33和细胞的小鼠(见表进一步说明了’细胞可以祖细胞分别为造血干/。T细胞B细胞、髓在小鼠体内植入并分化成各系造血细胞细胞不具备支持小鼠恢复造血的能力表4NOD/SCIDCo。而CD34系和红系细胞的表面标记各组NOD/SCID小鼠骨髓中各系人源造血细胞3,小鼠骨髓和脾脏细胞的集落密度a含量的检测结果见表结果显示在各组存活的小。Table4lonyformtionofbonemmarrowandspleencells鼠体内均能检测到各系人源造血细胞输注CD34’inNoD,SCIDice细胞和输注CD34’、CD34混合细胞的小鼠骨髓一中各系人源造血细胞的含量相近,没有明显差异;而输注CD34细胞的小鼠骨髓中各系人源造血细胞的含量非常低,远远低于输注了CD34细胞的小鼠’,说色一至出莹台一O3%山5234%已一‰告至叫厶“山“。答2‘’0一0一,§鱼邑藿O”u0’雀。‘。一了2100,潮簟’U一。一b0一黟IO’100lO’10M’10’lO。100lO10lO’10000100ouseIgG1FITCCD45FITCCD45FITC0218%山乱n一1297%.l2%山叫一0,‘0U罐0熏山riUE皇鬯’。蛰.;:.。_、一10蕾’c_0I匿黛勇”U。_b。0d10鬣’O”10010’lO。lO。10100100lO。10010010’10“CD45FITCCD45FITCCD45FITC图2Fig.输注eaCD34gra’细胞的小鼠骨髓中各系人源造血细胞的百分含量tinbonemarrow2HumanmultilingeenftmenofNOD/SCIDmiceinjectedwithfreshCD34J’cellsimournals..ac.cn维普资讯 http://www.cqvip.com
1592ISSNl0003061CNll1998/QChinJBiotechSeptember25.2008V0124.No9.22.培养后进CD34和CD34’细胞植入和造血重建’检测到的数据相近,说明培养后的CD34’细胞仍具’能力检测一有良好的体内植入能力,且CD34细胞对CD34细。步比较扩增后,CD34,和CD34细胞植入和’胞在体内的植入没有产生显著影响表5造血重建能力起始细胞果如图3,取3份脐血13.分别以单个核细胞为,按所述方法进行体外培养,实验结SCID小鼠的存活数量照射6周后NOD/ThenumTable5berofasurviv6alNOD/SCIDksmice所示。其中总细胞、CD34133.’细胞和集落、irradiatedfterwee形成细胞扩增倍数的均值分别为178.倍205.倍和倍。3025.表620NOD/SCID小Leve鼠体内人源细胞的百分含量enTable6lsofhumangraftmoentinNOD/SCID’miceTheproportion15.sfhumanCD45cells(%)SpleenBonemarrowPeripheralblood10.05’indicaterencesexcomperimpareentswgroupcusrehowed’acestatistically.significantdiffedithltudCD34llsfP 1594 ISSN1000-3061 CN11--996/Q Chin J Biotech September 25.2008 Vo1.24 No.9 【7】Rocha V’Cornish J,Sievers EL,et a1.Comparison of vivo evidence for the long.term multilineage(myeloid,B. outcomes of unrelated bone marrow and umbilical COrd NK,and T)reconstitution capacity of鲫vivo expanded blood transplants in children with acute leukemia.Blood,human CD34 COrd blood cells.Exp Hematol,2000。 2001,97(10):2962-2971. 28(121:1470-1480. 【8】van Hensbergen Y,Schipper LF,Brand A,et a1.Ex vivo culture 【12】Danet GH,Lee Hw,Luongo JL,et a1.Dissociation of human CD34*cord blood ceHs with thrombopoietin P0) between stem cell phenotype and NOD/SCID repopulating accelerates platelet engraftment in a NODISCID mouse activity in human peripheral blood CD34 cells after ex mode1.Exp Hematol,2006,34(7):943-950. vivo expansion.Exp Hematol,2001.29(12):1465-1473. 【9】laroscak J,Goltry K,Smith A,et a1.Augmentation of [13]Xu MJ,Tsuji K,Ueda T,et a1.Stimulation of mouse and umbilical cord blood(UCB)transplantation with ex vivo human primitive hematopoiesis by mnrine embryonic expanded UCB cells:results of a phase I trial using the aorta.gonad—mesonephros—derived stromal cell 1ines. AastromReplicell system.Blood,2003,101(12):5061-5067. Bloo 1998,92(6):2032-2040. 【10】Law P,Traylor L,Recktenwald DJ.eell analysis for 【14]Civin CI,Almeida—Porada G,Lee MJ,et a1.Sustained, hematopoietic stem/progenitor cells transp1antation. retransplantab1e, multilineage engraftment of highly Cytometry.1999。38(21:47-52.purified adult human bone marrow stem ceils fn vivo. 【1 1】Kobari L,Pflumio F,Giarratana M,et a1.In vitro and in Blood,1996,88(1 1):4102-4109. ( 建茹0C 蠡 ( 篷雾;)(通奢 ( 舅;)C嘏彝 0 歇秘(蟪取 袭雾0 馥翁 e薅耘0e 蠡◇C魄舅0G馥舅 C 妊乃( 豁)t'o2易0G馥勇o 逮翁 C邋岛0(礴戥i)=(堍翱 科学出版社科学出版中心生命科学分社新书推介 青装)i — lll 进出口贸易、商检、司法、海关、工商行政管理等领域的专业人员使用,也可供大专院校有关专业的师生参考。 欢迎各界人士邮购科学出版社各类图书(免邮费) 邮购地址:北京东黄城根北街16号 科学出版社科学出版中心生命科学分社邮编: 100717 联系人:阮芯 联系电话:010.64034622(带传真) 更多精彩图书请登陆网站http:llwww.1ifescience.com.ca Journals.im.itC.cn 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
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