脂肪干细胞经上调HIF-1α改善糖尿病缺血皮瓣新生血管形成的实验研究

【摘要】目的：探讨人脂肪干细胞(Adipose-derivedstemcells,ASCs)局部移植对糖尿病缺血皮瓣成活的作用,并基于HIF-1α/VEGF通路探讨ASCs对糖尿病缺血皮瓣新生血管形成的作用及其细胞和分子机制。方法：第一部分：20只BALB/c-nu/nu雄性裸小鼠20只,随机分为2组,其中10只为糖尿病组(拟制备糖尿病动物模型),另10只为非糖尿病对照组(非糖尿病组)。首先对实验组小鼠采用单剂量腹腔注射链脲佐菌素法诱导糖尿病动物模型,选取达到糖尿病诊断标准者入选。于两组裸小鼠背部设计蒂在尾侧的随意型皮瓣,皮瓣下放置硅胶膜片以阻止基底血供,原位缝合。术后观察皮瓣的成活情况,并用数码相机拍照录入图像分析软件并分析成活面积百分比。分别于术后第1,2,7天,通过微循环激光多普勒血流仪分别测量皮瓣微循环血流灌注情况。第二部分：65只BALB/c-nu/nu小鼠,采用STZ单剂量腹腔注射法诱导Ⅰ型糖尿病裸小鼠动物模型。选取45只糖尿病裸小鼠,采用随机数字表法将45只诱导成模裸鼠随机分为3组,即实验组(ASCs移植组)、细胞悬液对照组(PBS注射组)和空白对照组,每组各15只。收集吸脂术后人脂肪组织,分离、培养ASCs,并通过流式细胞仪测定细胞表面标志物CD29、CD4、CD105、CD34、CD45以及CD31。移植前,将待移植的ASCs采用DiI标记。于3组糖尿病裸小鼠背部制备蒂在尾侧的缺血皮瓣,具体方法同前。实验组,提起皮瓣后,将经DiI标记好的ASCs的PBS细胞悬液注射于皮瓣内,细胞悬液对照组则注射等量的PBS,而空白对照组皮瓣不予任何干预。于术后第24小时,各组随机抽取3只,采集皮瓣相同部位部分皮瓣组织用于通过免疫印迹法测定HIF-1a以及VEGF蛋白表达量。于术后第七天,对其余糖尿病小鼠皮瓣皮瓣进行大体观察成活情况,数码拍照结合图像分析软件计算成活面积百分比,通过激光多普勒血流测定仪测定皮瓣成活坏死交界部位微循环血流灌注情况,通过组织学分析(HE、免疫荧光等)皮瓣微血管密度(Microvesseldensity,MVD)以及CD31阳性细胞(血管内皮细胞)密度情况,通过免疫荧光技术检测ASCs在皮瓣内的转归以及与微血管位置关系。第三部分：收集脂肪抽吸术后人脂肪组织,培养ASCs,具体方法同前。将第3～4代的ASCs分为四组,每组设2组重复,分别给予不同的培养环境,即高糖(25mMD-葡萄糖)低氧(0.5%O2)、高糖正常氧(21%O2)、低糖(5mMD-葡萄糖)低氧、低糖正常氧分压组培养。通过Hoechst33258DNA定量法测定细胞数量,绘制生长曲线。通过细胞划痕迁移实验,测定不同环境对细胞迁移有无影响,通过酶联免疫吸附法(ELISA)检测VEGF表达情况,通过免疫印迹法检测ASCs的HIF-1α情况。采集糖尿病裸小鼠皮肤组织,体外分离、培养、扩增糖尿病裸小鼠真皮来源成纤维细胞(Dermalfibroblasts,Fbs),收集第3～4代Fbs用于实验。采用Transwell共培养体系,将Fbs与ASCs共培养体系分为两组,高糖低氧组和高糖正常氧分压组。将共培养体系于高糖正常氧分压培养环境下培养48h后,模拟糖尿病裸小鼠缺血皮瓣高糖(25mMD-葡萄糖)低氧低氧(0.5%O2)以及非缺血组织高糖正常氧分压两种环境培养12h。收获生长于培养皿底部的糖尿病小鼠Fbs,提取蛋白用于免疫印迹检测VEGF和HIF-1α。结果：糖尿病组10只裸小鼠经单剂量腹腔注射链脲佐菌素,成模8只入选实验,2只弃用(其中1只死亡,1只血糖未达到糖尿病模型诊断标准)。在非糖尿病组,3例皮瓣完全成活,7例皮瓣远端出现了少量坏死,皮瓣成活面积为98.3±6.5%。在糖尿病组,8例皮瓣均出现了不同程度的坏死,皮瓣成活面积为46.0±8.5%,与非糖尿病皮瓣相比,统计学差异显著(P<0.01)。ASCs组皮瓣成活面积较对照组成活面积显著提高(P<0.05),皮瓣内有较多的血流灌注(P<0.05)。与对照组比,ASCs组皮瓣毛细血管密度较高(P<0.05),血管内皮细胞数较多(P<0.05),皮瓣组织HIF-1α和VEGF蛋白表达较高。ASCs在不同糖浓度(普通糖浓度、高糖浓度)、不同氧分压培养环境下其保持较好的细胞生物学行为；低氧环境下能够合成一定浓度的HIF-1α,表达较高浓度的血管内皮细胞生长因子。体内糖尿病裸小鼠背部随意型皮瓣动物实验表明：ASCs可以通过提高皮瓣局部血流、增加局部毛细血管密度、提高局部血管内皮细胞数量、提高局部HIF-1α和VEGF的表达改善糖尿病裸小鼠皮瓣的成活。结论：新生血管生成障碍,微血管密度较低,微循环血流灌注较差是糖尿病缺血皮瓣成活障碍的主要原因之一。ASCs糖尿病缺血皮瓣局部移植可以通过上调HIF-1α/VEGF通路蛋白水平,促进糖尿病缺血皮瓣新生血管形成,从而增加糖尿病缺血皮瓣微循环血流灌注,进而改善糖尿病缺血皮瓣的成活。ASCs在不同环境(高糖普通氧分压、高糖低氧分压、低糖普通氧分压、低糖低氧分压)下均保持较好的干细胞特性。其可以通过旁分泌以及细胞-细胞交互作用改善糖尿病缺血皮瓣的成活,可以作为防治糖尿病皮肤软组织并发症的备选细胞。
【作者】高伟成；
【导师】马少林；
【作者基本信息】新疆医科大学，外科学（专业学位），2013，博士
【关键词】糖尿病；并发症；缺血皮瓣；脂肪干细胞；新生血；

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