低氧對神經(jīng)干細(xì)胞增殖和代謝的影響及miR-21的表達(dá)和作用的研究.pdf

1、神經(jīng)干細(xì)胞(Neural Stem Cells，NSCs)由于其自我更新能力和多向分化潛能(能夠在體外分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞)，為神經(jīng)損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的治療帶來了希望。既往的研究發(fā)現(xiàn)低氧環(huán)境能夠促進(jìn)體外培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞的存活和增殖。但這種低氧的微環(huán)境是如何影響神經(jīng)干細(xì)胞增殖和代謝目前尚不知曉。因此，本實(shí)驗(yàn)首先觀察了低氧對體外培養(yǎng)大鼠神經(jīng)干細(xì)胞增殖和代謝的影響。而在我們前期的研究中顯示，作為低氧環(huán)境中的最重要的調(diào)控

2、分子之一的低氧誘導(dǎo)因子HIF-1(Hypoxia Inducible Factor-1)在低氧促神經(jīng)干細(xì)胞增殖中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用。但是其具體機(jī)制仍有許多未明之處。
　　 microRNA(miRNA)是一類21～23bp的內(nèi)源性單鏈RNA，參與調(diào)控了多種基因的表達(dá)，并在細(xì)胞增殖、分化和凋亡等多種生物學(xué)進(jìn)程中起到非常重要的作用。目前對miRNAs在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)調(diào)控及功能作了大量的研究，作為腫瘤細(xì)胞所處的微環(huán)境，低氧與miR

3、NAs的關(guān)聯(lián)也越來越引起人們的關(guān)注。那么，在低氧促神經(jīng)干細(xì)胞增殖過程中是否有miRNAs的參與?因此，在本研究的第二部分中我們利用芯片分析了體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞中高表達(dá)的microRNAs，以及低氧對microRNAs表達(dá)變化的影響。并對在神經(jīng)細(xì)胞中高表達(dá)的miR-21在神經(jīng)干細(xì)胞中的作用進(jìn)行了初步的探討。主要結(jié)果如下：
　　 一.低氧對體外培養(yǎng)的大鼠胚胎中腦來源的神經(jīng)干細(xì)胞增殖和代謝的影響
　　 1.大鼠胚胎中腦分離得

4、到的神經(jīng)干細(xì)胞均為Nestin染色陽性，并可在體外誘導(dǎo)分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，說明我們成功地培養(yǎng)了神經(jīng)干細(xì)胞，且NSCs純度較高，可用于下面的實(shí)驗(yàn)。
　　 2.在低氧條件下，神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)第3、5d時(shí)，細(xì)胞的增殖明顯。表明低氧可促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖。神經(jīng)干細(xì)胞在低氧條件下培養(yǎng)后，代謝發(fā)生明顯的變化。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，葡萄糖的利用增加，丙酮酸和乳酸的產(chǎn)生增加，培養(yǎng)液中pH降低，這種適度(輕微)降低的pH能促進(jìn)暴

5、露于低氧早期階段的NSCs的增殖。
　　 3.在低氧條件下，神經(jīng)干細(xì)胞的增殖增加，而細(xì)胞中ATP的產(chǎn)生在3 d、5 d時(shí)低于常氧組。低氧通過增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及糖酵解途徑中丙酮酸激酶的表達(dá)，來調(diào)節(jié)低氧環(huán)境中神經(jīng)干細(xì)胞的代謝發(fā)生變化。
　　 二.miR-21的表達(dá)及對NSCs體外增殖的影響
　　 在此部分我們利用非編碼RNA(ncRNAs)芯片篩選了一批在NSCs中特異表達(dá)和表達(dá)水平受低氧調(diào)控的非編碼RNA，并進(jìn)

6、一步對miR-21在低氧時(shí)的表達(dá)和在神經(jīng)干細(xì)胞中的作用進(jìn)行了初步的探討。
　　 1.用非編碼RNA(ncRNAs)芯片分析低氧促NSCs增殖過程中ncRNA表達(dá)的影響，這些RNA可能在神經(jīng)干細(xì)胞增殖中發(fā)揮了重要的作用。
　　 2.首次發(fā)現(xiàn)miR-21的表達(dá)在神經(jīng)干細(xì)胞增殖過程中和細(xì)胞低氧、缺氧時(shí)的動態(tài)變化；在神經(jīng)干細(xì)胞中高表達(dá)的miR-21在3％低氧條件下，miR-21的表達(dá)較常氧組有所降低，但在0.3％缺氧條件下miR

7、-21的表達(dá)卻明顯高于常氧組和3％低氧組。提示miR-21在神經(jīng)干細(xì)胞的存活和增殖中可能具有一定的調(diào)節(jié)作用。
　　 3.首次研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-21可以促進(jìn)體外培養(yǎng)的NSCs的存活和增殖，特別是可以提高神經(jīng)干細(xì)胞在缺氧時(shí)的存活能力。其調(diào)節(jié)的分子機(jī)制尚有待于進(jìn)一步深入探討。
　　 綜上所述，適度的低氧可促進(jìn)體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞的增殖；在低氧條件下，神經(jīng)干細(xì)胞的代謝發(fā)生明顯的變化，葡萄糖的利用明顯增加，主要通過糖酵解代謝途