條件培養基培養神經干細胞的體外實驗研究

宋旆文，徐 鵬，尤 濤，董福龍，章仁杰，申才良

條件培養基培養神經干細胞的體外實驗研究

宋旆文，徐 鵬，尤 濤，董福龍，章仁杰，申才良

目的觀察骨髓間充質干細胞（BMSCs）條件培養基對神經干細胞（NSCs）分化的影響。方法提取第3代大鼠BMSCs條件培養基，濃縮后加到NSCs培養基中，對所培養的NSCs進行形態學觀察和免疫化學染色法鑒定。結果在加入大鼠BMSCs條件培養基的實驗組，24 h內見懸浮生長的NSCs球開始貼壁生長。至第3天，所有懸浮細胞球基本貼壁生長，大量細胞從中爬出，伸出突起。第7天時，伸出細胞交織成網。對貼壁分化后的NSCs進行免疫化學染色，其表達神經元和膠質細胞的特異性蛋白。而未加入條件培養基的對照組，NSCs仍呈懸浮生長，未見大量細胞貼壁生長及分化。結論在完全去除BMSCs細胞的情況下，含有大鼠BMSCs分泌的細胞因子的條件培養基對NSCs的貼壁分化有顯著的促進作用。

間充質干細胞；神經干細胞；分化；條件培養基

神經干細胞（neural stem cells，NSCs）是來源于神經組織的未成熟細胞，能夠在體內分化為神經元、少突膠質細胞和星形膠質細胞，替代原來受損的神經細胞，從而促進脊髓損傷后功能的恢復［1］。骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）則屬于成體干細胞的一種，具有多向分化的潛能，在特定的條件下能夠分化成為成骨、脂肪、神經、內皮祖細胞等。在大量細胞移植治療脊髓損傷的實驗研究中，BMSCs因具有的抑制炎癥反應和細胞的凋亡、促進軸突和血管再生等而被廣泛應用［2］。然而，BMSCs 的移植也有著許多不利的方面，如移植后在宿主體內無法長期存活、分化的不確定性和局限性以及其他潛在風險［3］。BMSCs可以分泌各種細胞因子，直接利用含BMSCs所分泌的各種細胞因子的條件培養基對于許多疾病的治療取得了積極的療效［4－5］。因此，利用BMSCs條件培養基，在體外實驗中研究其對于NSCs分化的影響，從而探討在完全去除BMSCs細胞的情況下，BMSCs分泌的細胞因子對NSCs的作用，也為脊髓損傷的細胞治療提供了新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 動物 4～6周SD大鼠1只，清潔級，100～120 g；24 h內新生SD大鼠幼鼠，均由安徽醫科大學實驗動物中心提供。

1.1.2 試劑 DMEM-LG、DMEM-HG購自美國Hy-Clone公司；DMEM／F12培養基、胎牛血清購自美國Gibco公司；B-27添加劑購自美國Invitrogen公司；表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）和堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）購自美國PeproTech公司；PE標記的抗大鼠CD29、CD90及FITC標記的抗大鼠CD34、CD44抗體購自美國BioLegend公司；小鼠抗大鼠巢蛋白（nestin）單克隆抗體、兔抗大鼠膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、小鼠抗微管相關蛋白2（microtubule-associatedprotein-2，MAP-2）抗體、FITC標記的山羊抗小鼠IgG購自美國Santa Cruz公司；TRITC標記山羊抗兔IgG、Triton X-100購自北京中杉金橋生物技術有限公司；多聚賴氨酸、地塞米松、β-甘油酸鈉、抗壞血酸購自美國Sigma公司；即用型正常山羊血清購自武漢博士德公司；青鏈霉素溶液（100×）、Hoechst 33342、胰酶細胞消化液、免疫染色一抗稀釋液、免疫熒光染色二抗稀釋液、免疫染色固定液、抗熒光淬滅封片液（強）購自中國碧云天公司。

1.2 方法

1.2.1 大鼠BMSCs的體外分離、培養、鑒定、成骨分化 采用全骨髓貼壁法從大鼠骨髓中分離和培養BMSCs，完全培養基由10%胎牛血清的DMEM＋100 U／ml青／鏈霉素構成，將細胞培養于含37℃、5% CO2飽和濕度培養箱中培養，每2～3 d更換培養液一次。待細胞融合達到80%后，按1∶2傳代培養。

取生長良好的第3代大鼠BMSCs，用0.25%胰酶預熱消化后，制成均勻的單細胞懸液，計數，并調整細胞密度約為106個／管，加入PBS 100 μl。在室溫，避光條件下加入FITC標記抗大鼠CD34的單克隆抗體，藻紅蛋白（PE）標記抗鼠CD90、CD29的單克隆抗體，溫育30 min后采用流式細胞儀進行檢測。

取第3代大鼠BMSCs制成單細胞懸液，按1.5 ×104／cm2接種至6孔板；待細胞長至完全融合時實驗組每孔加入2.5 ml成骨誘導液（高糖DMEM培養液、10%胎牛血清、100 U／ml青／鏈霉素、100 nmol／L地塞米松、5 mmol／L β-甘油酸鈉、50 μg／ml抗壞血酸），對照組繼續用原培養液培養，每隔3 d換液一次，第21天終止誘導，吸去培養液，PBS沖洗2次；95%乙醇固定30 min，蒸餾水沖洗3次，茜素紅染液37℃染色30 min，蒸餾水沖洗3次，顯微鏡下觀察。

1.2.2 大鼠BMSCs條件培養基的獲得 將第3代BMSCs接種于T75培養瓶中，待細胞生長達到90%融合，棄去原培養基，用PBS沖洗3次后，加入無血清的DMEM／F12培養直至48 h。之后，將收集的條件培養基用10 ku濃縮離心管，在13℃、4 000 r／min離心15 min進行濃縮。濃縮后的條件培養基通過0.22 μm無菌濾器進行過濾，凍存于－80℃，直至使用時取出。

1.2.3 大鼠NSCs的體外分離培養 取新生24 h內的SD大鼠幼鼠，頸椎脫臼法處死，經75%乙醇浸泡5 min。在無菌條件下斷頭，分離出全腦，剝除腦膜及血塊，切碎腦組織，移入15 ml離心管中，加入1 ml胰酶細胞消化液置于37℃細胞培養箱中消化10 ～15 min，加入10%胎牛血清培養基終止消化，經篩網過濾制成單細胞懸液，以600 r／min離心5 min后棄上清液，加入2 ml無血清培養基（DMEM／F12、2%B-27、EGF 20 ng／ml、bFGF 20 ng／ml、100×青鏈霉素溶液）再次離心，棄上清液，加入無血清培養基重懸，計數，以105個／ml接種于培養瓶中，置37℃、5%CO2培養箱中培養，每2～3 d半量換液1次，5～7 d傳代。

1.2.4 NSCs的鑒定 取第2代培養7 d的NSCs球，接種于經0.1 mg／ml多聚賴氨酸包被處理后的蓋玻片的6孔板中，37℃培養箱過夜，次日吸去培養基，用0.01 mol／L的PBS洗3次，每次5 min，免疫熒光染色固定液常溫下固定20 min，吸去多余殘液后用0.01 mol／L的PBS洗3次，每次5 min，后在含0.1%Triton X-100的PBS液中孵育20 min，PBS液漂洗3次，每次5 min，加入正常山羊血清工作液后置于37℃培養箱內孵育1 h，加入一抗nestin抗體（1∶50），4℃條件下孵育過夜，次日，常溫下放置2 h，后PBS液漂洗3次，每次5 min，后加入FITC標記的山羊抗小鼠IgG抗體（1∶100），37℃細胞培養箱內避光孵育1 h，PBS漂洗3次，每次5 min，晾干后，抗熒光淬滅封片液封片，熒光顯微鏡觀察及照相。

1.2.5 NSCs的分化及分化后鑒定 取第2代培養7 d的NSCs，經離心后，吸棄舊的無血清培養基，更換培養基為去除EGF、bFGF的含10%FBS的DMEM／F12中培養。重懸后，接種于放有經0.1 mg／ml多聚賴氨酸包被過夜的蓋玻片的6孔板中，置于37℃、5%CO2細胞培養箱中繼續培養，每2～3 d減半量換液。

NSCs貼壁培養7 d后，形態上已出現了明顯的分化，各蓋玻片已大部鋪滿，選取神經膠質細胞和神經元的特異性標志物GFAP、MAP-2行免疫熒光染色。用0.01 mol／L的PBS洗3次，每次5 min，免疫熒光染色固定液常溫下固定20 min，吸去多余殘液后用0.01 mol／L的PBS洗3次，每次5 min，后在含0.1%Triton X-100的PBS液中孵育20 min，PBS液漂洗3次，每次5 min，加入正常山羊血清工作液后置于37℃培養箱內孵育1 h，將一抗MAP-2、GFAP抗體按1∶50混合稀釋后加入各培養孔內，4℃冰箱內孵育過夜，次日，常溫下放置2 h，PBS液漂洗3次，每次5 min，后加入FITC標記的山羊抗小鼠IgG抗體（1∶100）及TRITC標記山羊抗兔IgG （1∶100），37℃細胞培養箱內避光孵育2 h，PBS漂洗3次，每次5 min，晾干后，抗熒光淬滅封片液封片，熒光顯微鏡觀察及照相。

1.2.6 大鼠NSCs和BMSCs條件培養基共培養將1×106細胞數的NSCs接種于6孔板中，對照組直接加入NSCs培養基＋25%DMEM／F12，共培養組加入NSCs培養基＋25%BMSCs濃縮的條件培養基。每日觀察細胞形態變化及細胞貼壁情況，第3天換液一次。第7天終止培養，進行免疫化學染色。

圖2 大鼠BMSCs表面標志物檢測

2 結果

2.1 BMSCs的形態觀察及鑒定原代BMSCs剛接種時，可見大量細胞呈懸浮狀態，24 h首次換液，懸浮細胞明顯減少，鏡下已可見部分貼壁細胞，多為圓形，大小不一，不能清晰辨認細胞核。4～5 d可見部分貼壁細胞呈多角形、梭形，數量逐漸增多。至第3代以后，細胞形態基本均勻一致，呈較典型的放射狀生長，見圖1。流式細胞儀對第3代大鼠BMSCs細胞免疫表型檢測結果顯示，CD29、CD90陽性率分別為0.972和0.983；CD34陽性率為0.321，見圖2。同時對第3代細胞進行成骨誘導，至誘導3周時，鏡下可見明顯的鈣結節形成，茜素紅染色呈紅色結節，見圖3。

圖1 BMSCs形態觀察 ×100

2.2 NSCs的形態觀察及鑒定原代細胞接種2～3 d后可見NSCs成球形懸浮生長，到第7天時培養瓶內生長出數十個甚至上百個細胞的集落，多呈球形、桑葚狀，折光性強，未見到明顯的貼壁和細胞突起形成，見圖3，部分NSCs因體積過大導致細胞球中心出現顏色暗淡、透光性較差。將培養7 d貼壁固定的NSCs球行nestin免疫熒光染色，結果顯示貼壁的細胞球中大部分細胞表達nestin陽性，見圖4。

圖3 BMSCs成骨、茜素紅染色和NSCs形態及鑒定

圖4 NSCs分化后鑒定和加入BMSCs條件培養基后NSCs形態觀察及鑒定

2.3 NSCs分化后形態觀察及鑒定在NSCs接種的用多聚賴氨酸處理過蓋玻片的6孔板中，發現NSCs球逐漸貼壁，細胞逐漸從球中爬出，表現出多種形態，部分細胞分化為具有多個突起，胞體圓形、橢圓形的神經元樣細胞。部分則出現粗長突起并呈梭樣排列的神經膠質樣細胞，并隨著培養時間的延長，突起逐漸變長、增多。免疫熒光染色結果可見MAP-2陽性的神經元細胞及GFAP陽性的星形膠質細胞，見圖4。

2.4 加入BMSCs條件培養基后NSCs形態的觀察及鑒定實驗組在加入條件培養基24 h內，就可見部分NSCs開始貼壁分化。培養第3天可見多種形態細胞從貼壁的NSCs球中爬出，伸出突起，至第7天時，細胞間膠質成網，見圖4。而對照組細胞一直呈懸浮球狀生長。將實驗組貼壁細胞行免疫熒光染色，GFAP及MAP-2陽性，證明貼壁細胞為NSCs分化的神經元和神經膠質細胞，見圖4。

3 討論

本研究結果顯示，利用MSCs的條件培養基，在含有bFGF和EGF兩種因子的情況下，仍可以促進懸浮生長的NSCs球貼壁分化為神經元和膠質細胞，表明BMSCs所分泌的各種因子能夠促進NSCs的貼壁分化。

在脊髓損傷后，機體會自發的激活內源性的NSCs［6］或者通過外源性NSCs的植入使得局部的NSCs增多，這對于損傷后功能的恢復有著重要意義。因此，增加局部NSCs的存活率和促進NSCs向具有功能的神經元和膠質細胞分化尤為重要。既往的實驗利用BMSCs和NSCs的協同作用，將兩者聯合移植治療脊髓損傷已取得了一定的成效。但隨著實驗的不斷進行，研究人員發現MSCs所獲得的很多積極效應并非依賴于細胞本身作用，而是通過分泌各種細胞因子和神經營養因子，如腦原性神經營養因子、神經營養因子、睫狀神經生長因子及其金屬蛋白酶組織抑制劑-1和中性粒細胞趨化因子-3等，這些營養因子不僅可以保護NSCs移植的凋亡，同時對NSCs的增殖和分化也有著重要作用［7－8］。

本研究中，實驗組加入條件培養基后，懸浮的NSCs球即開始貼壁分化，大量細胞從中爬出，伸出突起，最終交織成網。對貼壁細胞進行免疫化學檢測，GFAP及MAP-2呈陽性，表明NSCs貼壁分化為神經元和膠質細胞。而對照組細胞仍懸浮生長，且呈球狀生長，鮮有貼壁。這一結果與其他許多MSCs 和NSCs共培養實驗中所觀察到的NSCs的改變基本相符。如Wang et al［9］將BMSCs和NSCs混合后直接共同培養，發現種植后12 h，BMSCs表面貼壁的NSCs球即開始呈放射狀向外遷移。楊早等［10］利用Transwell培養板構建的NSCs和MSCs非接觸性共培養體系也是觀察到了對NSCs促貼壁分化這一現象，這些共培養實驗均表明MSCs具有促進NSCs分化為神經元和膠質細胞的作用，但都沒有完全去除BMSCs本身。非接觸共培養雖然去除了BMSCs和NSCs的直接接觸，但仍無法避免NSCs分泌的各種因子通過共同培養基與BMSCs形成間接接觸，從而影響BMSCs細胞因子的分泌。本實驗利用含有BMSCs分泌的各種細胞因子的條件培養基，濃縮后添加到NSCs的培養基中，在完全去除BMSCs細胞本身，徹底避免了兩細胞間直接和間接相互作用的情況下，觀察到了NSCs的貼壁分化，這也進一步肯定了MSCs旁分泌的細胞因子對于NSCs分化的促進作用。

本次實驗結果肯定了富含BMSCs所分泌的細胞因子的條件培養基對NSCs貼壁分化的積極作用而不依賴于BMSCs細胞本身。同時也為BMSCs條件培養基與NSCs共同移植提供了依據，避免了BMSCs移植后的不確定性及潛在風險，為脊髓損傷細胞移植帶來了新的思路。

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［10］楊 早，楊 琴，賈延劫，等.相互間非接觸性共培養對神經干細胞和骨髓基質細胞的影響［J］.南方醫科大學學報，2010，30 （4）：823－6.

Effects of conditioned medium on neural stem cells in vitro

Song Peiwen，Xu Peng，You Tao，et al
（Dept of Orthopedics，The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University，Hefei 230022）

ObjectiveTo observe the effect of the conditioned medium from bone marrow mesenchymal stem cells （BMSCs）on the differentiation of neural stem cells（NSCs）.MethodsThe morphology and immunocytochemistry profile of NSCs were investigated via culturing with the concentrated conditioned medium derived from the passage 3 BMSCs.ResultsIn the conditioned medium of BMSC treated group，the growth of NSCs was converted from floating to adherence gradually within 24h.Till the 3rd day，most floating cells were adhered to the plastic and extended long processes which formed a network with the migrating cells on the 7 th day.By immunocytochemistry examination，the cells differentiated from the adhering NSCs expressed the phenotypes of neurons and astrocytes.Nevertheless，the NSCs without BMSC-CM was keeping floating growth in control group and observed adhering to plastic rarely.ConclusionWithout the BMSCs themselves，the deliver factors secreted by BMSCs in the form of concentrated conditioned medium promote the differentiation of NSCs.

mesenchymal stem cell；neural stem cell；differentiation；conditioned medium

R 363

1000－1492（2014）05－0598－05

2014－02－24接收

安徽醫科大學第一附屬醫院骨科，合肥 230022

宋旆文，男，碩士研究生；

申才良，男，教授，主任醫師，碩士生導師，責任作者，E-mail：shencailiang1616＠163.com