转化生长因子-β1介导的角膜基质细胞外基质纤维化体外三维培养模型的构建

摘要：背景 角膜损伤修复过程中细胞外基质(ECM)纤维化是角膜瘢痕形成的基础,转化生长因子-β1(TGF-β1)可引起角膜基质过度产生ECM.我们在前期的研究工作中构建了角膜基质三维培养模型,而将TGF-β1添加于该三维培养体系中是否可达到构建角膜基质ECM纤维化的体外三维培养模型有待研究.目的 评估TGF-β1对该三维培养模型中ECM纤维化相关基因表达的影响,确定该三维培养体系是否可以作为角膜基质ECM纤维化的体外三维培养候选模型.方法分离新鲜成年牛角膜,并在基础培养液(DMEM/F12+体积分数10％胎牛血清)中进行角膜基质细胞的培养,将5×105个牛角膜基质细胞收集于15 ml离心管中构建体外三维培养模型(Pellet),根据培养液中添加的TGF-β1质量浓度的不同分为基础培养液组(无TGF-β1)、基础培养液+0.5 ng/ml TGF-β1组和基础培养液+1.0 ng/ml TGF-β1组,于培养2周时用钙黄绿素-AM/碘化丙啶法(Calcein-AM/PI)法进行细胞活性测定;分别于培养后48 h、1周和2周应用实时荧光定量PCR(real-time PCR)和Western blot法检测各组Pellet中α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、Ⅰ型胶原(Col Ⅰ)、ColⅢmRNA及其蛋白的表达. 结果 Pellet模型培养后48 h,角膜基质细胞开始抱团,培养后2周经Calcein AM/PI染色证实绝大多数细胞存活.培养后48 h、1周和2周,基础培养液+0.5 ng/ml TGF-β1组和基础培养液+1.0 ng/ml TGF-β1组角膜基质细胞中α-SMA、Col Ⅰ和ColⅢmRNA的相对表达量均明显高于基础培养液组,3个组间的总体差异均有统计学意义(F分组=696.745,P＜0.001;F分组=35.166,P＜0.001;F分组=33.677,P＜0.001),且随着培养时间的延长,α-SMA、Col Ⅰ和ColⅢmRNA的相对表达量逐渐升高,差异均有统计学意义(F时间=5.863,P＜0.05;F时间=298.614,P＜0.001;F时间=607.472,P＜0.001);ColⅢmRNA合成速率均大于Col Ⅰ mRNA的合成速率;Western blot检测发现,培养后48 h和1周α-SMA、Col Ⅰ和ColⅢ蛋白的表达量为微量,培养后2周基础培养液+0.5 ng/ml TGF-β1组Pellet模型中α-SMA、Col Ⅰ和ColⅢ蛋白的相对灰度表达量分别为0.395±0.208、1.060±0.175和0.629±0.382,基础培养液+1.0 ng/ml TGF-β1组o-SMA、Col Ⅰ和ColⅢ蛋白的灰度表达量分别为0.758±0.228、1.201±0.187和0.753 ±0.468,组间总体比较差异均有统计学意义(α-SMA:F=10.691,P＜0.05;Col Ⅰ:F=14.094,P＜0.05;ColⅢ:F=10.995,P＜0.05). 结论 培养液中添加TGF-β1和血清促进角膜ECM的纤维化,表现为Pellet三维培养模型中牛角膜基质细胞高表达纤维化特异性标志物.该培养体系可作为角膜基质ECM纤维化研究的体外三维培养模型.