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目的:本研究旨在以间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)为对象,在体外诱导产生的氧化应激条件下,探讨Nrf2和DKK-1通路对于人间充质干细胞抗体外氧化应激的具体分子机制。方法:选取传代培养至第三代,生长汇合度达60%-70%的人脐带间充质干细胞(Human umbilical cord mesenchymal stem cells,hUCMSCs)和人脂肪间充质干细胞(Human adipose-derived stem cells,hADMSCs)为研究对象。同时,采用细菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)/双氧水(Hydrogen peroxide solution,H2O2)模型,协同诱导体外氧化应激环境。随后分别进行以下实验:(1)采用si RNA转染的方法将Nanog特异性的siRNA转入MSCs中敲低相应基因的表达,24h后在培养液中加入LPS/H2O2。第二天,收集细胞检测细胞活性、细胞凋亡、细胞氧化水平相关指标的变化,以研究Nanog基因对MSCs抗氧化压力和抗炎症能力的影响;(2)采用p38 MAPK抑制剂SB203580或ERK1/2抑制剂U0126分别预处理MSCs 2h,随后加入LPS/H2O2,继续培养24h,收集细胞检测与细胞活性、细胞凋亡、细胞氧化水平相关指标的变化,以检测MAPK和ERK通路对MSCs抗氧化压力和抗炎症能力的影响;(3)采用lipofectamine 3000转染方法将Nrf2或DKK-1质粒转入MSCs中,48h后加入LPS/H2O2,继续培养24h,收集细胞检测与细胞活性、细胞凋亡、细胞氧化水平相关指标的变化,以检测过表达Nrf2或DKK-1对人间充质干细胞抗氧化压力和抗炎症能力的影响。结果:(1)与对照组比较,LPS/H2O2处理组人间充质干细胞(hMSCs)活性显著降低(P<0.001);与LPS/H2O2组比较,加入SB203580处理组和敲除Nanog基因组都进一步降低了hMSCs活性(P<0.001);相反地,与LPS/H2O2组比较,加入U0126处理组和过表达Nrf2或DKK1基因组都显著增加了hMSCs活性(P<0.01)。(2)与对照组比较,LPS/H2O2处理组h MSCs的细胞凋亡率显著增加(P<0.001);与LPS/H2O2组比较,加入SB203580处理组和敲除Na nog基因组都进一步增加了hMSCs的细胞凋亡率(P<0.05);相反地,与LPS/H2O2组比较,加入U0126处理组和过表达Nrf2或DKK1组都显著降低了hMSCs的细胞凋亡率(P<0.05)。(3)Western blot结果显示,与对照组比较,LPS/H2O2处理组的细胞增殖蛋白(PCNA)、抗凋亡蛋白(Bcl-2)表达水平降低,促凋亡蛋白(Bax1)的表达水平增加;与LPS/H2O2组比较,加入SB203580处理组或敲除Nanog基因组都进一步降低了hMSCs中PCNA、Bc l-2基因的表达,而增加了Bax1基因的表达;相反地,与LPS/H2O2组比较,加入U0126处理组和过表达Nrf2或DKK1组都增加了hMS Cs中PCNA、Bcl-2基因的表达,而降低了Bax1表达。(4)免疫荧光结果显示,与对照组相比,LPS/H2O2处理组中h MSCs细胞内的ROS(reactive oxygen species;活性氧)荧光染色剂信号显著增加(P<0.05);与LPS/H2O2组相比,加入SB203580处理组或敲除Nanog基因组都进一步增加了hMSCs中ROS荧光染色剂信号(P<0.05);相反地,与LPS/H2O2处理组相比,加入U0126处理组和过表达Nrf2或DKK1组均显著降低了hMSCs的ROS荧光染色剂信号(P<0.05)。(5)利用MitoSOX在流式细胞术中检测线粒体超氧水平的结果显示,与对照组相比,LPS/H2O2处理组中hMSCs的线粒体超氧水平增加;与LPS/H2O2组比较,加入SB203580处理组和敲除Nanog基因组都进一步增加了hMSCs中线粒体内的超氧水平;相反地,与LPS/H2O2组比较,加入U0126处理组或和过表达Nrf2或DKK1组都降低了h MSCs中线粒体的超氧水平。结论:(1)敲除Nanog基因的表达或抑制MAPK信号通路的传导,将降低hMSCs的抗氧化压力和抗炎症能力;(2)过表达Nrf2或DKK-1基因或抑制MEK/ERK信号通路,可以提高干细胞抗氧化压力和抗炎症能力。(3)Nrf2和DKK-1通路可通过调节抗凋亡基因和促凋亡基因的表达控制细胞的凋亡。(4)hMSCs可通过调控自身MAPK/Nrf2和Nanog/DKK-1通路的变化,调节氧化应激导致的内源性抗氧化酶活性的变化,从而调节细胞的内源性抗氧化水平。