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编号:10504118
切应力作用下联合培养的血管平滑肌细胞对内皮细胞分泌t-PA和PAI-1的影响
http://www.100md.com 《解剖学报》 2000年第0期
     作者:李玉泉 姜宗来 张炎 丛兴忠 张传森 杨向群

    单位:第二军医大学解剖学教研室,生物医学工程研究所,上海200433

    关键词:内皮细胞;平滑肌细胞;联合培养;切应力;组织纤溶酶 原激活物;纤溶酶原激活物抑制剂;组织工程

    解剖学报00zk24

    【摘要】目的 探讨切应力作用下联合培养的血管平滑肌细胞对内皮 细胞分泌 t-PA和PAI-1的影响。 方法 应用发色底物法研究40dyn/cm2切应 力作用下与 血管平滑肌细胞联合培养的内皮细胞分泌t-PA和PAI-1的量的变化,以静态条件下单独培 养 的内皮细胞和联合培养的内皮细胞为两对照组。 结果 静态条件下联 合 培养的内皮细胞分泌t-PA的量较单独培养的内皮细胞分泌的量显著增多,同期PAI-1的分 泌 量减少。切应力作用下联合培养的内皮细胞t-PA的分泌量进一步增多,PAI-1的分泌量在 整 个切应力作用过程中没有显著的变化。 结论 切应力作用下,与血管 平滑肌细胞联合培养的内皮细胞的抗血栓能力增强。
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    【中图分类号】 R318.01;331.36 【文献标识码】 A 【文章编号】 0529-1356(2000)增-93

    EFFECT OF CO-CULTURED VASCULAR SMOOTH MUSCLE CELLS ON T-PA AND PAI-1 SECRETION OF ENDOTHELIAL CELLS UNDER SHEAR STRESS

    LI Yu-quan,JIANG Zong-lai*,ZHANG Yan,CONG Xing-zhong,ZHANG Chuan-sen,YANG Xiang-qun

    (Department of Anatomy,Institute of Biomedical Engineering,the Second Military

    Medical University,Shanghai 200433,China)
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    【Abstract】Objective The effect of vascular smooth muscle cells (VSMCs)on the abilities of secreting t-PA and PAI-1 by Co-cultured endotheli al cells(ECs) under shear stress has been studied.Methods Contents o f tissue plasminogen activator (t-PA)and type l plasminogen activator inhibitor ( PAI-1)by Co-cultured ECs with VSMCs under shear stress were investigated with th e methods of colorsubstrate,two controls of ECs cultured alone and Co-cultured E Cs were maintained under static conditions.Results Compared with ECs cultured alone,in static condition,the content of t-PA secretion by Co-cul tu red ECs increased dramatically,while at the same time,the content of PAI-1 decr ea sed.Under shear stress,the t-PA secretion by Co-cultured ECs increased further .The PAI-1 secretion was unaffected by shear stress over the entire time range. Conclusion Under shear stress condition,the capabilities of an ti-thrombosis of Co-cultured ECs were strengthened,and our results may also su pply some thoretical and experimental foundation for improving tissue engineerin g of vascular endothelial cell seeding.
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    【Key words】Endothelial cells;Smooth muscle cells;Co-cult ure;Shear stress;Tissue-plasminogen activator;plasminogen activator inhibitor;Tissu e engineering 心血管人工移植物临床应用的主要问题是血栓形成和钙化,在人工移植物表面单独种植内皮细胞(endothelial cells,EC)后由于其抗血栓能力较弱并不能取得满意的结果。在体条件下,与EC相邻的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMC)对EC的形态结构和生理功能有积极的影响及调节作用[1]。如果改变EC种植技术,将EC和VSMC联合种植,可能增强人工种植内皮的功能特性,使其抗血栓能力增强。

    许多临床研究和动物实验表明,纤溶酶原活性下降是血栓形成的主要原因,而组织纤溶酶原激活物(t-PA)和纤溶酶原激活物抑制剂(PAI-1)是一对纤溶程度的调节剂,对血栓的形成与溶解起着重要的作用。血液中t-PA和PAI-1主要来源于EC,因此对EC分泌t-PA和PAI-1的研究具有十分重要的意义。国外已在切应力对单独培养的EC分泌t-PA和PAI-1的影响方面以及静态条件下其他类型的细胞对EC分泌PAI-1的影响进行了研究[2,3]。但在切应力作用下对与VSMC联合培养的EC分泌t-PA及PAI-1的变化尚未见报道。我们旨在探讨切应力作用下VSMC对联合培养的EC抗血栓能力的影响,为阐明动脉粥样硬化和血栓形成的机制提供一些实验依据。
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    材料和方法

    1.内皮细胞和平滑肌细胞的原代培养及鉴定

    取新生小牛胸主动脉,用0.1%胶原酶和0.125%胰酶的混合液(1:4)消化EC,用0.125%胰蛋白酶(Sigama公司)消化VSMC,所得的细胞悬液用含20%新生牛血清的DMEM培养基种植于培养瓶中,2~3d换液1次。分别用兔抗人vWF(von willebrand factor)多克隆抗体、SABC试剂盒(武汉博士德生物工程有限公司)和鼠抗人α-肌动蛋白单克隆抗体、ABC试剂盒(美国Vector公司)对EC特有的vWF和VSMC特异的α-肌动蛋白进行免疫细胞化学检测,阳性着色者分别为EC和VSMC。

    图1 流体应力测试系统模式图

    Fig.1 Diagram of fluid stress testing system
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    2.内皮细胞与平滑肌细胞的联合培养[4]

    传代2~6代的EC经胰酶消化,调整细胞浓度到1×105个/ml,种植于PET膜的外面,3-4h后细胞贴壁完全,将膜翻转,在膜的内面以同样的浓度种植2~6代的VSMC,然后将PET膜插入配套的6孔培养板中,进行联合培养,每2d换液1次,EC形成单层后用于实验。

    3.用于内皮细胞与平滑肌细胞联合培养模型的力学系统[5]

    本系统主要由3个部分组成:(1)平行平板流动腔;(2)液体灌流系统;(3)温度及pH值控制装置。整个装置的核心部分为平行平板流动腔,它是专门为上述联合培养模型设计的,液体流动时作用于EC的力为稳定层流切应力。实验时,整个装置置于37℃生化培养箱内以维持温度恒定。液体pH值的恒定有赖于二元混合气体的维持(图1)。
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    4.内皮细胞t-PA和PAI-1活性的发色底物法检测。

    实验组为联合培养的EC受40dyn/cm2的切应力作用,对照组为静态条件下单独培养的EC和联合培养的EC。取样时间点为6、12、18和24h。收集的样本离心后,置于-80℃冰箱保存。标本收集齐后,分别用t-PA和PAI-1活性检测试剂盒(上实医大生物工程有限公司),XL800型酶标仪(美国 Bio-tex仪器公司)检测待测样品t-PA和PAI-1和活性。

    5.数据处理

    以A405对t-PA和PAI-1标准品活性作标准曲线,待测样品t-PA和PAI-1活性从标准曲线上求算,乘上稀释倍数。将所得数据进行统计处理,组与组之间用t检验。

    结 果

    1.t-PA活性的变化
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    静态条件下,联合培养的EC和单独培养EC的t-PA活性在24h内均逐渐增加,但联合培养EC的t-PA活性增加幅度快,两者之间从18h开始有显著性差异(P<0.05)。40dyn/cm2切应力作用下,联合培养EC的t-PA分泌量进一步增多,切应力作用6h开始就有非常显著差异P <0.01)(图2,表1)。

    图2 内皮细胞t-PA活性标准曲线

    Fig.2 t-PA activity standard curve of EC表1 内皮细胞的t-PA活性的检测(×10-2IU/ml,±s,n=3)

    Table l t-PA activity determination of EC 组别
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    group

    时间点(小时)time(hours)

    0

    6

    12

    18

    24

    SC

    0

    0.57±0.20

    1.15±0.06

    1.95±0.20*
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    4.09±0.02**

    CC

    0

    1.19±0.06##

    1.54±0.18##

    2.65±0.21##

    5.47±0.10##

    SS

    0

    3.12±0.09

    5.68±0.27△△
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    7.71±1.20※※

    11.88±1.05※※

    注:SC:单独培养的EC组,CC:联合培养的EC组,SS:联合培养的EC受切应力作用组(以下同)

    *(SC vs CC P<0.05),**(SC vs CC P<0.01),##(SS vs CC P<0.05),△△(12 vs 6 P<0.01),※※(18 vs 12 P<0.01 24 vs 18 P<0.01)

    Note:SC:ECs cultured alone,CC:Co-cultured ECs,SS:Co-cultured ECs under shear stress

    *(SC vs CC P<0.05),**(SC vs CC P<0.01),##(SS vs CC P<0.05),△△(12 vs 6 P<0.01),※※(18 vs 12 P<0.01 24 vs 18 P<0.01)
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    2.PAI-1活性的变化

    静态条件下,联合培养EC和单独培养EC的PAI-1活性在24h内均逐渐增加,但联合培养EC的PAI-1活性增加的幅度较慢,两者之间从12h开始有显著性差异(P<0.05)。40dyn/cm2切应力作用下,PAI-1的活性在整个切应力作用过程中与对照组没有明显的变化(图3,表2)

    图3内皮细胞PAI-1活性标准曲线

    Fig.3 PAI-1 activity standard curve of EC

    表2 内皮细胞的PAI-1活性的检测(AU/ml,±s n=3)
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    Table 2 PAI-1 activity determination of EC 组别

    group

    时间点(小时)time(hours)

    0

    6

    12

    18

    24

    SC

    0

    2.18±0.04

    2.40±0.05
, 百拇医药
    2.48±0.01

    2.52±0.02

    CC

    0

    2.13±0.05

    2.30±0.03*

    2.39±0.05*

    2.47±0.02*

    SS

    0

    2.13±0.03

, 百拇医药     2.29±0.01

    2.40±0.08

    2.49±0.01

    *SC vs C C P<0.05

    讨 论

    血管EC是合成和释放t-PA的主要部位,t-PA是体内重要的活化物之一,它可与纤维蛋白结合,增强t-PA对纤溶酶原激活的催化能力,形成的纤溶酶作用于纤维蛋白,促进形成的血栓溶解。血管EC也能合成释放PAI-1,PAI-1通过1∶1化学计量快速形成酶/抑制物复合物,抑制t-PA的活性。因此t-PA和PAI-1是一对纤溶程度的调节剂,对血栓的形成与溶解起着重要作用。

    本实验结果显示,静态条件下,与单独培养的EC相比,与VSMC联合培养EC的t-PA分泌量增多,PAI-1的分泌量减少,在24h内t-PA和PAI-1的分泌量均与时间呈正相关。切应力作用下,联合培养的EC分泌t-PA的能力进一步增强,从6h开始就存在显著性差异。由此可见,VSMC可刺激EC分泌t-PA,切应力使这一作用进一步增强。在整个切应力作用过程中,PAI-1的分泌没有明显的变化,可见VSMC抑制EC分泌PAI-1,但切应力对PAI-1的分泌无抑制作用。
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    国外研究者们在切应力对单独培养的EC分泌t-PA和PAI-1的影响及其机制方面作了一些研究工作,他们的研究结果证实,切实力作用下EC的t-PA分泌增多是由于切应力作用引起的[6~8]。Diamond等[2]的研究表明,单独培养的ECs在动脉的切应力作用6h后t-PA的分泌量与对照组之间没有显著差异。而本实验结果显示,与平滑肌联合培养的EC,在静态条件下培养12h和切应力作用6h开始,t-PA的分泌量与对照组之间均存在显著差异。我们认为,产生这种差别的原因是本实验中加入了VSMC对EC的影响。虽然切应力对联合培养EC的PAI-1分泌没有影响,但静态条件下联合培养EC的PAI-1分泌减少,说明VSMC抑制EC合成和释放PAI-1。也就是说,单独培养的EC分泌高水平的PAI-1可能其部分原因是缺少血管VSMC的抑制作用。但对于VSMC是通过何种途径影响EC的t-PA mRNA转录及PAI-1的合成与释放的机制仍不清楚,是否通过分泌可溶性因子调节EC的t-PA和PAI-1生物合成,还有待于今后的进一步研究。
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    虽然目前关于流体动力学对血管EC抗血栓能力的影响的研究资料有限,但本实验结果提示,VSMC通过直接或间接的途径影响EC的t-PA和PAI-1合成和释放,使切应力作用下与VSMC联合培养的EC抗血栓能力增强。这一结果为血管组织工程研究带来新的理论和实验依据。同时,也为阐明动脉粥样硬化和血栓形成的机制提供了一些新的资料。

    【基金项目】国家自然科学基金资助项目(39670200);全军“九五”医药 卫生科研基金资助项目(96M068)

    【作者简介】李玉泉(1967-),女(汉族),安微太湖人,医学博士,讲师

    参考文献

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    [2] Diamond.S L,Eskin S G,Mcintire L V.Fluid flow stimulates tissue pla sminogen ac tivator secretion by cultured human endothelial cells[J].Science,1989,243(4897 ):1483-1485.

    [3] Rydzewski A,Sakata K, Kobayshi A,et al.Changes in plasminogen activ ator inhibitor-1 land tissue-type plasminogen activator during exercise in patients with coronary artery disease[J].Haemostasis,1990,20(5):305-309.

    [4] 姜宗来,陈双红,张炎.内皮细胞平滑肌细胞联合培养的新模型[J].中国 学术期刊文摘,1999,5(1):80~81.
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    [5] 丛兴忠.切应力条件下与平滑肌细胞联合培养的内皮细胞形态及凝血相关因 子的分泌改变[D].第二军医大学硕士学位论文,2000:4~11.

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    [8] Kooistra T,van Den Berg J,TkJns A,et al.Butyrate stimulates ti ssue -type plasmi nogen-activator synthesis in cultured human endothelial cells [J].Biochem J,1 987,247(3):605-612.

    【收稿日期】2000-06-15 【修回日期】2000-08-01, http://www.100md.com