1.1 设计 随机对照动物实验。
1.2 时间及地点 实验于2017年6月至2019年3月在解放军联勤保障部队第920医院临床实验科完成。
1.3 材料
1.3.1 实验试剂与材料 链脲佐菌素、二甲基亚砜、DIR碘化物(北京泛博生物);DMEM/F12培养基、胎牛血清、胰蛋白酶(美国Gibco公司);胆固醇(北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司);0.22 μm微孔过滤膜(上海新亚净化器件厂);其他试剂为国产分析纯。
1.3.2 实验仪器 SW-CJ-2F百级层流超净工作台(苏州佳宝净化工程设备有限公司);HF240 CO2细胞培养箱(上海力申科学仪器有限公司);AnkeDL-5-B离心机(上海安亭科学仪器厂);IX70-121倒置相差光学显微镜、荧光倒置显微镜(Olympus公司);IVIS
Iuminar XR小动物活体成像仪(Caliper Life Sciences公司);HITACHI-7171A自动生化分析仪(日本日立公司);微量血糖仪(罗氏(德国)公司);BP-98A智能无创血压计(鼠仪)(北京软隆科技有限责任公司)。
1.3.3 试剂配制 ①0.1 mol/L柠檬酸缓冲液:A液,柠檬酸2.1 g加水至100 mL;B液,柠檬酸钠2.94 g加水至 100 mL;A液和B液按56%和44%的比例混合,调节pH值在4.2;②链脲佐菌素的配制:注射前将链脲佐菌素溶于 0.1 mol/L柠檬酸缓冲液中配成1%的溶液,0.22 μm滤膜过滤后,冰浴,现用现配,要在10 min内用完;③含体积分数为20%胎牛血清的DMEM/F12完全培养基:400 mL DMEM/F12中加入100 mL胎牛血清,用6.6%NaHCO3调节pH值范围在7.2-7.4,4 ℃冰箱储存备用。
1.3.4 实验动物 实验所选用的48只树鼩为中缅树鼩的滇西亚种(Tree
Shrew,Tupaia Belangeris
Chinese),经中国医学科学院医学生物学研究所树鼩种质资源中心人工驯化,雌雄不限,体质量120-140 g,饲养于3 600 mm× 3 600 mm×2 000 mm的不锈钢笼具内。动物房内常年保持通风换气,保持笼具干燥清洁。实验中对动物的处置符合中华人民共和国科学技术部2006年颁布的《关于善待实验动物的指导性意见》。
1.4 实验方法
1.4.1 树鼩脐带间充质干细胞的培养、鉴定及标记 参见作者既往发表的文献[8]。细胞培养24 h后,置于倒置显微镜下观察细胞生长情况及细胞形态。当第4代细胞生长至80%-90%融合时,进行成骨成脂分化诱导。
DIR是一种亲脂性的荧光染料,可以用来染细胞膜和其他脂溶性生物结构。DIR的发射波长是肉眼看不见的,对细胞染色后,DIR在748 nm波长激发下发射深红色荧光,能在整个细胞膜上扩散,穿透细胞和组织,在活体成像中用来示踪。按10 mg DiR加3.3 mL二甲基亚砜的浓度配制 3
mmol/L的DiR存储液,备用。取第4代树鼩脐带间充质干细胞,0.25%胰蛋白酶消化分散后用含体积分数为20%胎牛血清的完全培养基终止消化,吹打均匀后吸入10 mL离心管内计数,调整细胞浓度为1×109 L-1,在1 mL细胞悬液中加入3 mmol/L的DIR存储液5 μL,37 ℃孵育10 min,再用预热的无血清培养基洗涤3遍,1 500 r/min离心5 min。取100 μL细胞悬液(含1×105个细胞)加入小平皿中央形成一个液滴,置入活体成像仪内观察深红色荧光。
1.4.2 树鼩分组 48只树鼩适应性喂养2周后,经空腹血糖、胰岛素、血脂检测及胰岛素抵抗指数计算无异常,随机分为2组,即正常对照组(n=8)和代谢综合征模型组(n=40);再将代谢综合征成模树鼩32只随机分为模型对照组(n=10)和脐带间充质干细胞治疗组(n=22)。
1.4.3 高糖高胆固醇高盐饲料及糖水的制作 高糖高胆固醇高盐饲料的配方:蔗糖20%、胆固醇2.5%、食用盐3%、基础饲料74.5%(由中国医学科学院医学生物学研究所树鼩种质资源中心制作提供),将其混合均匀后蒸熟,每天上午现配现喂。10%糖水:蔗糖10%、饮用水90%(1 L饮用水中加100 g蔗糖),每天上午下午各1次,均为现配现喂。
1.4.4 树鼩代谢综合征模型的建立 采用高糖高胆固醇高盐饲料及糖水饮食,联合链脲佐菌素诱导代谢综合征模型。模型组树鼩给予自制的高糖高胆固醇高盐饲料饲喂及10%糖水饮水,对照组给予基础饲料饲喂及正常饮水。每日均给予实验动物适量的水果及饮水。饲喂8周后,模型组树鼩隔夜禁食,于次日上午按照100 mg/kg的剂量腹腔注射新鲜配制的链脲佐菌素(用0.1 mmol/L、pH值4.3的柠檬酸缓冲液配成100 g/L,过滤除菌);第7天后空腹血糖未达到11.1 mmol/L的树鼩再次腹腔注射链脲佐菌素(80 mg/kg);同时饲喂高糖高胆固醇高盐饲料和10%糖水。对照组树鼩于同一时间腹腔注射等体积生理盐水。成模标准:根据代谢综合征定义,以空腹血糖、总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇增高,空腹血糖达到11.1 mmol/L以上[9],糖耐量减低,产生胰岛素抵抗为标准,并出现靶器官病理组织结构变化,将上述指标与给药前及正常对照组有显著差异者视为代谢综合征成模动物。
1.4.5 造模后评价指标
(1)一般情况观察:每周观察动物精神、饮食、活动度、排泄等一般情况,并称质量。
(2)血液生化指标检测:每隔2周,树鼩禁食12 h,次日上午1 mL注射器尾尖部采血,罗氏微量血糖仪测量血糖;1 mL注射器采集其尾静脉血0.6 mL,测定总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇(送检验科检测)及胰岛素水平(送检验科及核医学科检测)。
(3)葡萄糖耐量试验(OGTT):实验动物禁食12 h,测定空腹血糖,称量体质量后给予50%葡萄糖3.59 mL/kg灌胃,罗氏微量血糖仪测量0,5,7,15,30,60,90,120 min血糖。采用近梯形的计算公式计算曲线下面积(AUC),糖耐量异常表现为实验动物糖负荷后各时间点血糖明显升高,曲线下面积增大。
(4)胰岛素抵抗指数(HOMA-IR):是用于评价个体胰岛素抵抗水平的指标。计算方法:胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)=空腹血糖水平(mmol/L)×空腹胰岛素水平(mIU/L)/22.5。
(5)动脉血压测量:血压测量使用智能无创血压计(鼠仪,型号BP-98A)。操作人员佩戴双层手套,内层为医用橡胶手套,外层为帆布手套。将树鼩头部向前装入大鼠鼠网,套上网袋,尾部暴露在外,固定好网袋后用电推剪从离尾尖2/3处向尾根部剃干净尾部毛发,暴露尾根部长约 4 cm的皮肤。将树鼩的尾巴放入具有橡胶膜的加压感应器中,待树鼩安静5 min后,按血压计开始键开始自动测量。每只动物间隔5 min后再次测量,共测量3次,取平均值作为最终测量值[10]。
1.4.6 脐带间充质干细胞移植治疗树鼩代谢综合征 按上述方法脐带间充质干细胞用DIR标记12 h后,0.25%胰蛋白酶消化,含体积分数为20%胎牛血清的DMEM/F12培养基终止消化,2 000 r/min离心5 min,计数细胞后弃上清,用生理盐水重悬细胞,调整细胞浓度为7×108 L-1(按剂量5×106/kg,总体积1 mL),移入1 mL注射器中备用。治疗组树鼩于造模16周经尾静脉注射体外标记的脐带间充质干细胞,模型对照组树鼩于同一时间注入等体积的生理盐水作为阴性对照。
1.4.7 移植效果评估
(1)一般情况观察:定期观察实验动物的毛色、精神状态、饮食、排泄、活动度等情况,并称体质量。
(2)相关生化指标检测:移植后2周及4周,树鼩禁食 12 h,次日上午1 mL注射器尾尖部采血,罗氏微量血糖仪测量血糖;1 mL注射器采集尾静脉血0.6 mL,测定总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇、胰岛素水平。
(3)计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR):胰岛素抵抗指数=空腹血糖水平(mmol/L)×空腹胰岛素水平(mIU/L)/22.5。
(4)DIR标记的脐带间充质干细胞在树鼩体内的分布情况:细胞移植后3 d,3只治疗组树鼩和1只模型对照组树鼩脊髓离断处死,打开腹腔,迅速游离胰腺、肾脏、肝脏,用40 g/L多聚甲醛溶液固定,置于小动物活体成像仪内,在748 nm波长激发下,观察红色荧光信号的分布情况。
1.5 主要观察指标 树鼩的血液生化指标、葡萄糖耐量、胰岛素抵抗指数和动脉血压。
1.6 统计学分析
所有数据采用SPSS 17.0统计软件包进行统计学分析,计量资料以
x(_)±
s表示,组间差异采用单因素方差分析(One-Way
ANOVA),
P < 0.05为差异有显著性意义。