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肌腱细胞来源的诱导多能干细胞与骨髓间充质干细胞中肌腱生成基因表达对生化和生物力学刺激反应的比较分析

Comparative Analysis of Tenogenic Gene Expression in Tenocyte-Derived Induced Pluripotent Stem Cells and Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells in Response to Biochemical and Biomechanical Stimuli.

作者信息

Yang Feikun, Richardson Dean W

机构信息

Department of Clinical Studies New Bolton Center, School of Veterinary Medicine, University of Pennsylvania, 382 West Street Road, Kennett Square PA 19348, USA.

出版信息

Stem Cells Int. 2021 Jan 13;2021:8835576. doi: 10.1155/2021/8835576. eCollection 2021.

Abstract

The tendon is highly prone to injury, overuse, or age-related degeneration in both humans and horses. Natural healing of injured tendon is poor, and cell-based therapeutic treatment is still a significant clinical challenge. In this study, we extensively investigated the expression of tenogenic genes in equine bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) and tenocyte-derived induced pluripotent stem cells (teno-iPSCs) stimulated by growth factors (TGF-3 and BMP12) combined with ectopic expression of tenogenic transcription factor MKX or cyclic uniaxial mechanical stretch. Western blotting revealed that TGF-3 and BMP12 increased the expression of transcription factors SCX and MKX in both cells, but the tenocyte marker tenomodulin (TNMD) was detected only in BMSCs and upregulated by either inducer. On the other hand, quantitative real-time PCR showed that TGF-3 increased the expression of , , , and in BMSCs and , , , , and in teno-iPSCs. BMP12 treatment elevated , , , , and in teno-iPSCs. Overexpression of MKX increased , , , and in BMSCs and , , , , and in teno-iPSCs; TGF-3 further enhanced in BMSCs. Moreover, mechanical stretch increased , , , , and in BMSCs and , , , , , , and in teno-iPSCs; TGF-3 tended to further elevate , , and in BMSCs and , , , , and in teno-iPSCs, while BMP12 further uptrended the expression of and in BMSCs and in teno-iPSCs. Additionally, the aforementioned tenogenic inducers also affected the expression of signaling regulators , , and in BMSCs and teno-iPSCs. Taken together, our data demonstrate that, in respect to the tenocyte-lineage-specific gene expression, BMSCs and teno-iPSCs respond differently to the tenogenic stimuli, which may affect the outcome of their application in tendon repair or regeneration.

摘要

在人类和马匹中,肌腱极易受到损伤、过度使用或与年龄相关的退化影响。受损肌腱的自然愈合情况不佳,基于细胞的治疗方法仍是一项重大的临床挑战。在本研究中,我们广泛研究了生长因子(TGF-3和BMP12)联合肌腱生成转录因子MKX的异位表达或周期性单轴机械拉伸刺激下,马骨髓间充质干细胞(BMSCs)和肌腱细胞来源的诱导多能干细胞(teno-iPSCs)中肌腱生成基因的表达。蛋白质免疫印迹分析显示,TGF-3和BMP12均增加了两种细胞中转录因子SCX和MKX的表达,但肌腱细胞标志物肌腱调节蛋白(TNMD)仅在BMSCs中检测到,且两种诱导剂均可使其上调。另一方面,定量实时PCR表明,TGF-3增加了BMSCs中 、 、 、 和teno-iPSCs中 、 、 、 、 和 的表达。BMP12处理使teno-iPSCs中 、 、 、 、 和 升高。MKX的过表达增加了BMSCs中 、 、 、 和teno-iPSCs中 、 、 、 、 和 的表达;TGF-3进一步增强了BMSCs中 的表达。此外,机械拉伸增加了BMSCs中 、 、 、 、 和teno-iPSCs中 、 、 、 、 、 和 的表达;TGF-3倾向于进一步提高BMSCs中 、 、 和teno-iPSCs中 、 、 、 、 和 的表达,而BMP12进一步上调了BMSCs中 和 的表达以及teno-iPSCs中 的表达。此外,上述肌腱生成诱导剂还影响了BMSCs和teno-iPSCs中信号调节因子 、 、 和 的表达。综上所述,我们的数据表明,就肌腱细胞谱系特异性基因表达而言,BMSCs和teno-iPSCs对肌腱生成刺激的反应不同,这可能会影响它们在肌腱修复或再生中的应用效果。

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