ヒト臍帯多能性間葉系間葉系間葉系間質細胞は、炎症反応や酸化ストレスを軽減することで、精子形成細胞の急性虚血再灌流障害を緩和することがわかった

Human umbilical cord multipotent mesenchymal stromal cells alleviate acute ischemia-reperfusion injury of spermatogenic cells via reducing inflammatory response and oxidative stress.

• Liang Zhong
• Mengbo Yang
• Xiangyu Zou
• Tao Du
• Huiming Xu
• Jie Sun

抄録

背景:

BACKGROUND: This study was designed to determine the effect of human umbilical cord multipotent mesenchymal stromal cells (hUC-MSC) on acute ischemia/reperfusion (I/R) injury of spermatogenic cells.

方法:

精巣I/Rラットモデルは、720°のねじれを1時間かけて樹立した。精子形成細胞の損傷の重症度をJohnsenのスコアで推定した。レシピエント精子の増殖は、Ki67に対する抗体の免疫染色により測定し、すべての生殖細胞はDDX4抗体で検出した。そして、レシピエント精子形成は、レクチンPNAで精子を染色することにより評価した。炎症性因子のレベルはリアルタイムPCRで測定した。また、精巣内のセレクチン-Eの発現、好中球浸潤を免疫染色により検出した。生殖細胞のアポトーシスをTUNELアッセイとウエスタンブロットで調べた。さらに、酸化ストレスについては、反応性酸化種（ROS）レベルで試験した。インビトロでは、ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVECs）の培養にhUC-MSCの条件培地（CM）を使用し、HUVECsに対するhUC-MSCのパラクリン効果を評価した。また、プロテインチップを用いて、hUC-MSCのCM中の分泌タンパク質の相対濃度を測定した。

METHOD: The testicular I/R rat model was established through 720° torsion for 1 h. hUC-MSC were intravenously injected 10 min before detorsion. Injury severity of spermatogenic cells was estimated by Johnsen's score. The proliferating of recipient spermatogonia was measured by the immunostaining of antibodies against Ki67, and all germ cells were detected with DDX4 antibody. And recipient spermatogenesis was assessed by staining spermatozoa with lectin PNA. The levels of inflammatory factors were measured by real-time PCR. And the Selectin-E expression, neutrophil infiltration in the testes was detected by immunostaining. Germ cells apoptosis was tested by TUNEL assay and western blot. Furthermore, the oxidative stress was tested by reactive oxidative species (ROS) levels. In vitro, the condition medium (CM) of hUC-MSC was used to culture human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), so as to assess the paracrine effect of hUC-MSC on HUVECs. The protein chip was used to measure the relative concentration of the secretory proteins in the CM of hUC-MSC.

結果:

hUC-MSCは精巣I/Rによって誘発された精巣損傷を大幅に緩和した。炎症性因子のレベルは、in vivoおよびin vitroでhUC-MSCによってダウンレギュレートされた。また、好中球浸潤、活性酸素、生殖細胞のアポトーシスは、hUC-MSC群で大幅に減少した。また、hUC-MSCから分泌される成長因子、サイトカイン、抗炎症サイトカインなどのパラクリン因子が豊富であった。

RESULT: hUC-MSC greatly alleviated the testicular injury induced by testis I/R. The levels of proinflammatory factors were downregulated by hUC-MSC in vivo and in vitro. Neutrophil infiltration, ROS, and germ cell apoptosis in testicular tissues were greatly reduced in the group of hUC-MSC. Paracrine factors secreted by hUC-MSC including growth factors, cytokines, and anti-inflammatory cytokine were rich.

結論:

本研究では、hUC-MSCを静脈内注射することで、炎症反応、アポトーシス、急性酸化損傷を抑制し、精子形成細胞をI/R損傷から保護できることを明らかにした。このように、hUC-MSCのパラクリン機構が、I/R傷害に対する精子形成細胞の保護に寄与している可能性があると考えられる。本研究では、このような機能を有するhUC-MSCを用いて、精子形成細胞のI/R傷害を抑制する臨床的な治療法を提案した。

CONCLUSION: This study demonstrated that intravenously injected hUC-MSC could protect the spermatogenic cells against I/R injury by reducing the inflammatory response, apoptosis, and acute oxidative injury. Paracrine mechanism of hUC-MSC may contribute to the protection of spermatogenic cells against I/R injury. Therefore, the present study provides a method for clinical treatment of attenuate I/R injury of spermatogenic cells.