黄岑苷在促进乳腺干细胞体外扩增并维持其干细胞特性中的应用

摘要

本发明公开了黄岑苷在促进乳腺干细胞体外扩增并维持其干细胞特性中的应用。本发明发现黄岑苷能够在体外培养时促进乳腺干细胞的克隆形成和自我更新；黄岑苷能够提高乳腺干细胞在体内乳腺重建时的重建效率，并能够在小鼠青春期食用时促进乳腺发育；黄岑苷能够直接上调乳腺干细胞表面分子标记蛋白C受体的表达。因此可以将黄岑苷替代Wnt3A蛋白或者激素对乳腺干细胞进行体外的培养和扩增；体内移植实验也表明这些乳腺干细胞即使经过体外的长期传代培养，依然持有发育潜能，能够发育成功能完整、形态正常的乳腺器官。

权利要求

1.黄芩苷在制备用于体外扩增乳腺干细胞并维持其干细胞特性的药物中的应用。

2.黄芩苷在制备促进乳腺发育的药物中的应用。

3.黄芩苷在制备提高乳腺重建效率的药物中的应用。

4.一种体外扩增乳腺干细胞并维持其干细胞特性的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）流式细胞分选：取成年雌性小鼠的第四对乳腺，消化为单细胞后，利用CD31，CD45，TER119，CD24和CD29细胞表面分子标记的抗体进行染色，染色后的单细胞通过流式细胞分选得到Lin（- CD31-CD45-TER119-）CD24+CD29hi标记的乳腺基底干细胞；

（2）3D 细胞培养：将步骤（1）分离的乳腺基底干细胞在4℃，1000rpm离心5分钟，用基质胶重悬细胞沉淀，重悬细胞浓度为100万细胞/毫升；将重悬细胞的基质胶铺入24孔板，培养板每孔中基质胶铺入量为50μL，基本培养液加入量为500μL；

基本培养液成分为DMEM/F12=1:1，1%PS，1%ITS，50ng/mL EGF；基本培养液中黄芩苷的使用浓度为50-200μM。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的黄芩苷的使用浓度为100µM。

说明书

黄岑苷在促进乳腺干细胞体外扩增并维持其干细胞特性中的

应用

技术领域

[0001] 本发明属于干细胞体外扩增技术领域，更具体地，涉及一种促进乳腺干细胞体外培养扩增并维持其干细胞特性的中药提取物及方法。

背景技术

[0002] 干细胞是一类能够自我更新并持有多向分化潜能的原始细胞，目前干细胞分为具有全能性的胚胎干细胞、具有多能性的成体干细胞以及通过诱导产生的诱导全能干细胞(iPSC)三个大类。随着干细胞研究领域的不断进展，越来越多不同类型的干细胞表现出临床应用的潜力，如间充质干细胞用于治疗骨关节炎，iPSC可定向分化为造血干细胞用于血液病临床治疗研究，干细胞用于治疗老年性黄斑变性，干细胞培育出人工肺等。成体干细胞可以分化成特定组织的功能细胞，相比胚胎干细胞和iPSC，它们更有利于用于组织修复和器官再生。例如，利用小肠干细胞培养的微小肠结构可能用于今后的小肠修复；利用乳腺干细胞再生出一个有功能的乳腺可能用于乳腺的修复、再生和重建；利用毛囊干细胞进行毛发的再生等等。但是，在成体干细胞的应用研究中有一个亟待解决的问题就是各种组织特异性干细胞的体外培养和扩增。离体后的成体干细胞由于缺失了体内特定微环境信号的调控，会丧失自我更新和多向分化的潜能，迅速走向分化。因此成体干细胞体外扩增技术体系的建立将会推动成体干细胞应用研究领域的进步。

[0003] 乳腺癌位居我国女性恶性肿瘤发病率首位，且发病率快速增长，乳腺癌患者的年龄呈现出年轻化的趋势，乳腺癌已成为威胁妇女健康的主要病因。目前临床上对乳腺癌的治疗多采用切除后辅以放疗和化疗的治疗方案，治疗后的病人如何进行乳腺的修复、重建已成为一个重要的研究方向。乳腺修复和重建的完成离不开乳腺干细胞的培养和扩增方法的建立。在之前的研究中已经发现利用纯化的Wnt3A蛋白可以在体外对乳腺干细胞进行培养和扩增，但是该方法有很大的局限性，如Wnt3A蛋白代价昂贵，Wnt3A蛋白的长期处理使Wnt信号通路处于一直激活的状态，这使乳腺干细胞存在潜在的致瘤风险；另外，也有研究发现使用激素可以在体外共培养的体系中一定程度上培养和扩增乳腺干细胞，但是该方法使用的共培养体系毕竟不是纯的乳腺干细胞，在扩增过程中会被逐渐稀释，因此在实际应用中的效率尚待考证。

[0004] 黄芩苷(Baicalin)是从黄芩中分离提纯的天然产物，为一种单体化合物，是黄芩的有效成分之一，化学结构为：

[0005]

[0006] 黄芩苷具有多种药理活性：

[0007] 1.黄芩苷具有阻滞钙离子通道的作用。

[0008] 2.黄芩苷对超氧自由基具有明显的清除作用，可有效对抗脂质过氧化损伤。

[0009] 3.黄芩苷对各种实验性肝损伤都有一定的保护作用。

[0010] 4.黄芩苷具有免疫调节作用，可以增加机体的免疫力。

[0011] 6.黄芩苷具有抗HIV-1的活性，是一种有效的预防和治疗HIV感染的药物。

[0012] 7.黄芩苷具有心脑血管的保护作用：黄芩苷有扩张血管及降压作用，抗心律失常，抑制血管平滑肌细胞增殖，保护心肌缺血再灌注损伤，调节血脂，抗动脉粥样硬化，保护脑组织损伤。

[0013] 但目前尚未见有黄芩苷用于体外扩增乳腺干细胞的报道。

发明内容

[0014] 为了解决现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供黄芩苷在制备用于体外扩增乳腺干细胞的药物的新用途，同时提供一种更好的体外扩增乳腺干细胞的方法。

[0015] 本发明所采用的技术方案是：

[0016] 第一方面，提供黄芩苷在制备用于体外扩增乳腺干细胞的药物中的应用。

[0017] 第二方面，提供黄芩苷在制备促进乳腺发育的药物中的应用。

[0018] 第三方面，提供黄芩苷在制备提高乳腺重建效率的药物中的应用。

[0019] 第四方面，提供一种体外扩增乳腺干细胞的方法，其步骤包括：

[0020] (1)流式细胞分选：取成年雌性小鼠的第四对乳腺，消化为单细胞后，利用CD31，CD45，TER119，CD24和CD29等细胞表面分子标记的抗体进行染色，染色后的单细胞通过流式细胞分选得到Lin-(CD31-CD45-TER119-)CD24+CD29hi标记的乳腺基底干细胞；

[0021] (2)3D细胞培养：将分选后的乳腺基底干细胞放入基质胶(Matri-Gel)中进行3D培养，培养过程中加入黄芩苷处理。

[0022] 优选地，所述3D细胞培养的步骤具体为：

[0023] 将上述步骤(1)分离的乳腺基底干细胞在4℃，1000rpm离心5分钟，用基质胶重悬细胞沉淀(基质胶为BD公司购买，使用方法参考说明书)，重悬细胞浓度为100万细胞/毫升；将重悬细胞的基质胶铺入24孔板，培养板每孔中基质胶铺入量为50μL，基本培养液加入量为500μL；基本培养液成分为DMEM/F12＝1:1，1％PS，1％ITS(商品化产品，从GIBCO-Invitrogen购买)，50ng/mL EGF(商品化产品，从BD公司购买)；基本培养液中加入黄芩苷的浓度为50-200μM；综合细胞毒性和效果，黄岑苷的最佳使用浓度为100μM。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 本发明发明人发现Baicalin能够在体外培养时促进乳腺干细胞的克隆形成和自我更新；Baicalin能够提高乳腺干细胞在体内乳腺重建时的重建效率，并能够在小鼠青春期食用时促进乳腺发育；Baicalin能够直接上调乳腺干细胞表面分子标记蛋白C受体的表达。因此发明人利用Baicalin替代Wnt3A蛋白或者激素对乳腺干细胞进行体外的培养和扩增，结果发现乳腺干细胞能够在体外连续传代多次而不分化，保持着干细胞的特性，其数量在每次传代中递增。体内移植实验也表明这些乳腺干细胞即使经过体外的长期传代培养，依然持有发育潜能，能够发育成功能完整、形态正常的乳腺器官。

附图说明

[0026] 图1为黄芩苷促使乳腺基底干细胞克隆增大；

[0027] 图2为黄芩苷促使乳腺干细胞的克隆数目增加；

[0028] 图3为黄芩苷促进乳腺干细胞移植后的乳腺重建；

[0029] 图4为黄芩苷促进青春期乳腺的发育；

[0030] 图5为黄芩苷促使乳腺基底干细胞中Procr转录水平的升高；

[0031] 图6为黄芩苷促进Procr蛋白水平的升高；

[0032] 图7为黄芩苷促进Procr的基因转录；

具体实施方式

[0033] 通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

[0034] 在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围；在本发明说明书和权利要求书中，除非文中另外明确指出，单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。

[0035] 当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

[0036] 除非另外说明，本发明中所公开的实验方法、检测方法、制备方法均采用本技术领域常规的分子生物学、生物化学、染色质结构和分析、分析化学、细胞培养、重组DNA技术及相关领域的常规技术。这些技术在现有文献中已有完善说明，具体可参见Sambrook等MOLECULAR CLONING：A LABORATORY MANUAL，Second edition，Cold Spring Harbor Laboratory Press，1989and Third edition，2001；Ausubel等，CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY，John Wiley&Sons，New York，1987and periodic updates；the series METHODS IN ENZYMOLOGY，Academic Press，San Diego；Wolffe，CHROMATIN STRUCTURE AND FUNCTION，Third edition，Academic Press，San Diego，1998；METHODS IN ENZYMOLOGY，Vol.304，Chromatin(P.M.Wassarman and A.P.Wolffe，eds.)，Academic Press，San Diego，1999；和METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY，Vol.119，Chromatin Protocols(P.B.Becker，ed.)Humana Press，Totowa，1999等。

[0037] 【实施例1】黄芩苷能够促进乳腺干细胞的体外扩增

[0038] 1.单细胞制备：将成年小鼠处死后取出其第四对乳腺组织，通过胶原酶将剪碎后的乳腺进行消化，消化时间为2个小时左右，消化液为RPMI-1640，0.01MHepes，5％FBS，消化液中加入胶原酶3，加入量为1.5mg/mL；消化后的乳腺加入红细胞裂解液去除红细胞，红细胞裂解时间为5分钟左右；利用胰酶将去除红细胞的细胞消化为单细胞，胰酶消化时间为10分钟左右，胰酶中加入脱氧核糖核酸酶1去除DNA；

[0039] 2.抗体染色：在制备好的单细胞中加入以下抗体：anti-Ter119-FITC,anti-CD31-FITC,anti-CD45-FITC,anti-CD29-APC和anti-CD24-PE-Cy7进行染色，抗体浓度为1：200，染色时间为20分钟；

[0040] 3.流式分选：染色后的单细胞通过流式细胞分离技术获得乳腺基底干细胞Lin-,CD24+,CD29hi。

[0041] 4.乳腺基底干细胞的3D培养和传代：将分离的乳腺基底干细胞离心沉淀(4℃，1000rpm离心5分钟)，用基质胶重悬细胞沉淀(基质胶为BD公司购买，使用方法参考说明书)，重悬细胞浓度为100万细胞/毫升；将重悬细胞的基质胶铺入24孔板，培养板每孔中基质胶铺入量为50μL，培养液加入量为500μL；基本培养液成分为DMEM/F12＝1:1，1％PS，1％ITS(商品化产品，从GIBCO-Invitrogen购买)，50ng/mL EGF(商品化产品，从BD公司购买)；
基本培养液中加入Baicalin的浓度分别为50，100，200μM；培养6天后，3D传代的程序为用
500μL Dispase处理Matri-gel 25-35分钟，5％FBS(溶于PBS体积比)洗涤后加入500μL胰酶处理5-10分钟，将单细胞重悬于新的基质胶培养，完成传代。

[0042] 培养6天后利用Dispase消化Matri-Gel，得到基底干细胞克隆，测量细胞克隆的大小。在连续传代过程中未加入Baicalin处理的对照组，干细胞克隆大小约为38微米左右，而加入Baicalin处理(Baicalin使用浓度为50-200μM)，则使干细胞克隆大小增加至43微米左右，且随着Baicalin浓度增加，干细胞克隆大小也会增加(克隆大小如图1所示)；在连续传代时未加入Baicalin的对照组会使乳腺基底干细胞克隆数目以每传一次2-4倍的增长，加入Baicalin会使克隆数目增加更快(克隆数目变化如图2示)；

[0043] 【实施例2】黄芩苷促进乳腺基底干细胞的体内重建能力

[0044] 将传后第5代的乳腺干细胞移植入3周龄的裸鼠乳腺脂肪垫中，培养裸鼠4至8周后检查乳腺的生长情况，以此确定乳腺干细胞的再生能力。对连续传代后的细胞克隆进行移植实验，考察乳腺组织再生的几率。

[0045] 乳腺基底干细胞在体外Matri-Gel中进行3D培养并进行连续传代，在连续传代后基底干细胞会逐步分化并失去干细胞特性，失去其再生乳腺的能力。本发明发现，在连续传代过程中加入Baicalin处理，会使乳腺基底干细胞在连续传代后继续保持干细胞的特性，进行体内移植后能够重建成新的乳腺。该结果说明，Baicalin能够维持乳腺干细胞的自我更新，使其在连续传代扩增过程中保持重建成新的乳腺的能力，Baicalin处理组的细胞有更强的重建能力，如图3所示。

[0046] 【实施例3】黄芩苷促进乳腺的发育：

[0047] 取3周的小鼠，采取灌胃的方式进行Baicalin处理，Baicalin处理的剂量为200mg/Kg，分别取Baicalin处理两周和(5周小鼠)三周(6周小鼠)后的小鼠，取其第四对乳腺进行Carmine染色，与对照组对比考察Baicalin处理后乳腺导管的延伸和侧分枝情况。与对照组相比，发现小鼠经Baicalin灌胃后乳腺发育显著变快，Baicalin处理后乳腺导管延伸更快，侧分枝更多(如图4所示)。

[0048] 【实施例4】黄芩苷能够上调乳腺干细胞表面分子标记蛋白C受体(Procr)的表达[0049] 1.Baicalin促进蛋白C受体mRNA水平的升高：分离乳腺基底干细胞，进行Matri-Gel 3D培养，培养过程中加入Baicalin处理，并以DMSO处理组作为对照，处理6天后收集细胞克隆并提取RNA，利用RT-qPCR测量Procr在RNA水平的变化，结果显示Baicalin处理后，Procr的RNA水平显著升高，如图5所示，扩增Procr的引物为：

[0050] Procr forward：CTCTCTGGGAAAACTCCTGACA；

[0051] Procr reverse：CAGGGAGCAGCTAACAGTGA。

[0052] 2.Baicalin促进蛋白C受体蛋白水平的升高：培养小鼠乳腺细胞系Eph4，培养过程中加入Baicalin处理，以DMSO处理组作为对照，处理48小时后收集细胞并裂解提取蛋白，利用Western blot考察Procr蛋白水平的变化，结果显示Baicalin处理后，Procr蛋白水平显著升高，如图6所示。

[0053] 3.Baicalin直接上调Procr的转录水平：克隆基因Procr的启动子并连接入pGL3.0载体，利用Luciferase报告系统考察Baicalin的作用(实验方法参考Promega试剂盒说明书)，结果发现Baicalin能够显著提高Luciferase的相对值，说明Baicalin能够直接上调Procr基因的表达，如图7所示。