引用本文: 趙越, 王曉輝, 劉爽, 孫海晨, 羅斌. 成人甲狀旁腺細胞的培養和鑒定. 中國普外基礎與臨床雜志, 2017, 24(1): 32-36. doi: 10.7507/1007-9424.201605105 復制
甲狀旁腺功能減退癥(hypoparathyroidism,簡稱甲旁減),是指甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)分泌減少和(或)功能障礙的一種臨床綜合征。臨床主要表現為低鈣血癥導致的神經肌肉興奮性增高,輕者可出現手足麻木、易激動、煩躁,重者可出現四肢抽搐,甚至影響呼吸功能,威脅生命。臨床最常見的情形是由于甲狀腺手術導致的繼發性甲旁減,嚴重的永久性甲旁減,患者常需靜脈補充鈣劑,嚴重影響生活質量。然而目前激素替代治療極其昂貴,且缺乏長期應用的資料。因此,甲狀旁腺細胞移植療法可能成為臨床治療永久性甲狀旁腺功能減退(簡稱甲旁減)的一個方法。本研究旨在通過對成人甲狀旁腺組織經提取培養后所得細胞進行鑒定,為甲狀旁腺細胞移植治療永久性甲旁減的可行性提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 主要材料、試劑與設備
實驗組織來源于 1 例原發性甲狀旁腺機能亢進患者甲狀旁腺腺瘤切除術后的部分組織。試劑:Ⅰ型膠原酶(Sigma公司),DNA酶(Sigma公司),RPMI 1640培養液(Gibco公司),胰蛋白酶(Gibco公司)、胎牛血清(Gibco公司),TRNzol總RNA提取試劑(天根生化科技有限公司),引物(Invitrogen公司)、人PTH試劑盒(西門子公司)。設備:XP型PTH檢測儀(西門子公司),XHZ-03型搖床(上海堪鑫儀器設備有限公司),X1R型離心機(Thermo公司),311型氣套式CO2培養箱(Thermo公司),JEM 1400plus電子顯微鏡(日本電子JEOL公司),QL-902型漩渦振蕩儀(海門市其林貝爾儀器制造有限公司),NANODROP2000型分光光度計(Thermo公司),Gene型PCR儀(東勝創新生物科技有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 原代細胞的提取和培養 將一 5 mm×5 mm×5 mm大的甲狀旁腺腺瘤組織放入無血清1640培養液中,1 h內低溫運送至細胞培養室,采用膠原酶消化法提取細胞[1]。主要步驟為:在培養皿中去除被膜、結締組織及脂肪組織,將組織剪碎至 1~2 mm見方的組織塊,加入10 mL含濃度分別為0.2%的膠原酶Ⅰ和0.1%的DNA酶的組織消化液,移入50 mL離心管中,于37 ℃恒溫搖床中振蕩消化90~120 min,使細胞分離。消化結束后離心 4 min(2 000 r/min,r=16 cm),棄上清,加入20 mL PBS緩沖液反復吹打沉淀,進一步分散細胞。將細胞懸液經100 μm網篩過濾去除消化殘留物,再次離心 4 min(1 000 r/min,r=16 cm)。加入含10%胎牛血清、100 U/mL青霉素和100 Ug/mL鏈霉素的RPMI 1640完全培養液 5 mL,移入25 cm2培養瓶中,在37 ℃、5% CO2及95%相對濕度條件下培養,隔日換液,顯微鏡下觀察細胞生長狀態。
1.2.2 細胞的傳代培養 細胞原代培養 7 d后進行傳代,棄掉培養瓶中培養液,PBS緩沖液清洗 2 次,加入 1 mL 0.25%的胰蛋白酶溶液,置于37 ℃培養箱消化 1~2 min,倒置顯微鏡下觀察細胞趨于圓形時,加入 2 mL完全培養基終止消化,反復吹打成單細胞懸液,等體積分裝到 2 個培養瓶中并分別標記①和②,培養條件如上。隔日換液,并觀察細胞形態。
1.2.3 電子顯微鏡觀察 將傳代細胞培養 7 d,瓶①留取上清液,于–80 ℃凍存待測PTH;將貼壁細胞消化離心 4 min(1 000 r/min,r=16 cm)得細胞團,將細胞團置于10倍體積的3%戊二醛溶液中固定,4 ℃冰箱過夜,隔日棄戊二醛,用PBS緩沖液清洗 3 次,每次10 min,固定完成并于 4 ℃保存,擇期電子顯微鏡下觀察細胞超微結構。
1.2.4 培養液上清PTH檢測 使用XP型PTH檢測儀,應用電化學發光法檢測瓶①留取的上清液中PTH含量,操作步驟嚴格按照說明書進行。
1.2.5 細胞鑒定 為觀察在細胞培養過程中顯微鏡下觀察到的長梭狀細胞是否仍為甲狀旁腺細胞,本研究采用聚合酶鏈反應(PCR)方法對甲狀旁腺細胞特有的標志物:鈣敏感性受體(calcium-sensing receptor,CaSR)、甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)和神經膠質細胞缺失轉錄因子(glial cells missing-2,GCM-2)的mRNA表達進行檢測,以進行細胞鑒定。使用軟件Primer Prime 5設計引物:CaSR上游引物為5′-CAGGAAACAGGTCTGCAAGGA-3′,下游引物為5′-CCTCCACCACTGATGACAAAGC-3′(122 bp);PTH上游引物為5′-TGCAAAAGACATGGCT-AAAGTTATG-3′,下游引物為5′-CTCTCAACC-AAGACATTGTCTTCC-3′(270 bp);GCM2上游引物為5′-AGAAGCGCCATCAAGAGACAAAT-3′,下游引物為5′-AGACTTTGGGAAGGAAGGGCA-3′(201 bp)。提取總RNA:瓶②棄上清,加入Trizol 1 mL,室溫保存 5 min提取RNA。逆轉錄合成cDNA:采用PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser進行cDNA反轉錄。PCR反應體系:用2×Taq MasterMix(CWbio.Co.Ltd,Cat#CW0682)進行擴增;擴增程序:95 ℃、5 min,95 ℃、30 s,55 ℃、30 s,72 ℃、60 s,共30個循環。PCR產物用 1% 瓊脂糖凝膠進行電泳。電泳所得白色條帶說明檢測結果呈陽性。
2 結果
2.1 細胞形態觀察
2.1.1 光學顯微鏡觀察結果 光鏡下可見消化提取的細胞散在分布,呈圓形,均質且透明;培養瓶培養 1 d后,見細胞貼附于瓶底,部分細胞呈放射狀延展;2 d時大部分細胞貼壁并連接成片,以梭形為主,部分細胞呈多角形;3 d時細胞充分展開,胞質透明,結構完整,4~6 d時形態無明顯變化,細胞數量逐漸增多;7 d時細胞長滿培養瓶底。細胞培養 7 d后進行傳代,傳代培養 1 d后細胞全部展開,主要呈梭形,傳代細胞體積較原代細胞略微增大(圖 1),細胞數隨時間延長逐漸增多,生長速度與原代細胞基本相當,期間形態變化不大,于 7 d時長滿培養瓶底。

2.1.2 電子顯微鏡觀察結果 傳代培養 7 d的甲狀旁腺細胞可見細胞胞漿豐富,線粒體豐富,細胞核周邊可見大量的高爾基體,細胞漿和細胞間隙均可見分泌囊泡(圖 2),說明細胞具有內分泌細胞的功能。

2.2 PTH檢測結果
傳代培養 7 d時培養液中PTH濃度為65.3 pg/mL。
2.3 PCR檢測結果
PCR檢查結果顯示,甲狀旁腺細胞特異性標志物CaSR、PTH及GCM2的mRNA表達呈陽性(圖 3)。說明傳代細胞經過 7 d培養仍然具有甲狀旁腺細胞的表型和特點。

3 討論
PTH是由甲狀旁腺主細胞合成并分泌的具有84個氨基酸的多肽類激素,作用是促進腎臟排磷,促進骨轉換、鈣離子入血,加快維生素 D 活化,促進腸道鈣吸收,減少尿鈣排出,使血鈣升高、血磷降低[2-3]。頸部手術是繼發性甲狀旁腺功能減退癥最常見的原因[4-5]。甲旁減時,患者血鈣降低、血磷升高,繼而引發一系列的臨床癥狀。目前,治療主要包括內科藥物治療和外科移植治療:①鈣劑和維生素 D 補充能夠較快糾正低鈣癥狀,對輕癥甲旁減患者效果良好,但較難獲得穩定的鈣磷平衡,存在尿鈣增多引起腎鈣質沉積甚至腎功能損害的風險。②PTH替代治療是甲旁減的理想治療方案,但因其有誘發骨肉瘤風險、價格昂貴、缺乏長期應用的數據等原因限制了其臨床應用[6]。③同種異體甲狀旁腺組織移植可以改善低鈣癥狀[7-10],但由于免疫排斥的原因,移植后的組織功能并不能夠長期維持。④微囊作為一種載體,為細胞提供了一個三維培養基,為異體細胞提供免疫屏障,又不妨礙營養物質、氧氣及代謝產物的運輸,微囊移植較單純的組織移植更有優勢[11-12]。此外,干細胞誘導分化和基因治療甲旁減有很大的發展潛力,但尚處于實驗研究階段,技術還不成熟[13-19]。
因細胞移植易成活、免疫原性低、易凍存重復實施等特點[20],近年來越來越受到臨床醫生的關注。研究發現,細胞移植較單純的組織移植有優勢,能減少免疫抑制劑的應用,明顯延長移植物的存活時間[21],微囊化細胞移植物在穩定性、存活周期以及功能維持方面均強于微囊化組織移植物[22]。此外,細胞培養能夠控制移植的細胞數量并調控PTH水平,可篩選狀態最好的細胞進行移植和低溫保存,都為甲狀旁腺細胞移植提供了理論基礎。
目前國內外的研究中,異體移植的組織和細胞主要來源于繼發性甲狀旁腺功能亢進患者,甲狀旁腺腺瘤來源的組織或者細胞移植的研究較少。理論上腺瘤組織或細胞具有較強的內分泌功能,少量即可達到治療目的,為解決供體來源困難提供了新的途徑。臨床已有將甲狀旁腺腺瘤組織切成薄片,經 6 Gy的60鈷照射、裸鼠過渡后移植治療臨床甲旁減的報告[23],術后短期應用免疫抑制劑,隨訪 3~9 個月,部分患者臨床療效肯定。能否實現甲狀旁腺腺瘤來源的細胞移植,細胞的提取和培養是關鍵。在細胞提取過程中,我們發現貼壁細胞形態呈梭形,與成纖維細胞的形態相近,懷疑有成纖維細胞的干擾,所以有必要對細胞特性進行鑒定。本實驗通過膠原酶消化法提取細胞,提取完成后從形態學、分子生物學及細胞功能 3 個方面對細胞進行特異性鑒定。其結果顯示:膠原酶消化法對細胞傷害較小,可獲得數量較多的細胞,細胞貼壁展開呈梭形,生長狀況良好;培養液中可測得PTH;電子顯微鏡下可見線粒體、高爾基體、分泌囊泡等腺細胞結構;細胞特異性標志物CaSR、PTH和GCM2呈陽性,證實提取所得細胞為甲狀旁腺細胞。此外,由于腺體周圍組織含量少,且沒有成熟的技術能夠提取相應的細胞,研究沒有設置對照組;另一方面,經消化提取的原代細胞數量有限,無法完成鑒定實驗內容,理論上細胞傳代并不會影響細胞的特性,故將細胞傳代后進行操作。
綜上所述,采用膠原酶消化法可獲得形態良好和具有PTH分泌功能的甲狀旁腺細胞,該法效果肯定、操作簡單,能夠為移植治療永久性甲旁減提供可靠的細胞來源。尋找一種更安全、穩定、長效的為機體提供PTH的治療方法,是當前研究的重點。近年來,微囊技術因其操作簡單并能下調排斥反應而成為外科移植治療甲旁減的良好載體,微囊技術在醫學領域受到越來越多的重視[24-26],但仍需進一步加強理想剛性結構、良好生物相容性、可控半透膜性和微囊標準化的探索。因此,腺瘤組織來源的甲狀旁腺細胞的提取培養和微囊技術的結合有望為同種異體移植治療永久性甲旁減提供一種新的方式,有較好的臨床應用前景。
甲狀旁腺功能減退癥(hypoparathyroidism,簡稱甲旁減),是指甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)分泌減少和(或)功能障礙的一種臨床綜合征。臨床主要表現為低鈣血癥導致的神經肌肉興奮性增高,輕者可出現手足麻木、易激動、煩躁,重者可出現四肢抽搐,甚至影響呼吸功能,威脅生命。臨床最常見的情形是由于甲狀腺手術導致的繼發性甲旁減,嚴重的永久性甲旁減,患者常需靜脈補充鈣劑,嚴重影響生活質量。然而目前激素替代治療極其昂貴,且缺乏長期應用的資料。因此,甲狀旁腺細胞移植療法可能成為臨床治療永久性甲狀旁腺功能減退(簡稱甲旁減)的一個方法。本研究旨在通過對成人甲狀旁腺組織經提取培養后所得細胞進行鑒定,為甲狀旁腺細胞移植治療永久性甲旁減的可行性提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 主要材料、試劑與設備
實驗組織來源于 1 例原發性甲狀旁腺機能亢進患者甲狀旁腺腺瘤切除術后的部分組織。試劑:Ⅰ型膠原酶(Sigma公司),DNA酶(Sigma公司),RPMI 1640培養液(Gibco公司),胰蛋白酶(Gibco公司)、胎牛血清(Gibco公司),TRNzol總RNA提取試劑(天根生化科技有限公司),引物(Invitrogen公司)、人PTH試劑盒(西門子公司)。設備:XP型PTH檢測儀(西門子公司),XHZ-03型搖床(上海堪鑫儀器設備有限公司),X1R型離心機(Thermo公司),311型氣套式CO2培養箱(Thermo公司),JEM 1400plus電子顯微鏡(日本電子JEOL公司),QL-902型漩渦振蕩儀(海門市其林貝爾儀器制造有限公司),NANODROP2000型分光光度計(Thermo公司),Gene型PCR儀(東勝創新生物科技有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 原代細胞的提取和培養 將一 5 mm×5 mm×5 mm大的甲狀旁腺腺瘤組織放入無血清1640培養液中,1 h內低溫運送至細胞培養室,采用膠原酶消化法提取細胞[1]。主要步驟為:在培養皿中去除被膜、結締組織及脂肪組織,將組織剪碎至 1~2 mm見方的組織塊,加入10 mL含濃度分別為0.2%的膠原酶Ⅰ和0.1%的DNA酶的組織消化液,移入50 mL離心管中,于37 ℃恒溫搖床中振蕩消化90~120 min,使細胞分離。消化結束后離心 4 min(2 000 r/min,r=16 cm),棄上清,加入20 mL PBS緩沖液反復吹打沉淀,進一步分散細胞。將細胞懸液經100 μm網篩過濾去除消化殘留物,再次離心 4 min(1 000 r/min,r=16 cm)。加入含10%胎牛血清、100 U/mL青霉素和100 Ug/mL鏈霉素的RPMI 1640完全培養液 5 mL,移入25 cm2培養瓶中,在37 ℃、5% CO2及95%相對濕度條件下培養,隔日換液,顯微鏡下觀察細胞生長狀態。
1.2.2 細胞的傳代培養 細胞原代培養 7 d后進行傳代,棄掉培養瓶中培養液,PBS緩沖液清洗 2 次,加入 1 mL 0.25%的胰蛋白酶溶液,置于37 ℃培養箱消化 1~2 min,倒置顯微鏡下觀察細胞趨于圓形時,加入 2 mL完全培養基終止消化,反復吹打成單細胞懸液,等體積分裝到 2 個培養瓶中并分別標記①和②,培養條件如上。隔日換液,并觀察細胞形態。
1.2.3 電子顯微鏡觀察 將傳代細胞培養 7 d,瓶①留取上清液,于–80 ℃凍存待測PTH;將貼壁細胞消化離心 4 min(1 000 r/min,r=16 cm)得細胞團,將細胞團置于10倍體積的3%戊二醛溶液中固定,4 ℃冰箱過夜,隔日棄戊二醛,用PBS緩沖液清洗 3 次,每次10 min,固定完成并于 4 ℃保存,擇期電子顯微鏡下觀察細胞超微結構。
1.2.4 培養液上清PTH檢測 使用XP型PTH檢測儀,應用電化學發光法檢測瓶①留取的上清液中PTH含量,操作步驟嚴格按照說明書進行。
1.2.5 細胞鑒定 為觀察在細胞培養過程中顯微鏡下觀察到的長梭狀細胞是否仍為甲狀旁腺細胞,本研究采用聚合酶鏈反應(PCR)方法對甲狀旁腺細胞特有的標志物:鈣敏感性受體(calcium-sensing receptor,CaSR)、甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)和神經膠質細胞缺失轉錄因子(glial cells missing-2,GCM-2)的mRNA表達進行檢測,以進行細胞鑒定。使用軟件Primer Prime 5設計引物:CaSR上游引物為5′-CAGGAAACAGGTCTGCAAGGA-3′,下游引物為5′-CCTCCACCACTGATGACAAAGC-3′(122 bp);PTH上游引物為5′-TGCAAAAGACATGGCT-AAAGTTATG-3′,下游引物為5′-CTCTCAACC-AAGACATTGTCTTCC-3′(270 bp);GCM2上游引物為5′-AGAAGCGCCATCAAGAGACAAAT-3′,下游引物為5′-AGACTTTGGGAAGGAAGGGCA-3′(201 bp)。提取總RNA:瓶②棄上清,加入Trizol 1 mL,室溫保存 5 min提取RNA。逆轉錄合成cDNA:采用PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser進行cDNA反轉錄。PCR反應體系:用2×Taq MasterMix(CWbio.Co.Ltd,Cat#CW0682)進行擴增;擴增程序:95 ℃、5 min,95 ℃、30 s,55 ℃、30 s,72 ℃、60 s,共30個循環。PCR產物用 1% 瓊脂糖凝膠進行電泳。電泳所得白色條帶說明檢測結果呈陽性。
2 結果
2.1 細胞形態觀察
2.1.1 光學顯微鏡觀察結果 光鏡下可見消化提取的細胞散在分布,呈圓形,均質且透明;培養瓶培養 1 d后,見細胞貼附于瓶底,部分細胞呈放射狀延展;2 d時大部分細胞貼壁并連接成片,以梭形為主,部分細胞呈多角形;3 d時細胞充分展開,胞質透明,結構完整,4~6 d時形態無明顯變化,細胞數量逐漸增多;7 d時細胞長滿培養瓶底。細胞培養 7 d后進行傳代,傳代培養 1 d后細胞全部展開,主要呈梭形,傳代細胞體積較原代細胞略微增大(圖 1),細胞數隨時間延長逐漸增多,生長速度與原代細胞基本相當,期間形態變化不大,于 7 d時長滿培養瓶底。

2.1.2 電子顯微鏡觀察結果 傳代培養 7 d的甲狀旁腺細胞可見細胞胞漿豐富,線粒體豐富,細胞核周邊可見大量的高爾基體,細胞漿和細胞間隙均可見分泌囊泡(圖 2),說明細胞具有內分泌細胞的功能。

2.2 PTH檢測結果
傳代培養 7 d時培養液中PTH濃度為65.3 pg/mL。
2.3 PCR檢測結果
PCR檢查結果顯示,甲狀旁腺細胞特異性標志物CaSR、PTH及GCM2的mRNA表達呈陽性(圖 3)。說明傳代細胞經過 7 d培養仍然具有甲狀旁腺細胞的表型和特點。

3 討論
PTH是由甲狀旁腺主細胞合成并分泌的具有84個氨基酸的多肽類激素,作用是促進腎臟排磷,促進骨轉換、鈣離子入血,加快維生素 D 活化,促進腸道鈣吸收,減少尿鈣排出,使血鈣升高、血磷降低[2-3]。頸部手術是繼發性甲狀旁腺功能減退癥最常見的原因[4-5]。甲旁減時,患者血鈣降低、血磷升高,繼而引發一系列的臨床癥狀。目前,治療主要包括內科藥物治療和外科移植治療:①鈣劑和維生素 D 補充能夠較快糾正低鈣癥狀,對輕癥甲旁減患者效果良好,但較難獲得穩定的鈣磷平衡,存在尿鈣增多引起腎鈣質沉積甚至腎功能損害的風險。②PTH替代治療是甲旁減的理想治療方案,但因其有誘發骨肉瘤風險、價格昂貴、缺乏長期應用的數據等原因限制了其臨床應用[6]。③同種異體甲狀旁腺組織移植可以改善低鈣癥狀[7-10],但由于免疫排斥的原因,移植后的組織功能并不能夠長期維持。④微囊作為一種載體,為細胞提供了一個三維培養基,為異體細胞提供免疫屏障,又不妨礙營養物質、氧氣及代謝產物的運輸,微囊移植較單純的組織移植更有優勢[11-12]。此外,干細胞誘導分化和基因治療甲旁減有很大的發展潛力,但尚處于實驗研究階段,技術還不成熟[13-19]。
因細胞移植易成活、免疫原性低、易凍存重復實施等特點[20],近年來越來越受到臨床醫生的關注。研究發現,細胞移植較單純的組織移植有優勢,能減少免疫抑制劑的應用,明顯延長移植物的存活時間[21],微囊化細胞移植物在穩定性、存活周期以及功能維持方面均強于微囊化組織移植物[22]。此外,細胞培養能夠控制移植的細胞數量并調控PTH水平,可篩選狀態最好的細胞進行移植和低溫保存,都為甲狀旁腺細胞移植提供了理論基礎。
目前國內外的研究中,異體移植的組織和細胞主要來源于繼發性甲狀旁腺功能亢進患者,甲狀旁腺腺瘤來源的組織或者細胞移植的研究較少。理論上腺瘤組織或細胞具有較強的內分泌功能,少量即可達到治療目的,為解決供體來源困難提供了新的途徑。臨床已有將甲狀旁腺腺瘤組織切成薄片,經 6 Gy的60鈷照射、裸鼠過渡后移植治療臨床甲旁減的報告[23],術后短期應用免疫抑制劑,隨訪 3~9 個月,部分患者臨床療效肯定。能否實現甲狀旁腺腺瘤來源的細胞移植,細胞的提取和培養是關鍵。在細胞提取過程中,我們發現貼壁細胞形態呈梭形,與成纖維細胞的形態相近,懷疑有成纖維細胞的干擾,所以有必要對細胞特性進行鑒定。本實驗通過膠原酶消化法提取細胞,提取完成后從形態學、分子生物學及細胞功能 3 個方面對細胞進行特異性鑒定。其結果顯示:膠原酶消化法對細胞傷害較小,可獲得數量較多的細胞,細胞貼壁展開呈梭形,生長狀況良好;培養液中可測得PTH;電子顯微鏡下可見線粒體、高爾基體、分泌囊泡等腺細胞結構;細胞特異性標志物CaSR、PTH和GCM2呈陽性,證實提取所得細胞為甲狀旁腺細胞。此外,由于腺體周圍組織含量少,且沒有成熟的技術能夠提取相應的細胞,研究沒有設置對照組;另一方面,經消化提取的原代細胞數量有限,無法完成鑒定實驗內容,理論上細胞傳代并不會影響細胞的特性,故將細胞傳代后進行操作。
綜上所述,采用膠原酶消化法可獲得形態良好和具有PTH分泌功能的甲狀旁腺細胞,該法效果肯定、操作簡單,能夠為移植治療永久性甲旁減提供可靠的細胞來源。尋找一種更安全、穩定、長效的為機體提供PTH的治療方法,是當前研究的重點。近年來,微囊技術因其操作簡單并能下調排斥反應而成為外科移植治療甲旁減的良好載體,微囊技術在醫學領域受到越來越多的重視[24-26],但仍需進一步加強理想剛性結構、良好生物相容性、可控半透膜性和微囊標準化的探索。因此,腺瘤組織來源的甲狀旁腺細胞的提取培養和微囊技術的結合有望為同種異體移植治療永久性甲旁減提供一種新的方式,有較好的臨床應用前景。