硒化合物对人类脐带间充质干细胞增殖的比较效应

《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》：Comparative effects of selenium compounds on human umbilical cord mesenchymal stem cell expansion

摘要

专门为促进间充质干细胞（MSCs）生长而配制的细胞培养基对这些细胞的临床应用至关重要。硒对MSCs的生物学作用与其形式有关，但目前尚未确定哪种形式的硒更有效地促进MSCs的培养。本研究评估了四种硒化合物——硒代半胱氨酸（SeCys）、亚硒酸钠（Na₂SeO₃）、灵芝多糖功能化的硒纳米颗粒（LET-SeNPs）和聚乙二醇修饰的硒纳米颗粒（PEG-SeNPs）——对人类脐带MSCs（hUC-MSCs）增殖和氧化应激的影响。在测试条件下，PEG-SeNPs（4?μM）和Na₂SeO₃（0.25?μM）显示出比SeCys和LET-SeNPs更大的增殖促进作用。形态分析和流式细胞术证实，PEG-SeNPs和Na₂SeO₃保持了MSCs的细胞形态和表型特征。值得注意的是，流式细胞术还显示，与对照组相比，PEG-SeNPs降低了细胞内的活性氧水平。总体而言，PEG-SeNPs和Na₂SeO₃均能增强MSCs的增殖，表明它们有助于优化hUC-MSCs的扩增培养，PEG-SeNPs还具有抗氧化作用。

引言

间充质干细胞（MSCs）在免疫调节中起着关键作用，具有抗炎效果，并具有多向分化潜能，这使它们成为多种疾病研究的重点[[1], [2], [3]]。鉴于其良好的治疗效果和广泛的临床潜力，MSCs目前正参与全球数千项临床试验[4]。然而，MSCs的培养面临诸多挑战，这些挑战阻碍了其广泛的临床应用。其中一个主要挑战是MSCs在体外扩增过程中的有限寿命和复制衰老。

长时间的体外扩增可能导致MSC表面标记物表达、分化潜能和分泌特征发生变化，最终降低其治疗效果，并引发对其疗效的担忧[5,6]。此外，培养条件，包括培养基的组成、基底类型和生长因子的选择，显著影响MSCs在培养中的行为[7,8]。不理想的培养条件会导致细胞活力和分化能力下降[9]。为了解决这些问题，研究人员正在探索新的培养技术，如优化培养基组成[7]和添加生物材料[10]，这些方法可能改善细胞粘附和功能。

硒是一种重要的微量元素，以其抗氧化特性和在氧化还原调节中的作用而闻名，对细胞功能和人类健康有重要影响[11,12]。硒缺乏可能导致严重的健康问题，包括克山病和卡辛-贝克病，并削弱免疫功能，增加患其他疾病的风险[13]。另一方面，过量摄入硒有毒性，严重情况下甚至可能导致硒中毒[14]。维持适当的硒水平对支持整体健康至关重要。由于硒能够增强细胞活力和分化能力，将其添加到MSC培养液中引起了广泛关注。研究表明，硒可以减轻氧化应激，从而提高MSC的存活率[15,16]。此外，研究还表明，硒补充可能促进MSC向特定类型细胞（如成骨细胞和脂肪细胞）的分化[17]。这些特性使硒成为再生医学应用的有希望的候选物质。

硒有多种形式，包括无机硒、有机硒和硒纳米颗粒。无机硒通常以亚硒酸盐或硒酸盐的形式存在，虽然具有生物活性，但在较高浓度下可能具有细胞毒性[13]。有机硒（如硒代半胱氨酸SeCys）更容易整合到细胞蛋白质中，通常被认为毒性较低。硒纳米颗粒（SeNPs）具有独特的性质和更高的生物利用度，是一种有前景的替代品，可在支持细胞生长的同时减少不良反应。灵芝多糖功能化的硒纳米颗粒（LET-SeNPs）和聚乙二醇修饰的硒纳米颗粒（PEG-SeNPs）是广泛使用且高度认可的生物相容性聚合物[[18], [19], [20]]。硒对MSCs的生物学作用很大程度上取决于其化学形式。然而，目前仍不清楚哪种硒制剂最有利于MSC培养，需进一步进行比较分析。本研究系统地评估了不同浓度硒化合物对MSC增殖和分化的调控作用，以优化培养条件，为再生医学应用提供支持。

章节摘录

人类脐带MSCs（hUC-MSCs）的分离与培养

本研究中使用的hUC-MSCs来自经中山大学第三附属医院临床研究伦理委员会批准的健康捐赠者。所有涉及人类组织采集的程序均按照相关指南和法规进行，并获得了所有参与者的书面知情同意。从四位无感染史的足月孕妇那里收集了脐带样本（n?=?4）。

优化硒化合物浓度以促进MSC增殖

我们选取了不同形式的硒（SeNPs（LET-SeNPs和PEG-SeNPs）、无机硒（Na₂SeO₃）和有机硒（SeCys）用于MSCs的培养分析。为了确定促进MSC增殖的最佳硒浓度，我们通过CCK-8检测评估了含有不同浓度硒化合物的培养基中MSC的活力，检测范围为0–256?μM。如图1A所示，LET-SeNPs、PEG-SeNPs和SeCys增强了MSC的增殖。

讨论

MSCs在治疗难治性和复发性疾病方面显示出巨大潜力，因此被视为细胞治疗领域的关键原料。然而，MSCs在体外扩增潜力有限，因此迫切需要能够延长其功能持续性和提高治疗效果的技术。

长时间的体外培养会影响细胞增殖，其中活性氧（ROS）在调节这一过程中起着关键作用。

结论

总之，本研究表明，硒对MSCs的生物学作用很大程度上取决于其化学形式，不同的硒化合物对MSC增殖和分化具有不同的调控作用。与SeCys和LET-SeNPs相比，PEG-SeNPs和Na₂SeO₃在测试条件下表现出更大的增殖促进作用，这表明PEG-SeNPs可能是进一步优化MSC培养方案的有用候选者。

作者贡献

B.N.、H.L.和R.X.对该工作做出了同等贡献。B.N.、F.Y.、J.L.和W.C.进行了实验、数据分析并撰写了手稿。H.L.、R.X.、L.Y.、C.L.、H.L.和X.C.参与了实验设计。所有作者都阅读并批准了最终手稿。

CRediT作者贡献声明

Beibei Ni：撰写——初稿，数据管理，资金筹集。Huali Li：方法学，研究。Ruixuan Xu：方法学，研究。Li Yang：方法学，研究。Cuiping Li：方法学，研究。Huizhu Lin：验证。Xiaoyan Chen：资源获取。Jianxi Lu：撰写——审稿与编辑，资源获取。Wenjie Chen：撰写——初稿，数据管理，资金筹集。Fan Yang：撰写——审稿与编辑，资金筹集。

伦理声明

已获得所有参与者或其法定代表人的书面知情同意，同意参与本研究并发表文章。参与者的隐私权得到了尊重。

本研究包括了器官或组织捐赠者。研究中使用的人体生物材料已获得捐赠者或其亲属或法定代表的同意，用于本研究及文章发表。本研究使用的样本并非来自执行...

资助

本研究得到了中山大学第三附属医院的国家自然科学基金（资助编号：2025GZRPYMS07）、国家自然科学基金（资助编号：82460130和82260110）、广东省基础与应用基础研究基金（资助编号：2025A1515220145和2024A1515013044）、自治区重点研究与发展专项计划（资助编号：2024B04014和2024B04014–1）以及新疆自治区的支持。

致谢

特别感谢济南大学的Tianfeng Chen博士提供了本研究中使用的PEG-SeNPs、LET-SeNPs、Na₂SeO₃和SeCys。

Beibei Ni|Huali Li|Ruixuan Xu|Li Yang|Cuiping Li|Huizhu Lin|Xiaoyan Chen|Jianxi Lu|Wenjie Chen|Fan Yang

中山大学第三附属医院疫苗研究所，细胞-基因治疗转化医学研究中心，中国广州，510630