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2006年SONOYAMA等[1]分离培养人第三磨牙根尖部组织后,发现一种具有高增殖、分化潜能的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs), 命名为根尖牙乳头干细胞(stem cells from apical papilla,SCAPs)。作为MSCs的一种,SCAPs具有较高的增殖潜能、迁移能力,且易获取[2-4]。因此SCAPs有望作为种子细胞用于牙组织再生,其相关研究在一定程度上可促进牙组织工程的发展。白细胞介素(IL)-34是LIN等[5]发现的一种炎症因子。本课题组前期研究发现,IL-34对SCAPS的增殖、迁移具有调节作用[6-8],但其调节机制尚不清楚。核因子-κB受体(nuclear factor-kappa B,NF-кB)是细胞内重要的核转录因子[9]。研究[10-11]发现,TNF-α、IL-1β等炎症因子可介导NF-кB信号通路,提高SCAPs的增殖、迁移能力。而抑制NF-кB信号通路后,SCAPs的增殖和迁移能力受到显著抑制[12]。此外IL-34也已被证明可以调节MSCs中NF-κB信号通路[13]。本课题组推测IL-34可能通过介导NF-кB信号通路从而调节SCAPs的增殖和迁移。本课题以小鼠SCAPs为研究对象,探讨体外条件下IL-34通过NF-кB信号通路对SCAPs增殖、迁移的影响,现作报道。
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离心机(上海卢湘仪离心机仪器有限公司);流式细胞仪(BD,美国);细胞培养板(TRUELINE,美国);CO2恒温培养箱(Thermo,美国);倒置显微镜(OLYMPUS,日本);胎牛血清(GIBCO,美国);DMEM(Hyclone,美国);胰蛋白酶-EDTA消化液(0.25%)(Solarbio,美国);CCK-8(SAB,美国);酶标分析仪(北京普朗新技术有限公司)。
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取10只1周龄的小鼠麻醉处死后,将小鼠下颌中切牙在无菌条件下拔出,转入无菌超净工作台中,显微镜下用含双抗的磷酸缓冲液(PBS)冲洗分离小鼠根尖牙乳头组织,将其剪碎成约为1 mm3的小块。然后将组织块消化30~40 min,然后1 000 r/min离心5 min后弃上清液,加入含20%FBS和1%双抗的高糖DMEM培养基中,37 ℃,5%CO2培养。待细胞融合达到70%~80%时,用0.25%的胰蛋白酶按1∶3消化传代[14]。后续实验使用生长状态良好的P3代细胞。
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取P3代SCAPs,将其计数并以107个/孔接种于12孔培养板中,10%PBS洗涤2次后,离心弃上清液,吹打均匀细胞悬液,分别加入适量的CD44、CD45、CD90,同时设立阴性对照组,避光孵育1 h后,上流式细胞仪检测表面标志物。
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2.5 g/L胰蛋白酶消化SCAPs,离心收集生长状态良好的P3代细胞,调整细胞密度为107个/毫升。待细胞悬液吹打均匀后,每个EP管内加入100 μL细胞悬液,然后分别加入适量的APC-labeled anti-CSF-1R,同时设立阴性对照组。4 ℃环境中避光孵育30 min,加入200 μL PBS重悬,移入流式管内,上流式细胞仪,检测上述CSF-1R的表达情况。
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实验分为4组包括空白对照组、IL-34组(100 ng/mL IL-34)、CSF-1R组(100 ng/mL IL-34+25 ng/mL anti-CSF-1R,CSF-1R受体抑制剂)、NF-кB组(100 ng/mL IL-34+1μmol/L BMS-345541,NF-кB信号通路抑制剂)。
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取生长状态良好的P3代细胞,以2×105个/孔接种于6孔培养板,以10%FBS的α-MEM培养细胞。待细胞融合至70%时,饥饿24 h。在各组培养液中培养30、60、120 min时,根据相关文献[12]提取细胞质蛋白和细胞核蛋白的方法收集SCAPs细胞质和细胞核中的总蛋白,Western blotting分析各组中各时间点IкBα、p-IкBα、p65及p-P65的表达情况。实验重复3次。
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取生长状态良好的P3代细胞,以2×103个/孔接种到96孔板中培养,待细胞贴壁后饥饿培养24 h,更换无血清培养液进行同步化处理, 按照上述实验方法分为4组,IL-34的浓度更换为50 ng/mL。在培养1、3、5、7 d后,将CCK-8试剂添加到每个孔中,并在37 ℃下培养2 h,在450 nm波长处测量吸光度(OD)值。实验重复3次。
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取生长状态良好的P3代细胞,以2×105个/孔接种于24孔膜孔径8 μm的transwell培养板中,分别加入500 μL培养液。各组按照上述实验分组加入相应试剂后并加入0.1%FBS+α-MEM培养液。用酶消化法消化细胞,用0.1%FBS的α-MEM制成均匀的细胞悬液,将transwell小室放入24孔板,按照2×104个/孔在上层小室接种细胞,下层的24孔板中加入0.7 mL含10%FBS的RPMI-1640培养基,每组3复孔,将培养板放置在37 ℃含5%CO2的培养箱中,20 h后取出小室,棉签抹去上室中残余的细胞,用4%多聚甲醛固定,0.1%结晶紫染色,PBS洗3遍,400倍显微镜下随机5个视野观察细胞,记数。实验重复3次。
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采用t检验、方差分析及q检验。
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酶消化法原代培养小鼠根尖处SCAPs镜下可见梭形细胞,传代至第三代镜下可见SCAPs呈成纤维细胞样(见图 1)。
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流式细胞仪鉴定SCAPs表面间充质细胞表面标志物CD44(89.8%)、CD90(92.0%)表达阳性,造血干细胞表面标志物CD45(4.7%)表达阴性(见图 2)。
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流式细胞术鉴定SCAPs表面CSF-1R阳性(23.1%)(见图 3)。
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在细胞培养各时间点SCAPs细胞质中,与对照组相比较,IL-34组p-P65、p-IκBα蛋白表达量均显著上调(P < 0.01)。细胞培养30 min时,与IL-34组相比,CSF-1R组中SCAPs细胞质中p-P65和NF-κB组中SCAPs细胞质中p-P65、p-IκBα显著降低(P < 0.01)。细胞培养60 min、120 min时,与IL-34组相比,CSF-1R组、NF-κB组中SCAPs细胞核中p65、IκBα磷酸化水平均显著降低(P < 0.01)。细胞核蛋白结果显示:在细胞培养各时间点,与对照组相比,IL-34组p-P65表达量显著上调(P < 0.05);细胞培养60 min后CSF-1R组、NF-кB组中p-P65表达量较IL-34组呈下降趋势(P < 0.01)(见表 1~2、图 4~5)。
分组 n IкBα/β-actin p-IкBα/β-actin p65/β-actin p-P65/β-actin 30 min 对照组 3 0.980±0.014 0.452±0.123 0.987±0.025 0.447±0.031 IL-34组 3 0.990±0.028 0.967±0.096** 1.008±0.015 0.975±0.035** CSF-1R组 3 1.021±0.016 0.825±0.039 1.006±0.014 0.754±0.119## NF-кB组 3 1.004±0.035 0.664±0.027## 0.956±0.004 0.666±0.065## F — 3.11 43.95 12.37 54.71 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.000 0.003 0.000 0.002 60 min 对照组 3 1.075±0.106 0.445±0.017 1.03±0.028 0.493±0.032 IL-34组 3 1.062±0.149 0.971±0.042** 1.003±0.095 1.045±0.049** CSF-1R组 3 1.080±0.01 0.786±0.107## 1.004±0.03 0.795±0.002## NF-кB组 3 1.072±0.041 0.593±0.033## 1.012±0.013 0.646±0.035## F — 12.37 84.57 0.05 277.60 P — >0.05 < 0.01 >0.05 < 0.01 MS组内 — 0.004 0.001 0.001 0.000 120 min 对照组 3 1.045±0.081 0.495±0.004 0.986±0.012 0.467±0.001 IL-34组 3 1.061±0.092 1.045±0.075** 1.03±0.064 1.04±0.016** CSF-1R组 3 1.089±0.057 0.763±0.042## 1.013±0.017 0.775±0.002## NF-кB组 3 1.007±0.007 0.568±0.100## 0.906±0.026## 0.587±0.063## F — 1.52 82.62 15.62 352.80 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.002 0.002 0.000 0.000 q检验:与对照组相比较**P < 0.01;与IL-34组比较##P < 0.01 表 1 各组SCAPs细胞浆中IкBα、p-IкBα、p65及p-P65蛋白的相对表达量(x±s)
分组 n p-P65/H3 30 min 60 min 120 min 对照组 3 0.363±0.012 0.334±0.042 0.369±0.007 IL-34组 3 0.889±0.097* 1.034±0.009* 0.992±0.027* CSF-1R组 3 0.688±0.060## 0.666±0.040## 0.615±0.037## NF-кB组 3 0.598±0.050## 0.516±0.026## 0.492±0.036## F — 36.04 247.00 248.50 P — < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.003 0.001 0.000 q检验:与对照组相比较*P < 0.05;与IL-34组比较##P < 0.01 表 2 各组SCAPs胞核中p-P65蛋白的相对表达量(x±s)
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实验各组SCAPs生长曲线均呈现逐渐增长趋势。与对照组相比,50 ng/mL IL-34刺激SCAPs后,细胞OD值显著增高(P < 0.01)。与IL-34组相比,经过anti-CSF-1R和NF-кB信号通路抑制剂处理后的CSF-1R组、NF-кB组,SCAPs增殖效率显著降低(P < 0.01)(见表 3)。
分组 n 0 h 24 h 72 h 120 h 168 h 216 h 对照组 3 0.309±0.020 0.486±0.011 0.828±0.013 1.102±0.016 1.35±0.012 1.608±0.023 IL-34组 3 0.301±0.012 0.745±0.011** 1.129±0.013** 1.415±0.011** 1.831±0.026** 2.034±0.041** CSF-1R组 3 0.307±0.01 0.522±0.013## 0.991±0.018## 1.272±0.019## 1.526±0.014## 1.780±0.010## NF-кB组 3 0.307±0.012 0.513±0.014## 0.987±0.018## 1.229±0.018## 1.483±0.014## 1.696±0.014## F — 0.58 789.70 512.30 538.00 1 186.00 467.40 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 q检验:与对照组相比较**P < 0.01;与IL-34组比较##P < 0.01 表 3 CCK-8检测IL-34组、CSF-1R组、NF-кB组对SCAPSs增殖的影响(OD值; x±s)
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细胞培养20 h后检测Transwell下层细胞数,结果显示:IL-34组迁移细胞数目显著高于对照组(P < 0.01)。阻断IL-34与CSF-1R结合进而抑制NF-кB信号通路的路径后,CSF-1R组小室下方迁移细胞数目较IL-34组显著降低(P < 0.01)。直接通过BMS-345541抑制剂直接阻断NF-кB信号通路后,NF-кB组较IL-34组相比,SCAPs的迁移效率显著降低(P < 0.01)(见表 4)。
分组 n 下室细胞数/个 F P MS组内 对照组 3 24.111±8.838 548.10 < 0.01 92.280 IL-34组 3 195.000±13.171** CSF-1R组 3 84.555±8.889## NF-кB组 3 51.666±6.204## q检验:与对照组相比较**P < 0.01;与IL-34组比较##P < 0.01 表 4 Transwell检测IL-34组、CSF-1R组、NF-кB组迁移细胞数目(x±s)
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SCAPs是外源性间充质干细胞的一种,通常位于未完全发育的牙根尖组织中。有研究[15]证实,相比于牙髓干细胞(dental pulp stem cells,DPSCs),SCAPs具有更好的增殖、迁移效能。SCAPs同其他牙源性干细胞相比,表现出更强的增殖效率和迁移能力,且较易获取,因此被视为目前发现的最理想的牙源性种子细胞[16]。研究中通过酶消化法分离培养SCAPs,流式细胞仪检测显示SCAPs对造血干细胞特异性表面标志物CD45表达阴性,排除SCAPs是造血干细胞来源的可能性。同时SCAPs表达间充质干细胞标志物CD44、CD90,证实SCAPs的间充质来源。
NF-кB、wnt/β-Catenin、cAMP/PKA等信号通路均可影响SCAPs增殖、迁移的过程[17]。NF-кB是细胞中重要的核转录因子,通常以p65:p50异二聚体的形式存在于细胞中。当受到微生物、真菌、病毒和致炎细胞因子等刺激物时,可激活该信号通路,促使NF-κB进入细胞核,与DNA结合继而进行各种基因的转录,进而调节各种细胞的生物功能。已有研究[18]证实氢氧化钙激活NF-κB信号通路可调节同为MSCs的DPSCs的增殖、迁移能力,促使受损的牙髓组织快速修复。此外LI等[12]研究发现,激活NF-κB信号通路后,SCAPs增殖效能、迁移速率显著增高,而通过BMS-345541抑制剂抑制NF-кB信号通路时,SCAPSs的增殖及迁移能力受到明显抑制。
本实验发现IL-34可以刺激SCAPs细胞质中IκBα的磷酸化,继而引发了下游蛋白p65的入核后磷酸化。BMS-345541是NF-кB的信号通路抑制剂,可以有效抑制NF-кB蛋白的磷酸化,进而抑制NF-кB信号通路。实验中,当加入抑制剂BMS-345541后,p-IκBα、p-P65蛋白含量明显降低,此时细胞核内p-P65的含量同样呈下降趋势。由此进一步证实了IL-34可以调节SCAPs的NF-кB信号通路。
MUÑOZ-GARCIA等[19]的研究发现炎症因子IL-34在MSCs中可与受体CSF-1R结合激活该细胞内的多种信号,其中包括NF-κB、JNK、JAK等发挥生物功能。通过在CSF-1R组中添加anti-CSF-1R阻断IL-34与受体CSF-1R结合,相比于IL-34组, CSF-1R组中NF-κB蛋白水平显著降低。SCAPs中的NF-кB蛋白磷酸化水平受到抑制,意味着anti-CSF-1R阻断了NF-κB信号通路。表明在SCAPs中,IL-34通过与受体CSF-1R结合进而激活NF-κB信号通路。
IL-34作为髓系细胞(包括单核细胞、巨噬细胞和破骨细胞)增殖及存活的关键调节因子,通过巨噬细胞集落刺激因子受体发挥功能[20]。有研究[21]发现,IL-34促进关节炎成纤维细胞和类风湿关节炎成纤维样滑膜细胞的增殖、迁移[8]。基于IL-34对各类细胞增殖、迁移的影响,课题组前期通过MTT、划痕实验证实了,IL-34可以调节SCAPs的增殖与迁移。本实验通过CCK-8、Transwell检测方法再次设置适宜浓度的IL-34刺激SCAPs,证实IL-34可以调节SCAPs的增殖效能和迁移细胞数目。
通过NF-κB组CCK-8、Transwell实验结果可知,抑制NF-κB信号通路后,与对照组相比,SCAPs的增殖、迁移能力显著降低。结合Western Blotting实验结果,证实了IL-34可以通过介导NF-κB信号通路,从而促进SCAPs的增殖、迁移能力。相关研究[7]显示,IL-34通过其他信号通路调节MSCs增殖和迁移。本实验发现同时加入IL-34和NF-κB抑制剂后,SCAPs的增殖、迁移高于对照组,推测IL-34可能通过其他信号通路调节SCAPs的增殖和迁移。
CCK-8检测、Transwell实验中CSF-1R组的OD值、迁移细胞数目显著较IL-34组降低,这一发现进一步证明,抑制IL-34与CSF-1R受体结合,可以有效抑制NF-κB信号通路。由此证实,IL-34可以通过与CSF-1R受体结合激活NF-κB信号通路,继而调节SCAPs的增殖与迁移能力。
综上所述,本实验证实IL-34可以通过与CSR-1R受体结合激活SCAPs中NF-κB信号通路,并且IL-34可能通过激活NF-κB信号通路,进而促进SCAPs增殖、迁移。
IL-34介导的NF-кB信号通路对根尖牙乳头干细胞增殖、迁移的调节作用
Regulation of IL-34-mediated NF-кB signaling pathway on proliferation and migration of stem cells from apical papilla
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摘要:
目的探讨白细胞介素-34(IL-34)能否通过调控核因子-кB(NF-кB)影响根尖牙乳头干细胞(SCAPs)增殖、迁移。 方法取小鼠中切牙根尖牙乳头组织, 酶消化法传代培养SCAPs; 流式细胞术鉴定SCAPs表面CD44、CD45、CD90以及CSF-1R的表达; 将SCAPs分为4组: 空白对照组、IL-34组(100 ng/mL IL-34)、CSF-1R组(100 ng/mL IL-34+25 ng/mL anti-CSF-1R)和NF-кB组(100 ng/mL IL-34+1 μmol/L BMS-345541);Western blotting分析各组中, 30、60、120 min时SCAPs细胞质、细胞核中p-IкBα、IкBα、p-P65及p65蛋白的相对表达量; Transwell实验分析各组SCAPs迁移能力; 将每组IL-34更换为50 ng/mL, CCK-8分析各组SCAPs增殖变化情况。 结果流式细胞术鉴定SCAPs表达CD44、CD90阳性, CD45阴性; SCAPs表面表达CSF-1R;与对照组SCAPs相比, IL-34处理后的SCAPs细胞质、细胞核内p-IкBα、p-P65与细胞质、细胞核中p-P65相对表达量显著增加, SCAPs增殖、迁移能力增强。与IL-34组相比CSF-1R组、NF-кB组内SCAPs增殖、迁移能力降低, SCAPs细胞质、细胞核中p-IкBα、p-P65与胞核中p-P65蛋白表达明显减少。 结论IL-34可调节SCAPs中NF-кB信号通路, 并通过NF-кB信号通路调节IL-34的增殖和迁移。 -
关键词:
- 根尖牙乳头干细胞 /
- 白细胞介素-34 /
- 增殖 /
- 迁移 /
- 核因子-кB信号通路
Abstract:ObjectiveTo investigate whether interleukin-34 (IL-34) can affect the proliferation and migration of stem cells from apical papilla (SCAPs) by the regulation of nuclear factor-κB (NF-кB). MethodsThe enzymatic digestion method was used to culture SCAPs from the apical papillae of mice with medium incisors.The expression of CD44, CD45, CD90 and CSF-1R on the surface of SCAPs was identified by flow cytometry.SCAPs were divided into 4 groups including blank control group, IL-34 group (100 ng/mL IL-34), CSF-1R group (100 ng/mL IL-34+25 ng/mL anti-CSF-1R) and NF-κB group (100 ng/mL IL-34 + 1 μmol/L BMS-345541).Western blotting was used to analyze the relative expression of p-IкBα, IкBα, p-P65 and P65 protein in the cytoplasm and nucleus of SCAPs at 30, 60 and 120 minutes in each group.Transwell assay was performed to analyze the migration ability of SCAPs in each group.IL-34 concentration was changed to 50 ng/mL in each group, and CCK-8 was used to analyze the change of proliferation of SCAPs in each group. ResultsFlow cytometry identified that SCAPs expressed CD44, CD90 positive and CD45 negative, and CSF-1R expressed on the surface of SCAPs.Compared with the control group, the relative expression of p-IкBα, p-P65 in the cytoplasm and p-P65 in the nucleus of SCAPs treated with IL-34 was significantly increased and the proliferation and migration ability of SCAPs were enhanced.Compared with the IL-34 group, the proliferation and migration of SCAPs were decreased in the CSF-1R and NF-кB group, and the expression of p-IкBα, p-P65 in the cytoplasm and p-P65 protein in the nucleus of SCAPs was significantly reduced. ConclusionsIL-34 can regulate NF-κB signaling pathway in SCAPs and regulate the proliferation and migration of IL-34 through NF-κB signaling pathway. -
表 1 各组SCAPs细胞浆中IкBα、p-IкBα、p65及p-P65蛋白的相对表达量(x±s)
分组 n IкBα/β-actin p-IкBα/β-actin p65/β-actin p-P65/β-actin 30 min 对照组 3 0.980±0.014 0.452±0.123 0.987±0.025 0.447±0.031 IL-34组 3 0.990±0.028 0.967±0.096** 1.008±0.015 0.975±0.035** CSF-1R组 3 1.021±0.016 0.825±0.039 1.006±0.014 0.754±0.119## NF-кB组 3 1.004±0.035 0.664±0.027## 0.956±0.004 0.666±0.065## F — 3.11 43.95 12.37 54.71 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.000 0.003 0.000 0.002 60 min 对照组 3 1.075±0.106 0.445±0.017 1.03±0.028 0.493±0.032 IL-34组 3 1.062±0.149 0.971±0.042** 1.003±0.095 1.045±0.049** CSF-1R组 3 1.080±0.01 0.786±0.107## 1.004±0.03 0.795±0.002## NF-кB组 3 1.072±0.041 0.593±0.033## 1.012±0.013 0.646±0.035## F — 12.37 84.57 0.05 277.60 P — >0.05 < 0.01 >0.05 < 0.01 MS组内 — 0.004 0.001 0.001 0.000 120 min 对照组 3 1.045±0.081 0.495±0.004 0.986±0.012 0.467±0.001 IL-34组 3 1.061±0.092 1.045±0.075** 1.03±0.064 1.04±0.016** CSF-1R组 3 1.089±0.057 0.763±0.042## 1.013±0.017 0.775±0.002## NF-кB组 3 1.007±0.007 0.568±0.100## 0.906±0.026## 0.587±0.063## F — 1.52 82.62 15.62 352.80 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.002 0.002 0.000 0.000 q检验:与对照组相比较**P < 0.01;与IL-34组比较##P < 0.01 表 2 各组SCAPs胞核中p-P65蛋白的相对表达量(x±s)
分组 n p-P65/H3 30 min 60 min 120 min 对照组 3 0.363±0.012 0.334±0.042 0.369±0.007 IL-34组 3 0.889±0.097* 1.034±0.009* 0.992±0.027* CSF-1R组 3 0.688±0.060## 0.666±0.040## 0.615±0.037## NF-кB组 3 0.598±0.050## 0.516±0.026## 0.492±0.036## F — 36.04 247.00 248.50 P — < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.003 0.001 0.000 q检验:与对照组相比较*P < 0.05;与IL-34组比较##P < 0.01 表 3 CCK-8检测IL-34组、CSF-1R组、NF-кB组对SCAPSs增殖的影响(OD值; x±s)
分组 n 0 h 24 h 72 h 120 h 168 h 216 h 对照组 3 0.309±0.020 0.486±0.011 0.828±0.013 1.102±0.016 1.35±0.012 1.608±0.023 IL-34组 3 0.301±0.012 0.745±0.011** 1.129±0.013** 1.415±0.011** 1.831±0.026** 2.034±0.041** CSF-1R组 3 0.307±0.01 0.522±0.013## 0.991±0.018## 1.272±0.019## 1.526±0.014## 1.780±0.010## NF-кB组 3 0.307±0.012 0.513±0.014## 0.987±0.018## 1.229±0.018## 1.483±0.014## 1.696±0.014## F — 0.58 789.70 512.30 538.00 1 186.00 467.40 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 q检验:与对照组相比较**P < 0.01;与IL-34组比较##P < 0.01 表 4 Transwell检测IL-34组、CSF-1R组、NF-кB组迁移细胞数目(x±s)
分组 n 下室细胞数/个 F P MS组内 对照组 3 24.111±8.838 548.10 < 0.01 92.280 IL-34组 3 195.000±13.171** CSF-1R组 3 84.555±8.889## NF-кB组 3 51.666±6.204## q检验:与对照组相比较**P < 0.01;与IL-34组比较##P < 0.01 -
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