钛表面氧化层晶相结构对巨噬细胞极化及mRNA表达谱的影响

摘要

为探索钛表面氧化层晶相结构对巨噬细胞极化的影响及机制，本研究通过阳极氧化结合煅烧的方法在钛表面制备不同晶相的氧化层，并建立巨噬细胞RAW264.7培养模型。利用扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察不同晶相结构上的细胞形态，采用流式细胞术和实时荧光定量PCR（quantitative real-time polymerase chain reaction, qPCR）技术检测不同晶相氧化层对RAW264.7极化方向和炎性细胞因子分泌水平的影响。采用RNA测序（RNA sequencing, RNA-seq）技术分析mRNA表达谱变化。结果显示，经阳极氧化和煅烧在钛表面分别获得了三种不同晶相的TiO₂氧化层，分别命名为非晶相（NC-TiO₂）、锐钛矿（A-TiO₂）和金红石（R-TiO₂）,未氧化的钛片命名为纯钛（PT）。不同晶相结构上细胞形态发生变化，R-TiO₂组细胞呈圆形或纺锤形。R-TiO₂组M1型巨噬细胞标志物CD86、TNF-α和IL-1β的表达水平下调，而M2型标志物CD206、IL-10和Arg-1的表达上调。RNA-seq结果显示，R-TiO₂组与PT组相比，共有494个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）,其中219个基因表达上调，275个基因表达下调。GO和KEGG分析发现这些基因参与了细胞骨架及炎症等相关通路，其中与细胞骨架相关的基因中，Nusap1表达上调，Mical2、Spire2表达下调；与炎性相关的基因中，Egr1、Egr2、Egr3、Tnfaip3表达上调，Ccl2、Ccl3、Ccl5、Ptgs2、Nos2、Cd80表达下调。本研究表明，巨噬细胞可响应钛表面不同晶相的氧化层，R-TiO₂具有促进其向M2型巨噬细胞极化的趋势。

关键词

钛 / 晶相结构 / 巨噬细胞 / 极化 / 免疫调控