模擬微重力培養(yǎng)的人顱骨髓間充質干細胞對大鼠腦梗死的修復作用研究

前言
腦卒中（腦梗死）作為中樞神經系統(tǒng)功能障礙性疾病，臨床治療難度大，一直是神經科領域的診療難題。間充質干細胞（MSCs）因可自體移植、自我更新、低免疫排斥且倫理爭議小，成為中樞神經系統(tǒng)疾病細胞治療的研究熱點，而其來源組織和培養(yǎng)環(huán)境，直接影響移植的治療效果。

人顱骨髓間充質干細胞（hcMSCs）作為神經嵴來源的新型MSCs，已被證實具有比骨髓來源MSCs更強的神經發(fā)生能力，在腦梗模型中能通過高表達神經營養(yǎng)因子發(fā)揮神經保護作用。同時，模擬微重力（sMG）環(huán)境下培養(yǎng)的MSCs，在腦和脊髓損傷模型中展現出更強的遷移能力和神經保護效果，但sMG培養(yǎng)的hcMSCs對腦梗死的作用及機制尚未明確。

本研究依托日本廣島大學的科研團隊，借助Gravite®模擬微重力培養(yǎng)裝置，深入探究了sMG環(huán)境培養(yǎng)的hcMSCs對大鼠腦梗死模型的治療效果及潛在機制，為腦梗的干細胞治療提供了全新的思路和實驗依據。

摘要
本研究旨在探究模擬微重力（sMG）環(huán)境培養(yǎng)的人顱骨髓間充質干細胞（hcMSCs）對大鼠腦梗死模型的治療效果。

研究將hcMSCs分為正常重力（1G）組和sMG組培養(yǎng)，于大鼠腦梗死造模1天后通過尾靜脈移植，術后35天從神經功能、組織分子表達、細胞基因測序等多維度分析。結果顯示，sMG組hcMSCs移植后，大鼠神經功能恢復顯著優(yōu)于1G組；梗死腦組織中神經生長因子、成纖維細胞生長因子2、突觸素的mRNA表達顯著升高，sortilin 1表達顯著降低；RNA測序發(fā)現，sMG組hcMSCs中與細胞增殖、血管生成、神經營養(yǎng)、神經突觸形成及細胞分化抑制相關的基因顯著上調，而促進微管、細胞外基質形成及細胞黏附、信號傳導、分化的基因顯著下調。免疫組織化學檢測證實，sMG組梗死邊緣區(qū)的神經元標志物陽性細胞率顯著更高，蛋白水平檢測也顯示突觸素表達顯著上調。

研究首次證實，sMG環(huán)境培養(yǎng)的hcMSCs可通過調控相關基因和蛋白表達，促進腦梗后神經功能恢復，或成為腦梗后神經功能修復的有效干細胞來源。

結果
1. Gravite®培養(yǎng)的hcMSCs形態(tài)與表面標志物無顯著變化。
本研究使用Gravite®構建模擬微重力環(huán)境培養(yǎng)hcMSCs5天。形態(tài)學觀察顯示，1G組和sMG組（Gravite®培養(yǎng)）的hcMSCs均呈梭形和卵圓形，無明顯形態(tài)差異；流式細胞術檢測證實，兩組hcMSCs均高表達MSCs陽性標志物（CD73、CD90、CD105），低表達陰性標志物（CD34、CD45)。

 

2. Gravite®培養(yǎng)的hcMSCs基因表達譜發(fā)生特異性改變。
對1G和sMG組hcMSCs進行RNA測序發(fā)現，與細胞增殖、遷移、血管生成、神經營養(yǎng)、神經突觸形成、抗炎抗凋亡及細胞分化抑制相關（如FGF-7、VEGF-A、GDNF）基因表達上調，與微管和細胞骨架形成穩(wěn)定、細胞黏附、信號傳導、細胞分化及凋亡誘導相關（如CTSS、LAMA1、ITGB3）基因表達下調。GO富集分析進一步驗證，sMG組hcMSCs在血管生成、神經營養(yǎng)、神經突觸組織等通路顯著激活，而細胞外基質、微管形成等通路顯著抑制，為其腦梗治療的有效性奠定分子基礎。

3. Gravite®培養(yǎng)的hcMSCs顯著改善腦梗大鼠神經功能。
將大鼠分為PBS對照組、1G組、sMG組（Gravite®培養(yǎng)hcMSCs），采用改良神經功能缺損評分（mNSS）評估術后35天神經功能發(fā)現，sMG組大鼠從造模后3天開始，神經功能恢復即顯著優(yōu)于PBS組，7天后顯著優(yōu)于1G組；術后14、21、28、35天，sMG組mNSS評分顯著低于1G組，證實sMG環(huán)境培養(yǎng)的hcMSCs對腦梗大鼠神經功能的修復效果顯著優(yōu)于正常重力培養(yǎng)的細胞。
 

4. Gravite®培養(yǎng)的hcMSCs促進腦梗灶周圍神經元與突觸再生。
術后35天對大鼠梗死邊緣區(qū)（IBZ）進行熒光染色可見，sMG組梗死邊緣區(qū)SYP和Tuj1的染色強度更強，分布更密集，說明sMG培養(yǎng)的hcMSCs能有效促進腦梗后梗死周圍的神經元再生和突觸形成。

5. Gravite®培養(yǎng)的hcMSCs調控腦梗灶內關鍵基因與蛋白表達。
sMG組梗死腦組織中Ngf（神經生長因子）、Fgf2（成纖維細胞生長因子2）、Syp（突觸素）的mRNA表達顯著高于PBS組，Syp表達同時顯著高于1G組，而促神經元凋亡的Sort1表達顯著低于PBS組。sMG組梗死腦組織中SYP蛋白表達顯著高于PBS組，與1G組無顯著差異；BAX（促凋亡蛋白）、BCL-XL（抗凋亡蛋白）在三組間無顯著差異，提示其抗凋亡作用可能需更長時間觀察或存在其他調控通路。

結論
Gravite®模擬微重力培養(yǎng)裝置構建的sMG環(huán)境，雖未改變hcMSCs的基本表型，卻通過調控其基因表達譜，使其能有效促進腦梗大鼠的血管生成、神經營養(yǎng)、神經元再生和突觸形成，最終顯著改善神經功能恢復。

這一研究首次證實，模擬微重力環(huán)境培養(yǎng)的人顱骨髓間充質干細胞，有望成為腦梗死細胞治療的新型有效干細胞來源，為臨床腦梗的干細胞治療研發(fā)提供了重要的實驗支撐。

文章鏈接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39265921/

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