生化教研室牛勃課題組在Metabolic Brain Disease上發(fā)表文章證實人臍帶間充質干細胞外泌體減輕應激誘導的海馬功能障礙
2019年11月5日，基礎醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室/首都兒科研究所的牛勃課題組在Metabolic Brain Disease上在線發(fā)表了題為“Exosomes from human umbilical cord Mesenchymal stem cellsattenuates stress-induced hippocampal dysfunctions”的研究論文。
間充質干細胞（Meschenymal stem cells， MSCs）是一種具有單克隆能力的多能干細胞，外泌體是細胞胞吐作用產(chǎn)生的帶有磷脂雙分子層并包含細胞所產(chǎn)生的各類代謝產(chǎn)物，細胞信號分子以及表觀遺傳信息的微小囊泡。而MSCs外泌體中蛋白及多肽的成分及功能尚無明確結論。本文結合前期研究積累和國際同行的前沿研究對人臍帶間充質干細胞外體蛋白進行了分析，通過檢測人臍帶間充質干細胞（Human umbilical cord MSCs, hUC-MSCs）外泌體在生理和病理條件下對海馬神經(jīng)發(fā)生的影響，進一步證實了人臍帶間充質干細胞外泌體的神經(jīng)保護和促神經(jīng)發(fā)生作用。
hUC-MSCs免疫原性低，增殖能力強，易于收集，對供體無損傷，無倫理問題的特征使其成為一種強大的再生治療資源。然而，hUC-MSCs治療某些疾病的確切機制需要充分探索而且hUC-MSCs的胞外體是否能改善神經(jīng)功能也尚不清楚。成人海馬神經(jīng)發(fā)生可由復合調控因子調控，表現(xiàn)為重要的神經(jīng)可塑性，可作為神經(jīng)退行性變和認知功能的靶點。因此，本研究對人臍帶間充質干細胞外體蛋白進行了分析，以期為進一步研究人臍帶間充質干細胞的特異活性和生物功能提供指導。
hUC-MSCs的制備及hUC-MSCs來源的外泌體蛋白質譜功能分析
代謝功能紊亂是導致衰老及神經(jīng)退行性病變的關鍵危險因素之一。有報道顯示，脂聯(lián)素是調控代謝，抑制肥胖及促進神經(jīng)再生的關鍵代謝因子。為了進一步探究hUC-MSCs外泌體對代謝功能的調控水平，作者通過注射hUC-MSCs，利用ELISA法對小鼠外周血及腦組織脂聯(lián)素進行了檢測。在外泌體注射七天后，海馬組織脂聯(lián)素水平顯著增高證明了hUC-MSCs外泌體對中樞神經(jīng)系統(tǒng)代謝因子的調控效應，同時也為后續(xù)指導外泌體調控神經(jīng)系統(tǒng)的治療時間提供了依據(jù)。新事物認知研究證實外泌體注射對生理狀態(tài)下動物認知功能并無影響。
hUC-MSCs外泌體對脂聯(lián)素水平的調控功能研究
作者根據(jù)前期報道在提取并固定腦組織前1周對動物進行的BrdU腹腔注射標記使多數(shù)BrdU標記的新生細胞出現(xiàn)神經(jīng)分化特征，標記后將動物腦組織取出并固定并進行進一步免疫熒光染色來檢測hUC-MSCs外泌體對海馬神經(jīng)再生的作用。為了通過進一步對BrdU及新生神經(jīng)元生物標記物DCX雙陽性細胞統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，hUC-MSCs外泌體注射能夠顯著提高新生神經(jīng)元水平，推斷hUC-MSCs外泌體是通過調控神經(jīng)分化從而促進海馬神經(jīng)再生。
hUC-MSCs外泌體增加了海馬神經(jīng)分化功能
為了進一步確認hUC-MSCs外泌體對海馬DG區(qū)神經(jīng)元分化及成熟速度的影響，小鼠在注射外泌體后14天后檢測其BrdU陽性的非成熟神經(jīng)元及成體神經(jīng)元標記的細胞數(shù)。作者為探索hUC-MSCs外泌體對小鼠海馬神經(jīng)分化速度的影響，檢測了BrdU/DCX雙陽性新生非成熟神經(jīng)元及BrdU/NeuN雙陽性成熟神經(jīng)元。研究發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs外泌體促使更多的海馬組織新生細胞分化形成了成熟神經(jīng)元，繼而增加了海馬DG區(qū)的神經(jīng)再生。
hUC-MSCs外泌體加速了海馬新生神經(jīng)元的成熟分化
為了進一步研究hUC-MSCs外泌體對病理狀態(tài)下神經(jīng)功能的恢復作用，作者采取了鏈脲佐菌素（STZ）以模擬急性狀態(tài)下認知功能障礙及腦損傷。STZ作為一種糖尿病造模藥物，因其能夠通過葡萄糖轉運體而破壞胰島細胞功能。在神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元同樣高表達葡萄糖轉運體，因此通過海馬局部注射STZ可模擬代謝性疾病導致的腦損傷。通過新事物認知實驗，以檢測hUC-MSCs外泌體對STZ處理后小鼠認知功能的作用。研究發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs外泌體對STZ引起的急性腦功能障礙具有顯著的神經(jīng)保護作用。
hUC-MSC外泌體對STZ導致的急性腦功能損傷的行為學保護作用
本研究中，作者重點關注了MSCs來源的外泌體的生理學功能，發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs外泌體并未促進神經(jīng)干細胞的增殖而是通過促進其向神經(jīng)元轉化以增加新生神經(jīng)元數(shù)目，解釋了MSCs外泌體對神經(jīng)分化調控的具體生物學路徑，并為進一步的海馬功能紊亂相關的病理模型研究提供了理論依據(jù)。
山西醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院生物化學與分子生物學專業(yè)2018級博士生牛玉虎為論文的第一作者，山西醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室/首都兒科研究所的牛勃教授為通信作者。首都兒科研究所王秀偉和山西醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室李美寧以及山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院婦產(chǎn)科幫助了本項研究。本研究工作得到了國家自然科學基金委、山西省自然科學基金項目的資助。
