人尿源性干细胞外泌体对糖尿病膀胱逼尿肌Cajal样间质细胞的调节作用及机制

Bladder dysfunction is a common complication of urinary system in diabetic patients with complicated pathogenesis and difficult treatment. The interstitial cells of Cajal(ICCs) of bladder detrusor are of great significance to bladder function with pacemaker cell characteristics. The fewer number of detrusor ICCs in high glucose environment and the abnormality of stem cell factor(SCF)/C-kit pathway which leads to the functional defects of ICCs may be the important pathogenesis of diabetic cystopathy (DCP). Recent studies suggest that human urine-derived stem cells（USCs） have a wide range of urological therapeutic effects and good potential for the treatment of diabetic complications，while exosomes secreted by stem cells have lower oncogenic risk after transplantation compared to stem cells. Our previous studies showed that the number of ICCs in the bladder of DCP was significantly reduced. The bladder function of DCP rats after transplantation of exosomes secreted by human urine-derived stem cells(USCs-Exo) was greatly improved. On this basis, our study is aimed to analyze the mechanism of USCs-Exo improving DCP bladder function, investigate the regulatory role of USCs-Exo on ICCs and the changes of SCF/C-kit pathway through cell and animal level, and explore new ways for the treatment of DCP.

膀胱功能障碍是糖尿病患者常见的泌尿系统并发症，发病机制复杂，治疗困难。膀胱逼尿肌中Cajal样间质细胞（ICCs）具有起搏细胞特征，对膀胱功能具有重要意义。高糖环境中膀胱逼尿肌ICCs数量减少、干细胞因子（SCF）/C-kit通路异常导致ICCs功能缺陷，可能是糖尿病膀胱（DCP）发病机制之一。研究提示人尿源性干细胞（USCs）具有广泛的泌尿系统治疗作用和治疗糖尿病并发症的良好潜力，而干细胞外泌体可以降低细胞移植致瘤风险。我们前期研究表明，DCP膀胱中ICCs数量明显减少，移植人尿源性干细胞外泌体（USCs-Exo）后DCP大鼠的膀胱功能得到明显改善。本项目拟在前期研究基础上探索USCs-Exo改善DCP膀胱功能的机制，通过细胞水平和动物水平进一步验证USCs-Exo对ICCs的调节作用及SCF/C-kit通路的变化，探索DCP新的治疗途径。

研究背景：糖尿病（Diabetes mellitus，DM）发病率日益增高，其并发症糖尿病膀胱严重影响患者生活质量，迄今仍是其研究领域的难点。.研究内容：1、本项目在成功构建DCP大鼠模型、间充质干细胞、膀胱平滑肌细胞（bladder smooth muscle，BSMC）的基础上，应用蛋白质组学技术、多重ELISA技术、TUNEL、RT-PCR、Western blot、流式细胞分析、免疫荧光、免疫组织化学等分子生物学技术，全面、深入揭示糖尿病膀胱的病理生理特征，并探索糖尿病膀胱的发病机制。.2、本课题在既往间充质干细胞治疗糖尿病膀胱的基础上，探讨增强BMSCs治疗潜能的方法，并利用多因子芯片技术探讨靶基因IGF1增强间充质干细胞旁分泌作用的确切机制，为间充质干细胞的临床应用提供坚实的理论依据。.研究结果：1、STZ能够成功诱导大鼠DM模型；DM大鼠膀胱排尿功能下降，膀胱组织微环境失调伴随着显著的IGF1相关分子代谢物紊乱。2、在完成慢病毒载体的构建后，在合适条件下完成转染，获得了稳定高表达IGF1的BMSCs。EdU及CCK-8检测结果提示，IGF1基因修饰之后，BMSCs的增殖能力出现了明显提升。同时，IGF1-BMSCs的旁分泌能力也出现了变化，关键生长因子的表达水平显著升高。3、细胞水平研究发现，高糖环境下，BSMCs的氧化代谢产物水平、死细胞比率和凋亡水平均明显升高，而在IGF1-BMSCs培养上清的干预下，这些异常的细胞生物学行为可被有效抑制。4、在动物水平的研究中，IGF1-BMSCs的局部移植使得DCP膀胱功能学参数出现了明显的改善，储尿排尿功能得到部分恢复；IGF1-BMSCs组的膀胱组织学形态和炎症浸润出现了改善、IGF1-BMSCs一定程度上逆转了DCP病理条件下产生的平滑肌/胶原比例失调，IGF1-BMSCs的局部移植改善了膀胱组织内各类组织细胞的总体凋亡水平。.该研究全面、深入揭示糖尿病膀胱的病理生理特征，探索糖尿病膀胱的发病机制，为糖尿病膀胱发病机制以及病理特征的理论研究提供方向；在既往间充质干细胞治疗糖尿病膀胱的基础上，探讨增强BMSCs治疗潜能的方法，并利用多因子芯片技术探讨IGF1增强间充质干细胞旁分泌作用的确切机制，为间充质干细胞的临床应用提供坚实的理论依据。