基于微环境探讨中药协同干细胞修复脑缺血损伤的分子影像实验研究

Researches demonstrated that stem cells transplantation in the treatment of cerebral ischemic injury has beneficial affect, But long-term effect is limited, and the main reasons are considered the oxidative stress damage caused by ischemia-reperfusion. Traditional Chinese medicine can improve the microenvironment of oxidative stress by regulating the Nrf2/ARE signaling pathway and protect the tissue cells from injury. so we hypothesize that: traditional Chinese medicine can improve the transplanted stem cells survival by antioxidant stress, and promote the repair of cerebral ischemia injury.Therefore, in this project, cerebral ischemia in rats is used as the animal model; The effects of Chinese medicine on the microenvironment of ischemia and the Nrf2/ARE pathway on the survival of transplanted stem cells will be evaluated .After transplanting Nrf2 gene modified iPSC into the brain of rats, the migration and differentiation of iPSC in rat central nervous system are monitored dynamically using the multi-modal molecular imaging technique. Analysis the Nrf2 modified iPSC treatment on the cerebral ischemic injury. Hope that the molecular mechanisms and signal pathway of improving the microenvironment of transplanted stem cells and promoting the repair of cerebral ischemia injury can be clarified, and providing more scientific basis and new strategies for the clinical application of stem cells in the treatment of cerebral ischemic injury.

研究证实，干细胞移植治疗脑缺血损伤具有明确的疗效，但长期治疗效果有限。缺血再灌注后的氧化应激损伤导致移植干细胞存活率低是干细胞治疗远期疗效不佳的主要原因。研究发现，中药能够通过调控Nrf2/ARE信号途径改善氧化应激微环境，保护组织细胞。我们推测：中药能够改善移植微环境，提高移植干细胞存活率，促进脑缺血损伤修复。因此，本项目拟以脑缺血大鼠为模型,探讨中药对缺氧缺血微环境的改善以及对移植干细胞存活的影响，阐明Nrf2/ARE信号途径在中药改善缺血微环境中的作用机制。利用多模态分子影像技术，动态监测干细胞在活体内的迁移和分化等命运，在分子代谢水平动态评价中药联合干细胞的治疗作用。以期整体揭示中药通过改善微环境对干细胞存活及促进脑缺血损伤修复的分子机制及信号途径，为临床上应用中药协同干细胞治疗脑缺血损伤提供更为丰满的依据与新的思路和策略。

研究证实，干细胞移植治疗脑缺血损伤具有明确的疗效，但长期治疗效果有限。研究发现，中药能够通过调控Nrf2/ARE信号途径改善氧化应激微环境，保护组织细胞。本研究以原代培养的神经元及脑缺血大鼠为模型,探讨中药对缺氧缺血微环境的改善以及对移植干细胞存活的影响，阐明Nrf2/ARE信号途径在中药改善缺血微环境中的作用机制。原代培养神经元，用氧糖剥夺体外建立脑缺氧细胞模型。给予丹红注射液干预，同时调控Nrf2基因表达，检测细胞的活性，细胞凋亡，以及Nrf2下游基因的表达；构建多模态分子影像报告基因，并进行体外显像检测。培养小鼠iPS细胞并转染报告基因，进行体外神经诱导分化。建立大鼠脑缺血模型，iPS细胞移植治疗，并给予丹红注射液协同治疗。检测大鼠神经功能恢复情况，用18F-FDG PET评价各组脑缺血区域糖代谢水平，FHBG-PET监测移植到脑内的细胞存活及分化情况，氧化应激相关指标检测，免疫荧光双标检测移植的干细胞在体内的存活和分化；结果显示：上调Nrf2基因表达对神经元损伤有保护作用，抑制Nrf2基因表达会加重神经元损伤；丹红注射液治疗组的MDA和ROS水平均降低，SOD和GSH-Px表达水平升高；而加有ML385（Nrf2抑制剂）组的MDA和ROS仍保持较高水平，SOD和GSH-Px表达水平降低；同时，丹红注射液能够减少受损神经元凋亡。干细胞移植治疗结果显示，术后1、2、4周时，iPSC组、丹红注射液组和干细胞+丹红组大鼠的神经功能评分较低，18F-FDG PET评价糖代谢结果显示，干细胞移植、丹红注射液干预以及Nrf2基因上调均能增加脑缺血区域的糖代谢水平。但FHBG-PET监测没有获得明确的信号。脑组织移植微环境检测结果与细胞实验基本一致。免疫荧光染色结果显示，移植到大鼠脑内的iPS细胞能够迁移至脑梗死周边区域并存活，并表达神经元标志物NeuN和新生血管标志物vWF，Nrf2基因抑制组的iPS细胞存活数量较其他组明显减少。综上所述，丹红注射液可能通过调控Nrf2信号通路影响受损神经元存活，通过改善干细胞移植微环境，增加移植干细胞的存活率，提升干细胞移植治疗效果。