大脑AMPA受体调控在骨髓间充质干细胞移植治疗脊髓损伤中的机制研究

Many studies have demonstrated potential therapeutic effects of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) to spinal cord injury (SCI) in animal models. Our previous studies have implicated that transplantation of BMSCs could improve the hind limb motor function of rats with SIC, alleviated stress reaction and could reduce adrenocorticotropic hormone (ACTH) level and expression of alpha-amino-3- hydroxy- 5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA) receptor GluR1 protein. It is hypothesized that transplanted BMSCs may improve functional recovery by induce brain AMPA receptor regulation besides directly serve as tissue reconstruction and nerve cell regeneration in SCI site. Therefore, we use a combination of behavioral investigation, enzyme linked immunosorbent assay (ELISA), histopathology, immunohistochemisty, real-time PCR analysis and Fluorospectrophotometry to evaluate the effects of stress state, stress-related hormones, histological changes of injured spinal cord, morphological changes of hippocampus and almond, expression of AMPA receptor (GluR1-4) protein and gene, and Ca2+ concentration of alba cells in rats with SCI following BMSCs transplantation. In the present study, we intend to demonstrate that AMPA receptor regulation which induced by transplanted BMSCs is one of the therapeutic mechanism to SCI, and to present a new train of thought for the prophylaxis and treatment of SCI.

研究表明骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植对脊髓损伤（SCI）动物模型具潜在的治疗作用。课题组前期的研究发现，BMSCs移植在改善SCI大鼠运动功能的同时，可缓解其应激状态，降低ACTH含量及大脑海马AMPA受体GluR1蛋白的表达。据此提出假说：BMSCs移植治疗SCI时，移植细胞除直接参与损伤区的组织重建和神经细胞再生，其诱发的中枢AMPA受体调控也促进脊髓损伤功能恢复。为验证该假说，我们拟以BMSCs移植治疗大鼠SCI模型，通过行为学、ELISA、病理组织学、免疫组化、实时定量-PCR、荧光分光光度法等技术研究BMSCs移植对SCI大鼠应激状态，大脑海马及杏仁核形态学改变，AMPA受体（GluR1-4）蛋白及基因表达，脑白质细胞内钙离子浓度，应激相关激素，损伤脊髓组织学改变的影响。以期阐明由BMSCs移植后诱发的中枢AMPA受体调控是其治疗SCI的机制之一，为SCI的防治提供新思路。

严重的脊髓损伤（Spinal cord injury, SCI）可导致损伤平面以下的长期感觉、运动及括约肌功能障碍。这类损伤的治疗，至今对临床工作者来说仍然是一个重大挑战。骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）不但可在特定条件下分化为神经细胞，还具有取材方便、扩增迅速、可自体移植、伦理困难较小等特点，故其在中枢神经损伤的细胞移植治疗方面具有广阔的应用前景。既往研究表明BMSCs移植对SCI动物模型具有潜在的治疗作用。课题组前期的研究发现，BMSCs移植在改善SCI大鼠运动功能的同时，可降低其血浆ACTH的含量及大脑海马AMPA受体GluR1蛋白的表达。据此，课题组提出假说：BMSCs移植治疗SCI时，移植细胞除直接参与损伤区的组织重建和神经细胞再生，其诱发的中枢AMPA受体调控也促进脊髓损伤功能恢复。为此，课题组以BMSCs移植治疗大鼠SCI模型，通过行为学、ELISA、病理组织学、免疫组化、实时定量-PCR、荧光分光光度法等技术研究BMSCs移植对SCI大鼠应激状态，大脑海马及杏仁核形态学改变，AMPA受体（GluR1-4）蛋白及基因表达，脑白质细胞内钙离子浓度，应激相关激素，损伤脊髓组织学改变的影响。目前已完成课题预设研究内容。结果显示，以超顺磁性、纳米级别的氧化铁粒子标记的大鼠BMSCs注射后，可迁移至脊髓损伤区。BMSCs移植可改善SCI大鼠后肢运动功能，缓解SCI大鼠应激状态，减少应激相关激素血浆促肾上腺皮质激素、肾上腺素、去甲肾上腺素和血清皮质酮的分泌。减少大鼠海马及杏仁核中AMPA受体蛋白GluR1、GluR2的表达，通过与大脑AMPA受体激动剂CX-546的对比研究，显示移植的BMSCs表现为AMPA受体拮抗剂样作用。结果提示，BMSCs移植后，可能通过其诱发的大脑AMPA受体调控抑制了应激相关激素的分泌，减缓了SCI大鼠的慢性应激反应，从而促进了SCI的功能恢复。这为SCI的防治提供了新的思路。