CD157调控BMSCs线粒体转运促大鼠脊髓损伤后功能康复的机制研究

Spinal cord injury (SCI) caused heavy burden to the society and family due to its high disability rate. The studies show that neuronal apoptosis and nerve circuit interruption is a key problem of functional rehabilitation after injury. Although the transplantation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) has made some progress in the treatment of SCI, the exact mechanism is still unclear. In the present study, we discovered for the first time that BMSCs could transfer mitochondria to the injured neurons, and it could improve the survival of injured neurons and functional rehabilitation. Combined with literature and our previous results, we found that CD157 might be a key factor in regulating mitochondrial transfer of BMSCs. The present study we will use adenovirus transfection technique, observe BMSCs with high and low expression of CD157 transplantation to spinal cord injury model in vitro and in vivo to study the mechanism of CD157-cyclic ADP ribose -Ca2+ signaling pathway in mitochondria transfer, neuronal survival, axonal regeneration, and motor function recovery. The results will for the first time clarify the mechanism of mitochondrial transfer of BMSCs and provide a new theoretical basis for the treatment of BMSCs on SCI.

脊髓损伤（SCI）以其高致残率给社会和家庭带来了沉重负担，研究表明患者损伤处神经元凋亡与神经环路中断是脊髓损伤后结构重建和功能康复的一个难题。尽管骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植治疗SCI取得了一定进展，但其确切机制尚未完全阐明。本研究首次发现BMSCs治疗SCI时和损伤神经元之间存在线粒体转移现象，并可改善损伤神经元的凋亡和运动功能。结合文献和预实验结果，我们发现CD157可能是BMSCs线粒体转移的一个关键调控因子。为此本研究拟观察过表达和抑制表达CD157的BMSCs线粒体释放变化，移植治疗体内、体外SCI模型，研究移植后不同时间段损伤神经元的凋亡、轴突再生、脊髓运动诱发电位和功能康复，以及CD157-cADPR-Ca2+信号通路的介导机制。研究结果有望阐明CD157-cADPR-Ca2+通路调控BMSCs释放线粒体的具体机制，为BMSCs治疗SCI提供新的理论基础和实验依据。

脊髓损伤（SCI）以其高致残率给社会和家庭带来了沉重负担，而损伤处神经元凋亡与神经环路中断是治疗脊髓损伤及功能康复的一个难题。本研究首次发现上调 CD157 的骨髓间充质干细胞（BMSCs）能使受损神经元内化更多的线粒体，帮助改善脊髓损伤处神经元的轴突再生和神经元凋亡，促进SCI大鼠的运动功能康复。本项目成功构建过表达和抑制表达CD157的BMSCs，然后移植到大鼠的脊髓损伤动物模型和OGD损伤的VSC4.1运动神经元细胞模型上，移植后通过电子显微镜观察线粒体颗粒转移情况，并检测cADPR/Ca2+信号通路相关蛋白表达。结果发现当BMSCs与受损的VSC4.1运动神经元共培养时，干细胞和损伤神经元间发生线粒体转移情况，以及CD157表达上调。有趣地是上调BMSCs上的CD157可显著提高细胞外线粒体颗粒向受损的VSC4.1运动神经元转移，同时促进VSC4.1损伤运动神经元的突起再生，并减少其凋亡。上述干细胞移植治疗脊髓损伤动物模型的结果亦显示：CD157修饰的BMSCs移植到脊髓损伤大鼠的损伤部位，可显著改善损伤处神经元的突起再生和细胞凋亡，促进大鼠运动功能部分康复。此外CD157修饰的骨髓间充质干细胞中的伴随Ca2+水平的增加，cADPR、ATP含量和MMP浓度也增加。本项目首次证实CD157可以调节BMSCs线粒体颗粒的产生并内化至脊髓损伤处的受损神经元，显著改善脊髓损伤后的大鼠运动功能，其机制可能与cADPR/Ca2+信号通路相关。本研究结果丰富了BMSCs的脊髓损伤保护机制，有望为BMSCs治疗脊髓损伤，促进损伤后功能康复提供新的理论基础和实验依据。