黑色素纳米颗粒通过上调Iduna的表达促进间充质干细胞在缺血条件下的存活并增强其治疗缺血性卒中的疗效

It is well-documented that MSCs protected neuron against hypoxic-ischemic injury in experimental model of ischemia stroke. However, oxidative stress, post-stroke inflammatory response following by ischemia-reperfusion cerebral injury lead to the very low survival rate of MSCs in the host brain. Previous investigations have demonstrated that melanin nanopartides (MNPs) may promote the survival of MSCs and neurons in hypoxic-ischemic conditions via up-regulating the expression of Iduna. Therefore, Here in this study, we used vitro and vivo experiment to explore whether MNPs promote the survival of MSCs and neurons in hypoxic-ischemic conditions via up-regulating the expression of Iduna and improve the MSCs-induced therapeutic effect in experimental model of ischemic stroke. This study not only combined nanotechnology with cellular therapy to improve the MSCs-induced therapeutic effect in ischemic stroke and used magnetic resonance imaging(MRI) to track the survival and location of MSCs labeled with green fluorescent protein-superparamagnetic iron oxide-MNP in the host brain for the first time, but also explore the underlying mechanisms of MSCs and MNPs-induced therapeutic effect in ischemic stroke via the expression of Iduna .

间充质干细胞（mesenchymal stem cells ，MSCs）对缺血性卒中模型的神经保护作用已被大量研究证实，由于缺血再灌注后伴随的氧化应激压力和炎症反应导致移植后的MSCs在宿主脑内的存活率很低。本课题前期研究发现黑色素纳米颗粒（melanin nanopartides, MNPs）可能通过上调Iduna的表达而促进MSCs和神经元在缺血缺氧条件下的存活，因此，本申请拟通过体外实验和体内实验两部分探讨MNPs能否通过上调Iduna的表达而促进MSCs和神经元在缺血缺氧条件下的存活从而提高治疗缺血性卒中的疗效。本课题不但首次将纳米技术与干细胞移植相结合治疗提高MSCs治疗缺血性卒中的疗效并用核磁共振追踪携带绿色荧光蛋白-超顺磁氧化铁的MNP标记的MSCs在宿主脑内的存活和定植分布，且第一次通过Iduna的表达探索MNP和MSCs治疗缺血性卒中的分子机制。

大量研究证实间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）对缺血性卒中模型有神经保护作用，但缺血再灌注后伴随的氧化应激压力和炎症反应等病理生理条件降低了移植后的MSCs在宿主脑内的存活率。黑色素纳米颗粒（melanin nanoparticles，MNPs）具有很强的抗氧化活性，但MNPs能否增强MSCs对缺血性脑卒中模型的神经保护作用及其机制尚不清楚。Iduna是一种内源性的具有神经保护作用的蛋白，其可以抑制parthanatos的发生，可能参与缺血性脑卒中的治疗。根据我们的前期研究基础及同行研究成果，我们提出假说：MNPs通过上调Iduna的表达进而促进MSCs和神经元在缺血缺氧条件下的存活率，从而提高治疗缺血性卒中的疗效。本课题通过透射电镜观察来源于骨髓的MSCs对MNPs的摄取以及MNPs对MSCs的细胞超微结构的影响。此外，本课题通过氧糖剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）预处理原代皮层神经元，建立体外脑缺血模型，再通过MNPs-MSCs-脑缺血神经元的跨室共培养系统以模拟MSCs移植治疗缺血性卒中的体内环境，研究MNPs对MSCs神经保护作用的影响。本研究发现：（1）与仅用MSCs或MNPs治疗相比，用MNPs-MSCs联合治疗提供了更好的缺血神经保护作用，其潜在机制与它们对抗氧化的协同作用有关；（2）MNPs-MSCs联合治疗能显著抑制OGD损伤神经元cleaved caspase-3及Bax的表达，上调Bcl-2的表达，抑制细胞凋亡作用优于单独使用MSCs或MNPs；（3）MNPs-MSCs联合治疗能显著抑制OGD损伤神经元AIF入核及PARP-1的表达，上调Iduna的表达，从而抑制parthanatos。本项目的实施进一步探讨了MNPs通过抑制细胞凋亡和parthanatos，上调抗氧化防御作用而促进MSCs和神经元在缺血缺氧条件下的存活率，为MNPs和MSCs联合应用于治疗缺血性卒中提供了一定的理论依据。