尿源干细胞-PEDF基因联合水凝胶促进神经修复治疗海绵体神经损伤性勃起功能障碍及其机制

The exist treatment for erectile dysfunction of cavernous nerve injury(CNIED) is not effective enough, and the key point is to promote cavernous nerve(CN) regeneration. Our study found that urine derived stem cells(USCs) can secrete pigment epithelial derived factor(PEDF) and promote CN regeneration. Further study demonstrated USCs transplantation can partially recover erectile function of CNIED rats, but the bottleneck of the USCs therapy is the limited survival time. Our study also confirmed the hyaluronan-heparin hydrogel was able to improve local microenvironment and prolong survival time of USCs. Therefore, we hypothesis that USCs-PEDF gene loaded in hyaluronan-heparin hydrogel can treat CNIED by increasing PEDF gene expression and promoting cavernous nerve regeneration. We are planning to transplant USCs modified PEDF gene combined with hyaluronan-heparin hydrogel in a CNIED rat model, found the reliable evidence of USCs-PEDF gene loaded in hyaluronan-heparin hydrogel to promote PEDF gene expression and nerve regeneration and then improve erectile function by using molecular biology techniques and other methods in vivo, evaluate the efficacy and safety of this therapy. This proposal aim to clarify the mechanism of PEDF promoting CN regeneration through activating NFκB pathway, and provide reliable scientific evidence for USCs-PEDF loaded in hyaluronan-heparin hydrogel as a new therapy for CNIED.

海绵体神经损伤性勃起功能障碍（CNIED）现有疗法效果不佳，促进海绵体神经（CN）修复是其治疗关键。我们研究发现尿源干细胞（USCs）可分泌能促进CN修复的色素上皮衍生因子（PEDF）；进一步研究发现USCs移植可部分改善CNIED大鼠的勃起功能，但遇到干细胞存活时间有限的瓶颈；我们另一研究发现水凝胶可改善USCs微环境、延长其存活时间。据此，我们提出通过USCs-PEDF基因联合水凝胶增强PEDF分泌、促进CN修复，进而治疗CNIED的科学设想。本项目拟应用水凝胶加载PEDF基因修饰的USCs治疗CNIED大鼠，采用分子生物学等方法，旨在获得USCs-PEDF基因联合水凝胶增强PEDF分泌、促进CN修复进而改善勃起功能的可靠证据，从激活NFκB信号通路诱导神经元细胞分泌多种抗凋亡因子和神经营养因子的角度阐明其机制；为USCs-PEDF基因联合水凝胶作为CNIED的新疗法提供充分科学依据。

海绵体神经损伤性勃起功能障碍（CNIED）的主要发病机制是海绵体神经（CN）的神经失用，色素上皮衍生因子（PEDF）表达不足是神经失去用的机制之一，现有疗法对其疗效不佳。我们前期研究发现人尿源性干细胞（USCs）在糖尿病性ED模型中不仅可改善血管内皮功能及勃起功能，而且CN功能也得到一定恢复，推测USCs移植治疗也可以改善CNIED。在本研究中，我们通过在不同时间点检测CNIED大鼠模型阴茎海绵体组织中PEDF蛋白水平，证实PEDF与 CN 神经损伤自体修复的相关性。我们通过慢病毒转染的方式构建了过表达PEDF的USCs（GFP/PEDF-USC），ELISA检测显示转染后可以稳定持续分泌PEDF蛋白。接着，我们将GFP/PEDF-USCs通过阴茎海绵体注射治疗CNIED大鼠，对照组分别注射PBS、USCs或GFP-USCs。注射28天后，与模型组相比，细胞治疗组大鼠的海绵体内压（ICP）和海绵体内压/平均动脉压（ICP/MAP）均显著提高，阴茎组织内PEDF蛋白水平升高，阴茎背神经内 nNOS、NF200、Nestin和S100阳性的神经纤维增多，海绵体中内皮细胞标志物CD31和eNOS表达升高，平滑肌/胶原比值和平滑肌细胞标志物Smoothelin表达量升高，TGF-β1含量降低，细胞凋亡指数（凋亡细胞数/细胞总数）降低，而在三个细胞治疗中GFP/PEDF-USCs组的治疗效果最为显著明显（p<0.05）。同时，治疗结束后，细胞治疗组阴茎海绵体内均未发现巨噬细胞浸润。本研究表明GFP/PEDF-USCs可以显著保护CNIED大鼠的勃起功能，主要机制是通过促进神经修复、提高血管内皮功能、抑制海绵体组织纤维化和细胞凋亡以提高平滑肌/胶原比值。本项目为利用GFP/PEDF-USCs移植作为CNIED的治疗新方法提供科学依据。