经修饰的自聚肽优化移植微环境在干细胞治疗阿尔茨海默病中的作用

The final pathological changes of Alzheimer's disease (AD) are cholinergic neuronal degeneration and death. Our previous studies have shown that neural stem cells (NSCs) transplantation can repair damaged neurons and improve the learning and memory of AD rats. However, AD pathological microenvironment, such as Abeta deposition and inflammatory reaction, is hostile for the survival and differentiation of NSCs. In our previous study, we have synthesised a self-assembling peptide through modifying self-assembling peptide RADA16, the disigner peptide is conducive to the survival and differentiation of stem cell. However, persist of AD pathology microenvironment such as inflammatory response will affect the long-term effects of stem cell therapy. This project plans to modify self-assembling peptide RADA16 with two functional groups: promoting differentiation (IKVAV) and anti-inflammation (HDMNKVLDL), in order to promote the survival and neuronal differentiation of transplanted stem cell, while against the inflammatory response. Effects of adhesion, viability and differentiation for novel self-assembling peptide on NSCs were detected in vitro. After constructing the transgenic mouse models of AD, the effect of the novel self-assembling peptide promotes NSCs transplantation for the treatment of AD was investigated. The project provide means for the solution of key issues of stem cell transplantation in the treatment of AD, and has important practical significance and universal significance for clinical application of stem cell transplantation to treat AD and other neurodegenerative diseases.

阿尔茨海默病（AD）最终的的病理改变为胆碱能神经元的变性和死亡。我们前期研究表明，神经干细胞（NSCs）移植可修复损伤的神经元，提高AD大鼠学习记忆力。而Aβ沉积和免疫炎症反应等病理微环境不利于NSCs的存活和分化。我们前期对自聚肽RADA16进行RGD和IKVAV修饰，合成了一种自聚肽，有利于干细胞的存活和分化。然而，炎症反应等病理微环境持续存在将影响干细胞治疗的长期效果。本项目对RADA16进行促进分化（IKVAV）和对抗炎症反应（HDMNKVLDL）的两种功能序列修饰，以促进移植干细胞的存活和向神经元定向分化，同时对抗炎症反应。在体外检测新型自聚肽对NSCs黏附、存活和分化的作用。构建转基因AD小鼠模型，探讨新型自聚肽促进NSCs移植治疗AD的效果。本项目为解决干细胞移植治疗AD中的关键问题提供手段，对临床应用干细胞移植治疗AD等神经退行性疾病具有重要的实践意义和普遍的指导意义。

阿尔茨海默病（AD）是一种渐进性的中枢神经系统退行性变性病，其病理改变包括细胞外β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积形成的老年斑、细胞内的神经原纤维缠结和胆碱能神经元及其突触的缺失。干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，在一定诱导条件下，可以分化成多种类型细胞。我们前期研究表明，神经干细胞（NSC）移植可修复损伤的神经元，提高AD大鼠学习记忆力。而Aβ沉积和免疫炎症反应等病理微环境不利于NSC的存活和分化。生物材料能够为干细胞提供一个良好的微环境，有利于干细胞移植后的黏附和存活，并可调控其分化效率。因此，本项目按照分子定向设计原则，在自聚肽RADA 16的羧基末端添加功能基（神经活性序列IKVAV和抗炎序列HDMNKVLDL），对RADA 16进行修饰，构建了一种优化NSC及AD 病理微环境的新型自聚肽，并通过体外实验观察新型自聚肽对NSC 黏附、增殖、存活和分化的影响，通过构建APP/PS1转基因AD小鼠动物模型，评价新型自聚肽提高NSC 移植治疗AD 的作用及其潜在的作用机制。结果发现，新型自聚肽在生理条件下可形成纳米纤维支架结构，与对照组相比，新型自聚肽更有利于NSC的黏附和增殖，提高缺血缺氧处理后NSC的存活，并促进NSC向神经元定向分化。新型自聚肽承载NSC 移植能显著改善AD 小鼠行为和记忆功能，与单独NSC移植、未修饰自聚肽承载NSC移植相比，经新型自聚肽承载NSC 移植治疗的小鼠具有更短逃避潜伏期时间以及更多的原象限平台停留时间和跨越原平台位置的次数。新型自聚肽承载NSC移植不仅可以促进移植细胞的存活，还能促进NSC移植后向神经元定向分化。此外，新型自聚肽承载NSC移植可显著降低AD小鼠脑中Aβ的水平，并且明显抑制炎症因子TNF-α和IL-6的表达。本项目还成功合成了RADA-GGYIGSR自聚肽，并通过体外和体内实验证实了YIGSR修饰的自聚肽有利于NSC的存活和向神经元分化，并可改善AD大鼠学习记忆功能。本项目为解决干细胞移植治疗AD中的关键问题提供了新的手段，对临床应用干细胞移植治疗AD等神经退行性疾病具有重要的实践意义和一定的指导价值。