TSP-1修饰的BMSCs促进大鼠脊髓损伤后突触重建和轴突生长的机制研究

Spinal cord injury is extremely serious trauma and caused a heavy burden on society and family. The study shows that the loss of synapse and axon regeneration inhibition were the key challenge of functional recovery after spinal cord injury. Although bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) transplantation was effective for treatment of SCI, it was still not satisfactory in axonal regeneration and synaptic remodeling. Our previous study and other researchers found that the thrombospondin 1 (TSP-1) can promote synapse formation and down-regulat the axon growth inhibitory pathway protein-RhoA activity. The present study intends to modify TSP-1 gene and TSP-1 small interfering RNA on BMSCs to up or down regulate the TSP-1 expression, and observe the biological function of BMSCs after its modification. We will exam the TSP-l/TGF-β1 and RhoA pathway-associated protein expression, axonal regeneration and synaptic reconstruction, spinal cord motor evoked potentials and motor function after transplantation these modified BMSCs to in vitro and in vivo spinal cord injury model. The present study would clarify the proper mechanism of TSP-1 modified BMSCs in rehabilitation after spinal cord injury, and provide a new strategy for the treatment of spinal cord injury.

脊髓损伤以其高致残率和死亡率给社会和家庭带来沉重负担。研究表明损伤处轴突再生抑制和突触丧失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）移植治疗脊髓损伤有积极效果，但其在轴突再生和突触重建方面仍不令人满意。结合参考文献和我们的前期研究，发现血小板反应素1（TSP-1）能通过TGF-β1促进突触形成，同时对轴突生长抑制通路相关蛋白RhoA有显著抑制作用。为此本研究拟采用TSP-1及其小干扰RNA分别修饰BMSCs，通过上调和降低TSP-1表达，观察修饰后BMSCs的生物学性状，随后移植治疗大鼠脊髓损伤和体外神经元损伤模型，观察其轴突再生、突触重建、脊髓运动诱发电位和运动功能康复情况，并检测移植后不同时间段TSP-l/TGF-β1和RhoA通路相关蛋白表达。本研究可初步阐明TSP-1修饰的BMSCs促进脊髓损伤再生修复的相关作用机制，为脊髓损伤治疗提供新的策略。

随着经济发展，由于交通意外、高处坠落等原因导致的脊髓损伤(Spinal cord injury，SCI)患者正逐年上升，大多数患者需要长期住院治疗和康复，给家庭和社会带来了沉重的负担。国内外研究表明，脊髓损伤局部突触丧失，轴突再生抑制，以及干细胞移植在损伤局部的存活是脊髓损伤后功能恢复的难题和研究热点。课题组通过本项目的研究,完成了骨髓间充质干细胞（BMSCs）的分离、培养及鉴定；建立了脊髓损伤动物模型及损伤脊髓的病理改变观察，培养了运动神经元并建立OGD神经元损伤模型，并进行了BMSCs移植对上述模型的治疗机制研究；构建了含血小板反应素-1(TSP-1)重组基因和TSP-1小分子干扰RNA的病毒包装,转染BMSCs并进行了其生物学功能检测，完成移植上述BMSCs后脊髓损伤大鼠模型和细胞模型的功能恢复和损伤修复效应，从形态学、功能学和分子生物学水平来评价上述BMSCs对损伤的脊髓和神经元的影响，包括损伤局部BMSCs存活，轴突再生和突触新生、动物运动功能康复等情况。本项目研究结果显示：BMSCs可以通过抑制内质网应激相关凋亡信号通路对脊髓损伤起到保护作用，而给予MDL28170可以促进移植的BMSCs在损伤局部的存活而改善脊髓损伤大鼠的运动功能；转染过表达TSP-1的BMSCs可对脊髓损伤大鼠和OGD损伤的运动神经元起到保护作用，并促进轴突生长与再生，其内在信号机制可能与RhoA信号通路相关。本研究结果初步阐明了BMSCs对损伤脊髓运动神经元的保护机制，同时经TSP-1修饰的BMSCs具有促脊髓损伤后轴突的生长、突触的再生等修复作用及其相关机制，为临床治疗脊髓损伤提供一定的理论依据和实验基础。.研究结果参加了2014年“华东六省一市第23届解剖与组织胚胎学学术年会”学术交流，2015浙江省解剖学会青年学者论坛学术交流，研究生报告获得青年学者奖。邀请了香港大学解剖学教授做“Research in morphological science at a crossroad”学术讲座。此外依托本研究已发表综述1篇，SCI论文3篇，累计影响因子：6.7，在投论文2篇（1篇已录用）。依托本项目培养研究生2名，申请人获2016年度浙江大学优质教学奖一等奖，浙江大学医学院首届陈小英医学教师奖。