模拟微重力培养的人颅骨髓间充质干细胞对大鼠脑梗死的修复作用研究

前言：

脑卒中（脑梗死）作为中枢神经系统功能障碍性疾病，临床治疗难度大，一直是神经科领域的诊疗难题。间充质干细胞（MSCs）因可自体移植、自我更新、低免疫排斥且伦理争议小，成为中枢神经系统疾病细胞治疗的研究热点，而其来源组织和培养环境，直接影响移植的治疗效果。

人颅骨髓间充质干细胞（hcMSCs）作为神经嵴来源的新型MSCs，已被证实具有比骨髓来源MSCs更强的神经发生能力，在脑梗模型中能通过高表达神经营养因子发挥神经保护作用。同时，模拟微重力（sMG）环境下培养的MSCs，在脑和脊髓损伤模型中展现出更强的迁移能力和神经保护效果，但sMG培养的hcMSCs对脑梗死的作用及机制尚未明确。

本研究依托日本广岛大学的科研团队，借助Gravite®模拟微重力培养装置，深入探究了sMG环境培养的hcMSCs对大鼠脑梗死模型的治疗效果及潜在机制，为脑梗的干细胞治疗提供了全新的思路和实验依据。

摘要：

本研究旨在探究模拟微重力（sMG）环境培养的人颅骨髓间充质干细胞（hcMSCs）对大鼠脑梗死模型的治疗效果。

研究将hcMSCs分为正常重力（1G）组和sMG组培养，于大鼠脑梗死造模1天后通过尾静脉移植，术后35天从神经功能、组织分子表达、细胞基因测序等多维度分析。结果显示，sMG组hcMSCs移植后，大鼠神经功能恢复显著优于1G组；梗死脑组织中神经生长因子、成纤维细胞生长因子2、突触素的mRNA表达显著升高，sortilin 1表达显著降低；RNA测序发现，sMG组hcMSCs中与细胞增殖、血管生成、神经营养、神经突触形成及细胞分化抑制相关的基因显著上调，而促进微管、细胞外基质形成及细胞黏附、信号传导、分化的基因显著下调。免疫组织化学检测证实，sMG组梗死边缘区的神经元标志物阳性细胞率显著更高，蛋白水平检测也显示突触素表达显著上调。

研究首次证实，sMG环境培养的hcMSCs可通过调控相关基因和蛋白表达，促进脑梗后神经功能恢复，或成为脑梗后神经功能修复的有效干细胞来源。

结果：

1. Gravite®培养的hcMSCs形态与表面标志物无显著变化。

本研究使用Gravite®构建模拟微重力环境培养hcMSCs5天。形态学观察显示，1G组和sMG组（Gravite®培养）的hcMSCs均呈梭形和卵圆形，无明显形态差异；流式细胞术检测证实，两组hcMSCs均高表达MSCs阳性标志物（CD73、CD90、CD105），低表达阴性标志物（CD34、CD45)。

 

2. Gravite®培养的hcMSCs基因表达谱发生特异性改变。

对1G和sMG组hcMSCs进行RNA测序发现，与细胞增殖、迁移、血管生成、神经营养、神经突触形成、抗炎抗凋亡及细胞分化抑制相关（如FGF-7、VEGF-A、GDNF）基因表达上调，与微管和细胞骨架形成稳定、细胞黏附、信号传导、细胞分化及凋亡诱导相关（如CTSS、LAMA1、ITGB3）基因表达下调。GO富集分析进一步验证，sMG组hcMSCs在血管生成、神经营养、神经突触组织等通路显著激活，而细胞外基质、微管形成等通路显著抑制，为其脑梗治疗的有效性奠定分子基础。

 

3. Gravite®培养的hcMSCs显著改善脑梗大鼠神经功能。

将大鼠分为PBS对照组、1G组、sMG组（Gravite®培养hcMSCs），采用改良神经功能缺损评分（mNSS）评估术后35天神经功能发现，sMG组大鼠从造模后3天开始，神经功能恢复即显著优于PBS组，7天后显著优于1G组；术后14、21、28、35天，sMG组mNSS评分显著低于1G组，证实sMG环境培养的hcMSCs对脑梗大鼠神经功能的修复效果显著优于正常重力培养的细胞。

 

4. Gravite®培养的hcMSCs促进脑梗灶周围神经元与突触再生。

术后35天对大鼠梗死边缘区（IBZ）进行荧光染色可见，sMG组梗死边缘区SYP和Tuj1的染色强度更强，分布更密集，说明sMG培养的hcMSCs能有效促进脑梗后梗死周围的神经元再生和突触形成。

 

5. Gravite®培养的hcMSCs调控脑梗灶内关键基因与蛋白表达。

sMG组梗死脑组织中Ngf（神经生长因子）、Fgf2（成纤维细胞生长因子2）、Syp（突触素）的mRNA表达显著高于PBS组，Syp表达同时显著高于1G组，而促神经元凋亡的Sort1表达显著低于PBS组。sMG组梗死脑组织中SYP蛋白表达显著高于PBS组，与1G组无显著差异；BAX（促凋亡蛋白）、BCL-XL（抗凋亡蛋白）在三组间无显著差异，提示其抗凋亡作用可能需更长时间观察或存在其他调控通路。

Gravite®模拟微重力培养装置构建的sMG环境，虽未改变hcMSCs的基本表型，却通过调控其基因表达谱，使其能有效促进脑梗大鼠的血管生成、神经营养、神经元再生和突触形成，最终显著改善神经功能恢复。

这一研究首次证实，模拟微重力环境培养的人颅骨髓间充质干细胞，有望成为脑梗死细胞治疗的新型有效干细胞来源，为临床脑梗的干细胞治疗研发提供了重要的实验支撑。

文章链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39265921/