间充质干细胞外泌体对MPTP诱导急性帕金森小鼠模型的治疗作用
帕金森病(parkinson's disease, pd)是中老年人常见的中枢神经系统变性疾病。其主要病理改变为中脑黑质致密部多巴胺(dopamine,da)能神经元进行性变性丢失,纹状体区多巴胺含量减少,以及残存的多巴胺能神经元内形成以突触共核蛋白(α-synuclein, α-syn)为主要成分的嗜酸性包涵体—路易小体(lewy body, lb)。
帕金森疾病的治疗目前仍无显著有效的药物,干细胞治疗是诸多方法中很有前景的一种,尤其是间充质干细胞(mesenchymal stem cells, mscs)。间充质干细胞是一种多功能性细胞,表现出低免疫原性,具有多向分化的同时,还具有免疫调节的生物学潜能,可以离体扩大培养
,根据文献,其对神经系统疾病有一定的治疗作用
。现阶段研究发现,msc的治疗作用主要来源于间充质干细胞旁分泌作用产生的外泌体(exosomes,exo)和可溶性因子,其中外泌体中含有microrna、蛋白质在内的多种物质,可以发挥靶向调节作用
,其能够通过血脑屏障
,在治疗神经疾病方面更有优势。文献显示,间充质干细胞来源的外泌体(mesenchymal stem cells-derived exosomes, msc-exo)能够到达黑质,显著抑制6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine, 6-ohda)诱导的pd大鼠疾病模型
,能够抑制pd小鼠模型的氧化应激
。本文探讨通过尾静脉注射msc-exo对1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3, 6-tetrahydropyridine, mptp)诱导的急性帕金森小鼠模型的治疗作用,从神经元损失到炎性变化以及氧化应激等多方面观察效果。
1 材料与方法1.1 实验材料 从西安交通大学实验动物中心购买8~12周的c57bl/6小鼠,适应性饲养一周后进行实验,期间自由饮食饮水,12h∶12h昼夜环境。
1.2 间充质干细胞外泌体的提取鉴定 取小鼠皮下脂肪,剪碎后,用0.1%胶原酶Ⅰ 37℃消化40min,然后 200目滤网过滤后,1000rpm,5min离心,培养液悬浮后,接种培养瓶,培养液为改良伊格尔培养基(dulbecco's modified eagle medium,dmem)+10%优级胎牛血清(fetal bovine serum,fbs)
。培养至4到6代时,在细胞长至融合后,更换为无血清dmem,继续培养24h,收集上清提取外泌体。首先以300g,10min离心去除细胞以及碎片等,然后取上清2000g,10min离心去除较小的细胞碎片,接着以10000g,30min离心清除凋亡体,最后100000g,70min超速离心沉淀外泌体,所有离心步骤均为4℃处理,磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffer saline,pbs)重悬外泌体后-80℃保存。采用bca(bicinchoninic acid)法对外泌体进行定量,免疫印迹法检测外泌体标志分子cd63 (1∶1000, abcam, california, usa)和cd81 (1∶1000, abcam, california, usa)的表达。
1.3 mptp诱导小鼠帕金森模型 将45只小鼠分为3组,分别为sham组、pd组和pd+msc-exo组,每组15只,sham组在造模时给予生理盐水,pd组腹腔注射mptp诱导急性pd模型,pd+msc-exo组在pd造模后尾静脉注射给予msc-exo。用mptp(m2690, tokyo chemical industrytci,日本)诱导小鼠急性帕金森模型,mptp用生理盐水溶解,配成2mg/ml试剂,小鼠连续腹腔注射4次mptp,间隔2h,每次按照20mg/kg给药,总剂量是80mg/kg
。2h后,尾静脉给予msc-exo,每只50ug/150ul
。在第4天,14天,30天时取材。
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本文实验中用mptp成功诱发急性帕金森模型,实验发现,c57bl/6小鼠给予mptp连续4次后(2h一次,每次20mg/kg),小鼠的神经元显著减少,th表达降低,给阿朴吗啡后,pd小鼠的转圈数达到200多以上,出现典型的帕金森症状,同时发现,pd小鼠给予msc-exo后症状显著缓解,转圈数相比pd组显著下降,并且神经元损失减少,th的表达量也明显上升,表明msc-exo对帕金森的治疗具有显著作用,能够保护神经元,改善行为学特性。另外,我们还发现pd小鼠纹状体的炎症因子tnfα、il-1β和氧化应激分子nrf2、keap1的表达显著高于sham组,给予msc-exo后小鼠的这些因子表达显著下降。我们的结果与文献报道的结果一致,有临床试验用自体脂肪msc治疗帕金森病人,发现对运动障碍有一定的治疗效果
,给pd大鼠移植msc同样能够显著减少转圈数,增加th的表达
,关于msc-exo对pd治疗效果的研究目前较少,chen等
发现exos在体内通过血脑屏障到达黑质,能够缓解pd小鼠中阿朴吗啡诱导的不对称旋转,减少黑质多巴胺能神经元的丢失和凋亡,并上调纹状体多巴胺水平,ma等
发现在pd小鼠中,骨髓间充质干细胞的exo通过携带mir-181a-2-3p减轻多巴胺神经元的凋亡,并通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4, nox4)/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, mapk)通过抑制氧化应激。表明在帕金森疾病状态下,整个纹状体脑区的细胞都处于炎症和应激状态,msc-exo通过整体调控这种失控状态而达到治疗作用,但是具体的作用分子有待进一步研究,后续研究中会用组学等方法确定msc-exo的具体作用物质,以及它的靶向分子,为msc-exo治疗帕金森提供更为具体的证据。
2 结果2.3 免疫印迹结果 在第4天,pd组小鼠纹状体的th蛋白表达相比于sham组显著降低(
间充质干细胞外泌体对MPTP诱导急性帕金森小鼠模型的治疗作用
本文2022-10-27 17:01:42发表“医学论文”栏目。
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