脊髓损伤微环境对BMSCs内质网应激反应的影响及其机制研究

Bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) transplantation for the repair of spinal cord injury is one of the current hot topics. Exploring how to according the change of spinal cord injury microenvironment to improve the efficiency of BMSCs has important significance. Our previous experiments found that Calpain mediated endoplasmic reticulum stress (ERS) was induced in BMSCs by the microenvironment of local injured spinal cord, which play a negative role on the survival, migration and differentiation of BMSCs. Therefore, this present study intends to modify Calpain gene in BMSCs by Calpain siRNA and overexpression technology, and combined with the use of Calpain inhibitors，not only at the cellular level, but also at the in vivo spinal cord injury model, to exam the survival, migration, differentiation of BMSCs, the repair of the structure and function of injured spinal cord and related molecular expressions. The present study would preliminary clarify the effect and related mechanisms of microenvironment of local injured spinal cord on transplanted BMSCs, as well as provide valuable theoretical guidance and experimental basis for the transplantation of BMSCs in spinal cord injury therapy.

骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植修复脊髓损伤是目前的研究热点之一，探索如何根据脊髓损伤局部微环境改变的规律，提高BMSCs的修复效应具有重要意义。我们前期实验证实脊髓损伤局部微环境能够诱导BMSCs产生Calpain介导的内质网应激（ERS）反应，对移植入的BMSCs的存活、迁移和分化产生不利的影响。因此，本研究拟通过Calpain siRNA和过表达技术，获得Calpain低表达或过表达的BMSCs，并结合Calpain抑制剂的使用，在细胞水平和整体大鼠脊髓损伤模型上，阐明抑制Calpain介导的ERS反应后，将会促进BMSCs的存活、迁移、分化、以及损伤脊髓结构和功能的修复和相关分子机制。本研究将初步阐明脊髓损伤局部微环境诱导移植入BMSCs产生Calpain介导的ERS反应和机制，为提高移植BMSCs修复脊髓损伤的效果提供有价值的理论指导和实验依据。

骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植修复脊髓损伤（SCI）是目前的研究热点之一，但是BMSCs移植后的存活率较低，限制了其临床的应用。我们从SCI局部损伤微环境角度出发，观察内质网应激反应（ERS）对BMSCs移植后在宿主体内存活、迁移和分化过程中的影响，并深入探索钙依赖中性蛋白酶calpain在其中的作用和机制。在此基础上，进一步研究使用calpain抑制剂是否能起到保护移植入宿主的BMSCs作用，为后续BMSCs的临床应用提供有价值的理论指导和实验依据。通过本课题的研究，细胞水平证实了ERS显著降低BMSCs的存活、迁移和向神经元分化及其旁分泌功能；阐明了低表达calpain基因，或者使用calpain抑制剂MDL28170，可以减轻ERS诱导的BMSCs凋亡，促进BMSCs存活、迁移、分化及其旁分泌功能；在整体水平，进一步阐明使用MDL28170，或者使用calpain 低表达BMSCs，显著减轻BMSCs移植后在宿主中的凋亡，促进运动功能恢复，可能与其降低了calpain、CHOP和活化caspase-12的表达有关。在另一方面，我们观察了MDL28170对于ERS诱导的运动神经元的作用，证实了 MDL28170预处理能显著减轻ERS诱导的VSC4.1 运动神经元损伤；负载有MDL28170的聚己内酯柔性药膜在SCI损伤处局部应用，显著降低calpain活性，促进SCI大鼠脊髓运动功能的恢复。综合我们的实验数据，我们得出以下结论：MDL28170能改显著改善SCI后损伤微环境，单独的MDL28170局部应用具有显著的促进SCI后运动功能恢复的作用，MDL28170与BMSCs联合应用的效果最佳。对于今后的临床应用提出两点建议：在SCI损伤后，局部注射一定数量级的BMSCs与一定浓度的MDL28170联合应用对促进BMSCs存活，后期神经功能恢复有显著作用；2）BMSCs混悬液中直接加入一定浓度的MDL28170，在脊髓损伤局部注射BMSCs的同时让MDL28170扩散到周边的损伤神经组织中去，发挥其两方面的作用，一方面保护BMSCs，另一方面保护了损伤的神经元。