骨髓间质干细胞神经命运决定中的自噬现象及其mTOR信号通路的作用

骨髓间充质干细胞 （MSCs）神经命运决定过程中细胞存活问题，直接影响到临床移植的效果。通过近10年对MSCs神经分化机制的研究，结合最新研究进展，本课题提出在MSCs神经分化过程中，除了凋亡或坏死等死亡形式外，还可能有着特殊的死亡方式-自噬。拟采用电子显微镜、免疫组织化学、Western Blot、RT-PCR、RNA干扰等技术证明自噬现象的存在；这种现象具有"两面性"，既是一种细胞自我保护机制，有利于MSCs细胞存活；但是持续高水平的自噬可能导致细胞死亡，影响MSCs的神经分化。进一步的研究，以mTOR通路为靶点，按照Loss of function原则，采用RNA干扰、特异性PI3K-AKT-mTOR通路抑制剂等，影响mTOR水平，探讨自噬在MSCs神经分化中的变化规律。本课题从全新的角度阐释了MSCs神经命运决定中的重要问题，为MSCs移植在临床神经系统疾病治疗中的应用奠定基础。

自噬作为一种特殊的细胞死亡方式参与了多种病理生理过程。本项目将自噬的理论引入骨髓间充质干细胞（MSCs）神经命运决定的分子机制研究。通过一系列体内外实验，发现自噬现象在MSCs神经分化中存在，而且自噬主要通路mTOR在MSCs神经分化过程中也发挥了重要作用。这种现象是一种细胞自我保护机制，但是，持续高水平的自噬也不有利于MSCs及其分化后的细胞存活。本项目首次发现了：1)自噬在MSCs神经分化中起到重要作用，随着诱导分化的进行，自噬水平逐渐增高；2）mTOR在MSCs神经分化过程中由细胞核内向胞浆转移，表达下调，mTOR抑制剂雷帕霉素在一定的浓度下可促进MSCs神经分化；3）源于APP695转基因小鼠MSCs更易于分化为神经细胞和胶质细胞，Aβ可能通过抑制Notch1信号通路在APP695转基因小鼠MSCs神经分化中发挥重要调节作用，但是分化后的细胞自噬体成熟障碍；4）将不同处理的MSCs移植入APP695转基因小鼠脑内，存活良好。移植入MSCs后神经细胞凋亡率下降，表达神经标志蛋白表达增多，Aβ减少，自噬增加，而且小鼠学习和记忆能力有显著改善；5）部分基因，如小凹蛋白-1（Caveolin-1）、Oct3/4、锌指蛋白521（Zfp521）在MSCs神经分化程中起到了重要的调控作用；6）延续研究了非编码RNA（miRNA）对体外培养的MSCs细胞诱导分化为神经细胞中的作用。发现miR-124显著促进了MSCs向神经细胞分化的效率；而且，首次发现miR-9-1除了通过Notch1信号通路外，还可以通过Zfp521途径促进MSCs诱导分化为神经细胞。上述研究将有助于提高MSCs移植物质量、适应在移植微环境内长期存活、神经分化，为MSCs临床应用提供理论依据。