内皮祖细胞来源外泌体调控小鼠脑缺血后小胶质细胞极化和促进功能恢复的作用机制研究

Endothelial progenitor cell transplantation could attenuate ischemic brain injury and promote neurological function recovery, but the therapeutic mechanism needs to be further explored. Recent studies indicated that M2 microglia reduced neuronal cell injury and promoted functional recovery after cerebral ischemia. Our previous study demonstrated that endothelial progenitor cells could secrete exosomes. In addition, endothelial progenitor cell transplantation after cerebral ischemia promoted microglia polarization towards M2 phenotype and facilitated functional recovery via a paracrine manner. However, whether endothelial progenitor cell transplantation exerted therapeutic function through exosome transfer is not clear. In present study, we plan to establish transient middle cerebral artery occlusion model in mice, using radionuclide to label and to track exosomes and molecular biological techniques to explore: 1) whether endothelial progenitor cell transplantation modulates microglia polarization and promotes functional recovery via exosomes; 2) whether endothelial progenitor cell-derived exosomes modulate microglia polarization through miR-126, and 3) whether exosome-derived miR-126 modulates microglia polarization through targeting Jagged1/Notch1 signaling pathway. Our study will shed new light on the therapeutic mechanism of endothelial progenitor cell transplantation for the treatment of ischemic stroke and build the foundation to accelerate clinical application of endothelial progenitor cell transplantation.

内皮祖细胞移植可减轻缺血性脑损伤，促进神经功能恢复，但其作用机制尚不清楚。目前实验研究提示在脑缺血时M2型小胶质细胞有减轻神经细胞损伤，促进神经功能恢复的作用。我们前期实验证明内皮祖细胞富含外泌体，且可通过旁分泌途径调控脑缺血后小胶质细胞向M2型极化，但内皮祖细胞是否通过外泌体发挥减轻缺血性脑损伤作用不清楚。本课题拟建立小鼠大脑中动脉阻塞模型，应用核素外泌体示踪、分子生物学等技术，通过在体和细胞实验，研究：1）内皮祖细胞是否通过外泌体调控脑缺血后小胶质细胞极化，促进神经功能恢复；2）内皮祖细胞外泌体是否通过miR-126调控小胶质细胞极化；3）外泌体中miR-126是否通过抑制Jagged1/Notch1通路调控小胶质细胞极化。我们的研究将为内皮祖细胞移植治疗脑缺血提供新的理论基础和治疗靶点，加快内皮祖细胞移植的临床转化进程。

内皮祖细胞移植可减轻缺血性脑损伤，促进神经功能恢复，但其作用机制尚不清楚。目前基础研.究提示在脑缺血时小胶质细胞可被激活，而活化的小胶质细胞有很多亚型，主要分为促炎型和抑炎型两种，前者通过释放炎症因子加重组织损伤，后者通过释放生长因子、吞噬细胞碎片等促进组织修复。因此，如何精确调控小胶质细胞活化，促进小胶质细胞向抑炎型转变从而减轻组织损伤和促进功能恢复尤其重要。我们的研究发现，内皮祖细胞移植可减轻大脑中动脉阻塞模型诱导的缺血性卒中小鼠的脑组织损伤，促进神经功能恢复，主要是通过调控小胶质细胞活动，抑制脑内补体激活和炎症反应有关。内皮祖细胞一方面抑制脑内星形胶质细胞分泌补体C3，另一方面抑制脑内小胶质细胞上的C3受体C3aR的表达，从而抑制C3/C3aR途径介导的补体激活和炎症反应。进一步的研究发现，内皮祖细胞主要是通过旁分泌途径促进抑炎型小胶质细胞迁移至脑缺血周边区，增加小胶质细胞吞噬凋亡细胞碎片的能力，主要是通过调节小胶质细胞上特异性吞噬相关受体CR3的表达实现的，从而为后期的组织修复提供良好微环境，进而减少了突触丢失和组织损伤，加速神经功能恢复。进一步的miRNAs测序发现，内皮祖细胞在糖氧剥夺条件下分泌的外泌体富含miR-3168。既往研究表明miR-3168参与非神经系统组织内巨噬细胞向抑炎型极化，且miR-3168预测靶基因IL-8参与脑内小胶质细胞向促炎型极化。通过免疫组化染色，我们发现脑缺血后IL-8主要在小胶质细胞中表达，而内皮祖细胞降低了小胶质细胞内IL-8的表达。因此，我们预测内皮祖细胞可能通过其分泌的外泌体向小胶质细胞传递miR-3168，抑制其下游靶基因IL-8的表达，从而参与调控小胶质细胞向抑炎型极化，进而抑制炎症反应和减轻组织损伤，这也是我们接下来进一步研究的重点。我们的研究将为内皮祖细胞及外泌体治疗脑缺血提供新的理论基础和治疗靶点，加快内皮祖细胞及其外泌体治疗缺血性卒中的临床转化进程。