BMSC-MVs通过影响自噬以调控NLRP3介导的细胞焦亡改善脑缺血再灌注损伤的功能障碍及机制研究

Cerebral ischemia reperfusion (I/R) injury can lead to severe dysfunction,and its treatment is difficult. It is reported that NLRP3 inflammasome-mediated cell pyroptosis is an important part of cerebral I/R injury. The activation of autophagy can inhibit the inflammatory reaction in I/R injury. We found in previous studies that bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) transplantation is an effective means of promoting the nerve function recovery of cerebral ischemia rats by regulating the autophagy, and cells-microvesicles (BMSC-MVs) secreted by BMSCs can activate the PI3K-AKT pathway to reduce cell apoptosis. The latest reports indicates that the positive protective mechanism of MVs is associated with the activation of autophagy and the remission of inflammation, but it has not been reported in the study of cerebral I/R injury. Therefore, we hypothesize that BMSC-MVs can reverse neurofunction of NLRP3 inflammasome-mediated cell pyroptosis via autophagy in cerebral I/R injury. We will simulate the cerebral I/R injury model in vivo and vitro, to explore the mechanism of BMSC-MVs in cerebral I/R injury and investigate if BMSC-MVs regulate NLRP3 by affecting autophagy by using siRNA gene overexpression and other technologies,which provides a new thinking and experimental basis for treating patients with ischemic stroke.

脑缺血再灌注损伤（I/R）可造成严重的神经功能障碍，其治疗是临床一大难题。文献报道NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡是脑I/R损伤的重要组成部分，而自噬的激活可以抑制组织I/R损伤中的炎症反应。我们在前期研究发现，骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植能通过调控自噬促进脑缺血大鼠神经功能恢复，且BMSCs分泌的细胞微囊泡（BMSC-MVs)可激活PI3K-AKT通路以减少细胞凋亡。最新文献指出MVs的正向保护作用机制与自噬的激活和炎症的缓解有关，但在脑I/R损伤的研究中尚未有报道。由此我们假设：在脑I/R损伤中，BMSC-MVs可通过调控自噬逆转NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，改善其神经功能障碍。本研究拟通过体内和体外实验，利用基因沉默和超表达等技术，探明BMSC-MVs在脑I/R中的作用，验证BMSC-MVs是否影响自噬以调控NLRP3，从而为缺血性脑卒中的治疗提供新思路和实验基础。

背景：焦亡是脑I/R损伤的重要炎症病理机制，而自噬的激活可以抑制脑组织中的炎症反应。前期研究发现，BMSCs移植能通过调控自噬促进脑I/R大鼠神经功能恢复。文献表明，BMSC-MVs的正向保护作用机制与自噬的激活和炎症的缓解有关。由此我们提出：BMSC-MVs可能通过调控自噬逆转NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡以改善脑I/R损伤。.主要研究内容：探讨BMSC-Exos对脑I/R后功能障碍的治疗作用；验证BMSC-MVs在脑I/R中对AMPK-mTORC1自噬通路、NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡的调控作用；揭示BMSC-Exos干预脑I/R损伤的自噬与细胞焦亡的上下游关系。进一步探讨BMSC-Exos调控脑I/R后小胶质细胞的极化状态以改善神经元焦亡的机制；深入研究提高干细胞治疗效果的方法，对常、低氧条件培养下人血管内皮组细胞干性的变化及其内在机制进行探讨，并明确脑I/R后大脑皮层组织各细胞亚群的生物学功能改变。.重要结果及关键数据：证实了BMSC-Exos可减少脑I/R后脑梗死面积，并改善脑I/R后大鼠的短期和长期行为缺陷；在OGD/R后的PC12中，BMSCs可通过促进AMPK/mTOR依赖性自噬通量抑制NLRP3炎症小体介导的焦亡；BMSC-Exos将小胶质细胞从促炎M1型转向抗炎M2型来缓解神经元焦亡并抑制炎症；发现1%低氧条件下扩增的EPCs较常氧条件下扩增的EPCs具有更强的细胞增殖和克隆形成能力；本项目明确了脑I/R后大脑微环境中小胶质细胞（细胞亚群2）主要影响细胞自噬、调亡信号通路的调节等生物过程。.研究意义：本研究首次在体外模型中证实了BMSC-Exos可以改善OGD/R后神经元中AMPK依赖的自噬流受阻以改善细胞焦亡，并分别在体内体外证实了抑制脑I/R后小胶质细胞M1型极化也可抑制神经元焦亡，揭示了干细胞/外泌体对炎症的治疗潜力。