BDNF过表达神经干细胞促进脑损伤功能恢复及新生神经元突触整合的机制

The patients with traumatic brain injury(TBI) have signi?cantly higher mortality rate and disability rate. TBI is a major cause of death and long-term disability worldwide.Currently effective strategies required for treating TBI patients and supporting the recovery of their lost functions may be minimal.Recovery of the lost neurological functions and partial reconstruction of neural circuitry is possible with Neural Stem Cells (NSCs) transplantation in the damaged adult brain.however,the functional mechanisms underlying transplant-mediated recovery following TBI are not clear.Our previous study showed that Brain-Derived Neurotrophic Factor （BDNF）Promotes Functional Recovery at the early stage of post-transplantation and Stimulates Synaptic Protein Expression following Neural Stem Cells Transplantation in TBI(Neurochem Res, 2012). Therefore, in this study, using BDNF gene transfer modified by virus (BDNF/NSCs), transplanting these cells labeled by QDs into the injured brains, survival and differentation of these transplanted cells mediated by BDNF would be observed; Electrical physiological activities, ultrastructure and the neurotransmitter synthesis in these cells, mRNA and protein expression of fators related to synaptic contact formation and stability between newly generated neurons and host cells would be assayed. Furthermore, we might explain the transplant-related mechanism underlying BDNF-mediated the integration of synaptic contact and reconstruction of neural network through exploring signaling pathway that regulates the process of synaptic integration and synaptic protein expression,which might provide a theoretical basis for potential NSCs application in the clinical treatment of TBI.

创伤性脑损伤（TBI）致残率高、死亡率高，目前尚缺乏有效的治疗手段。神经干细胞（NSCs）移植替代治疗可能实现修复TBI引起的组织损伤，并部分恢复由损伤引起的功能缺陷，但其机制尚不明确。我们研究发现：脑源性神经营养因子（BDNF）明显促进了NSCs移植治疗早期TBI动物的功能恢复，并与突触蛋白(SYP、Shank2)的表达有关（Neurochem Res, 2012）。因此，本课题拟采用BDNF基因转染NSCs、量子点（QDs）示踪技术，从新生神经元电生理活动、突触的超微结构和神经递质的合成、SYP等突触形成及稳定相关因子在基因和蛋白水平的时、空表达着手，进一步探讨BDNF基因转染NSCs对新生神经元突触整合过程中突触结构、突触相关蛋白表达的可能调节信号通路。阐明BDNF过表达NSCs移植促进功能恢复和新生神经元突触整合的有关机制。以期为临床推广应用NSCs治疗TBI提供可靠的理论依据。

创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury，TBI）是指由外伤引起的脑组织损伤，是损伤致死的主要原因之一，也是儿童和青少年致残的主要原因之一。随着现代医疗技术的不断发展，对TBI的治疗已经取得了很大的进展，但对TBI患者恢复脑功能仍缺乏有效的治疗手段。神经干细胞(Neural stem cells，NSCs)的特征及其成功地体外分离培养使直接移植这些细胞治疗中枢神经系统损伤成为可能。然而，多年来的研究表明，由脑组织损伤后引发的继发损伤引起，包括炎性因子、氧化应激损伤等，影响了移植细胞的存活率,如何促进移植细胞与宿主细胞之间的突触的建立以及机制尚未明确。BDNF是神经生长因子家族的重要成员之一，在中枢神经系统介导多种效应，如调控神经元的发育、功能和突触稳定等。.本研究采用基因转染技术，QDs或PKH26标记BDNF基因转染的NSCs（BDNF/NSCs）与NSCs，移植于TBI模型大鼠脑内创伤灶，观察移植细胞的存活率和与突触形成密切相关的突触蛋白时、空表达，探讨了BDNF对NSCs及宿主细胞细胞骨架蛋白和Wnt/catenin信号的影响，以明确BDNF/NSCs移植对损伤灶细胞存活、分化的影响。深入探讨了BDNF/NSCs对突触整合过程中突触相关蛋白表达的可能调节信号通路。从而阐述了BDNF对移植细胞存活率以及移植细胞与宿主细胞之间突触建立的影响及机制。比较分析了BDNF/NSCs和NSCs移植对TBI模型动物感觉运动功能恢复的有关机制。.研究表明，BDNF明显促进了TBI模型动物感觉运动功能的早期恢复。BDNF/NSCs促进了移植细胞的存活率并减少了宿主神经元在TBI损伤后的不断丢失。促进了移植细胞和宿主细胞细胞骨架蛋白，包括NF200、MAP2、actin等的表达，这和BDNF 调节钙调蛋白CAM和Wnt/catenin信号通路有关。研究也表明，BDNF过表达通过与其受体Trkβ结合，促进其磷酸化，进一步激活Ras/Raf/Erk1/2通路、作用于其下游的抗氧化通路Nrf2/Trx，使核因子E2相关因子2（Nrf2）等相关蛋白的表达增加，上调硫氧还蛋白（Trx）基因，从而增加了移植后突触前、后蛋白的表达。这些结果初步解释BDNF明显促进了TBI模型动物感觉运动功能恢复的有关机制，有利于优化移植策略，为NSCs移植治疗中枢神经系统损伤提供了理论依据。