BMSCs调控脊髓损伤中NLRP3炎症小体的激活及其机制研究

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 NLRP3 (Nod-like receptor, pyrin domain containing 3) mediated inflammation response was induced in the microenvironment of local injured spinal cord, which may lead to pyroptosis in the spinal cord. On the other hand, co-culture of neurons with BMSCs inhibited OGD-induced NLRP3 expression in neurons. Therefore, this present study intends to elucidate the activation of NLRP3 and signal pathway，not only at the cellular level, but also at the in vivo spinal cord injury model, to exam the inflammation response and pyroptosis , the repair of the structure and function of injured spinal cord and related molecular expressions. Furthermore, to clarify the inhibitory effects and related mechanisms of BMSCs on NLRP3 activation, as well as provide valuable theoretical guidance and experimental basis for the transplantation of BMSCs in spinal cord injury.

脊髓损伤早期的炎症反应严重程度对于脊髓损伤后期的结构和功能康复至关重要，炎症反应的发生发展和机制研究一直是本领域的研究重点。近期研究表明，NLRP3（Nod-like receptor，pyrin domain containing 3）炎症小体是内源性识别危险信号的多蛋白复合物，能够被一系列信号活化，通过其下游的Caspase-1，释放IL-1beta和IL-18引起炎症反应，导致 pyroptosis 样细胞死亡（细胞焦亡）。我们发现大鼠脊髓损伤早期阶段有NLRP3激活，其下游的Caspase-1表达增加；体外将骨髓间充质干细胞与损伤神经元共培养，可以减轻NLRP3炎症小体的激活，减少神经元死亡。在此基础上，我们拟研究NLRP3激活介导的炎症反应和细胞焦亡在脊髓损伤中的作用及其上下游信号机制，并进一步阐明骨髓间充质干细胞调控NLRP3炎症小体途径促进脊髓损伤修复再生的效应及靶分子机制。

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）早期的炎症反应严重程度对于SCI后期的结构和功能恢复至关重要。近期研究表明，NLRP3（Nod-lik e receptor，pyrin domain containing 3）炎症小体是内源性识别危险信号的多蛋白复合物，被机体多种与代谢、免疫密切相关的危险讯号刺激而激活，通过其下游的Caspase-1，释放IL-1β和IL-18引起炎症反应介导细胞死亡。本课题旨在研究SCI后NLRP3炎症小体激活作用，并在这基础上观察骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植是否是通过抑制NLRP3炎症小体激活发挥其保护作用。主要结果如下：1）体外培养运动神经元VSC4.1细胞系，建立氧糖剥夺（OGD）模型诱导神经元损伤，激活NLRP3炎症小体。2）NLRP3激活抑制剂MCC950，显著降低OGD诱导的NLRP3、ASC和cleaved-caspase-1的表达。3）BMSCs与损伤的神经元共培养，以mitoTracker Red标记BMSCs的线粒体，发现BMSCs能够输送自身的线粒体给OGD损伤的神经元，减轻了线粒体功能障碍，减少了ROS释放，抑制了NLRP3炎症小体激活，促进了神经元的存活。4）建立SD大鼠SCI模型，与假手术组相比，SCI组NLRP3基因和蛋白表达增加，下游cleaved-caspase-1表达增加。5）MCC950 腹腔注射，抑制NLRP3炎症小体激活，促进脊髓运动功能恢复。6）BMSCs移植使NLRP3、ASC和cleaved-caspase-1的表达显著降低，凋亡减轻，白质髓鞘破坏减少，BBB评分显著升高。综合我们所有的实验数据分析，单独使用MCC950具有促进SCI后运动功能恢复的作用；单独采用BMSCs局部移植也具有相似的效果。但是单独的BMSCs尾静脉注射是否也有相似效果，值得进一步研究。对于今后的临床治疗，我们提供的建议是：在临床进行BMSCs移植的过程中，在损伤即刻，局部注射一定数量级的BMSCs对于抑制NLRP3炎症小体激活是有效的。如果BMSCs进行局部注射移植，同时持续腹腔注射MCC950，既可协同抑制炎症小体的激活，同时发挥BMSCs的旁分泌保护作用和分化替代作用，可能对于SCI后运动功能恢复的效果更好。