神经干细胞经鼻移植通过隧道纳米管形成产生对缺血再灌注损伤脑保护作用机制研究

Intranasal delivery of neural stem cells (NSCs) could bypass the blood-brain barrier, the nasal olfactory epithelium, has the great potential of delivering neural stem cells directly to the central nervous system, and the nasal lymphatic vessels also circulate between the cerebrospinal fluid. Our previous study found that direct contact between cells is more conducive to the repair of ischemic cells by NSCs. The ATP level in brain microvascular endothelial cells (BMECs) exposed to direct contact with NSCs is significantly higher than that in non-contact co-culture, while the reactive oxygen species is lower than the control group. Confocal laser scanning microscopy and electron microscopy confirmed the presence of tunneling nanotubes (TNT) between co-cultured NSCs and BMECs. We speculate that nasal transplantation accelerates chemotaxis of neural stem cells and increases the amount of neural stem cells reaching the site and have direct contact with BMECs. NSCs may establish more direct connections with BMECs, such as TNT, then mitochondria are transported directly to BMECs to repair impaired energy metabolism, reduce apoptosis and exert their protective effects against brain injury following ischemia-reperfusion. The completion of this project may provide new theoretical basis and potential targets for future clinical prevention and control of ischemia-reperfusion injury.

神经干细胞（NSCs）经鼻移植可避开血脑屏障（鼻嗅上皮具有将神经干细胞直接送达中枢神经系统的巨大潜力，鼻淋巴管也与脑脊液之间双相流通）。我们的前期研究发现细胞间的直接接触更有利于NSCs对缺血损伤细胞的修复作用，与NSCs直接接触共培养的脑微血管内皮细胞（BMECs）内ATP水平明显高于非接触共培养，而活性氧簇则低于对照组。借助激光共聚焦及电镜技术证实在共培养的NSCs与BMECs之间存在隧道纳米管（TNT）。我们推测经鼻移植方式加速了神经干细胞迁移趋化速度，增加了到达病灶部位与BMECs直接接触的神经干细胞量，NSCs可能建立起更多与BMECs的直接连接方式-TNT,并通过TNT将自身的线粒体直接转运至BMECs中以修复受损的能量代谢，减少细胞凋亡，发挥其缺血再灌注脑损伤的保护作用。本项目的完成为可能为将来临床预防和控制缺血再灌注损伤提供新的理论依据及潜在的靶点。

脑卒中是全球致死率和致残率最高的三大疾病之一，其中87%是脑梗死。对于急性脑梗死，目前唯一被FDA 批准的药物治疗手段是早期溶栓。但溶栓时间窗限制相对严格，95%以上的患者无法在发病时间窗内到达医院进行溶栓治疗。我国已经慢慢步入老龄化社会，脑卒中致死率、致残率逐年升高，并且严重降低了患者的生存质量、平均寿命，给国民经济带来沉重的负担。在实验中，我们成功分离和培养了神经干细胞NSCs和脑微血管内皮细胞BMECs；为了进一步模拟缺血再灌注损伤中脑微血管内皮细胞所处的病理生理条件，我们建立了NSCs和BMECs的共培养模型；并证实了NSCs能与BMECs通过隧道纳米管（Tunneling nanotubes, TNTs）进行连接，TNT是一种只在哺乳动物细胞间形成的桥连，是一种细胞间的特殊连接方式，主要由a-微管蛋白和丝状肌动蛋白聚合构成，进行长距离的线粒体转运。TNT 是由表层的细胞膜和内部的细胞骨架构成，其长度和直径可在较大范围内波动，不同类型的细胞和不同的培养条件可能会造成程度上的差异。TNT可以介导细胞间的物质运输和信号交流，凭借其较宽口径以及相对较长的长度，在转运分子量较大的物质甚至细胞器上拥有得天独厚的优势。实验发现MSEC基因促进隧道纳米管形成，提升神经干细胞保护作用；诺考达唑 Nocodazole减少TNT形成，降低神经干细胞保护作用。在对某些微小RNA进行筛查时，发现其中microRNA let-7b对TNT形成的促进因素—MSEC基因有调节作用，对细胞进行microRNA let-7b转染，成功构建实验模型，并且microRNA let-7b过表达会减少长轴突细胞，可能是因为其对MSEC表达量的调控作用，使得细胞的“出芽”特征得到抑制。