三维间充质干细胞促进脊髓损伤修复的机制研究

Three-dimensional cultured stem cells had the better ability to maintain stem cell properties than the monolayer cultured stem cells. In our previous study, we found that three-dimensional cultured human placenta-derived mesenchymal stem cells (3D hPMSCs) promoted better electrophysiological recovery and locomotor recovery when transplanted into the rat spinal cord injury (SCI) model, but the mechanism is not yet clear. We then found 3D hPMSCs transplantation group showed more nestin-positive cells and Tuj-1 positive neurons in the lesion area, which suggests 3D hPMSCs may be responsible for repairing SCI by promoting endogenous neural stem cells (ENSCs) to differentiate into neurons. On the basis of our preliminary studies, we tried to use Nestin-GFP mouse and Nestin-CreERT2/iDTR mouse to build the completely transected SCI model and evaluate the role of 3D hPMSCs in the ENSCs proliferation, migration and differentiation in vivo. We then used the transcriptome sequencing technology (RNA-Seq) to screen the key genes for promoting ENSCs neuron differentiation, and thus to clarify the regulatory mechanism of 3D hPMSCs to promote ENSCs neuron differentiation.

三维培养（3D）相比于常规二维培养（2D）能更好的维持干细胞特性。前期实验发现，三维人胎盘间充质干细胞（3D hPMSCs）相比于2D hPMSCs 可以更好的促进脊髓损伤大鼠电生理以及运动功能恢复，但修复机制目前尚不清楚。3D hPMSCs 移植可以促进脊髓损伤部位Nestin、Tuj阳性细胞数目增加，结合实验室之前的工作我们提出：3D hPMSCs 可能是通过促进内源神经干细胞（ENSCs）向神经元分化修复脊髓损伤。本项目拟在前期工作基础上，利用Nestin-GFP 转基因小鼠和 Nestin-CreERT2/iDTR 条件性基因敲除小鼠，在脊髓全横断损伤模型中研究3D hPMSCs在ENSCs增殖、迁移、分化中的作用；并结合转录组分析，对 3D hPMSCs 促进ENSCs向神经元分化的关键基因进行筛选和初步验证，从而阐明3D hPMSCs 促进ENSCs向神经元分化的分子调控机制。

脊髓损伤 (Spinal cord injury, SCI) 是一种严重的神经系统创伤，致残性高，极具破坏力。虽然目前的医疗发展水平可以延长患者的生命，但并不能完全治愈，不仅严重影响了患者的身心健康，而且还给家庭和社会造成严重的经济、精神和人力负担。胎盘间充质干细胞（hPMSCs）由于其独特的优点成为干细胞治疗脊髓损伤的首选。在前期研究中，我们将hPMSCs进行三维培养，发现相比于常规二维培养的hPMSCs（2D MSCs），三维培养的hPMSCs（3D MSCs）移植可以更好的促进脊髓全横断损伤大鼠功能恢复，但分子机制目前尚不清楚。前期研究发现，3D MSCs移植可以促进脊髓损伤部位Tuj-1以及NeuN阳性神经元数目增加，但这些神经元不是由移植的hPMSCs分化而来。. 最近研究认为正常成体脊髓中处于静息状态的室管膜细胞，具有神经干细胞潜能，在脊髓损伤后可被激发。星形胶质细胞通常被认为是在损伤后对神经再生起阻碍作用，但近期发现损伤能够诱导该细胞的神经源性潜力。因此在本项目中，我们分别利用Nestin-CreERT2/iDTR和Aldh1l1-Tdt转基因小鼠追踪室管膜细胞和星形胶质细胞，探索3D MSCs移植后损伤部位神经元的来源。在Nestin-CreERT2/iDTR转基因小鼠全横断损伤模型中发现，相比于对照组，2D MSCs和3D MSCs移植组损伤部位室管膜细胞均可增殖并向损伤部位迁移，但只有3D MSCs移植组，室管膜细胞可向神经元少量分化，说明新生神经元中只有小部分来源于脊髓室管膜区。在Aldh1l1-Tdt转基因小鼠全横断损伤模型中，发现细胞移植组，尤其是3D MSCs组可降低损伤部位胶质瘢痕，但均没有发现星形胶质细胞转分化为神经元。这说明损伤部位神经元并不主要来源于室管膜细胞和星形胶质细胞，还需要对其它来源进行进一步探究。