低氧环境下HIF-1激活Serotonin通路促进大鼠周围神经缺损早期轴突再生的机制研究

Repair of peripheral nerve injuries has gained much attention in clinical settings during the past years. Based on the possible capacity of self-regeneration and the mature theory of tissue engineering, peripheral nerve tissue engineering has developed well with various nerve guidance products. Although some of those nerve conduits have become commercial products and used widely in clinical practice, they are also confronted with problems of unsatisfactory functional recovery. It is known that the earlier the injured nerve regenerates, the better functional recovery would be. Therefore, how to fully understand and utilize the potential capacity of axon regeneration from the perspective of molecular level is especially important now. It is proved that a series of nerve regenerating related genes are activated and expressed to prepare the injured neurons for a pro-regenerative status. Hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1) as a product to hypoxia stress plays an important role in that regulation. Studies show that HIF-1 roles as an important neuron protector for stress, as well as a modulator for initiating early axon regeneration after axotomy under hypoxia in C.elegans. Thus, based on our previous work about nerve conduits for defect restoration in rats, this project aims to further explore the mechanism of HIF-1-serotonin signaling under hypoxia in activating early axon regeneration through peripheral nerve defect in mammals, in order to provide experimental basis for early intervention on nerve injuries in clinical practice.

周围神经损伤修复是临床关注的热点和难点。因其自身的再生能力以及组织工程成熟的研究理论，周围神经组织工程再生研究一直是多年来的热点方向。尽管目前神经导管的临床应用已日趋成熟，却也面临功能恢复有限的难题。我们知道，神经的早期再生对损伤后功能效果的恢复至关重要。因此如何从分子水平充分认识并利用损伤后神经元的再生潜能实现早期轴突再生便成为今后的努力方向。研究显示外周神经元促再生状态的激活源于一系列神经再生相关基因的激活和表达。低氧诱导因子(HIF-1)就是一类起关键作用的调控因子，是细胞对低氧的应激性产物。线虫研究表明HIF-1在神经元轴突再生中发挥了重要的应激性保护与起始调节作用。因此，本课题自此为出发点，拟在先前大鼠神经缺损导管修复的研究基础上，深入探讨低氧下HIF-1-serotonin通路在激活哺乳动物周围神经缺损早期轴突再生中的作用及机制，为临床早期干预神经损伤加快修复提供实验依据。

周围神经损伤后功能恢复有限是临床面临的难题。神经的早期再生对损伤后功能效果的恢复至关重要。如何从组织工程的角度优化神经再生的外部干预手段和从分子水平激发神经元的内部再生潜能便成为我们的努力方向。在周围神经修复过程中，雪旺细胞通过分泌各种神经营养因子，形成有利于轴突再生的微环境。但因其来源有限，限制了神经自我修复效果。干细胞来源的类雪旺细胞使上述问题的解决成为可能。人牙髓干细胞（hDPSCs）来源于颅神经嵴细胞，与周围神经雪旺细胞具有同源性，在促神经再生中更有优势。另外研究显示外周神经元促再生状态的激活源于一系列神经再生相关基因的激活和表达。低氧诱导因子(HIF-1)就是一类起关键作用的调控因子，在轴突再生中有重要的应激性保护与起始调节作用。.因此，本项目在以上研究背景下，开展了一系列相关研究，取得了不错的实验结果，包括： .（1）从牙髓组织中成功分离出hDPSCs，证实了hDPSCs具有多向分化潜能及高效增殖活性，为神经再生研究提供了稳定的细胞来源。.（2）构建了高效稳定的hDPSCs神经向分化的诱导培养体系，能够诱导hDPSCs分化为类雪旺细胞，为研究雪旺细胞介导的神经组织再生提供了坚实基础。.（3）构建了HIF-1α 慢病毒载体，建立了HIF-1α稳转hDPSCs（HIF-1α-hDPSCs），优化hDPSCs介导的神经组织再生能力。.（4）分离鉴定出PDGFRα+ hDPSCs 细胞亚群，其能高表达多能干性标志物Nanog等，较PDGFRα- hDPCSs具有更强的增殖和神经向分化潜能。.（5）体内验证hDPSCs诱导来源的雪旺细胞具有促进神经组织修复再生的能力，HIF-1α能够进一步优化hDPSCs介导的神经组织修复效果。.本项目基本完成了既定的实验研究目标，验证了HIF-1α可修饰转染用于神经再生研究的细胞，并发挥相关功能促进神经轴突早期再生；研究结果亦表明hDPSCs在周围神经再生研究中具有良好的应用前景及临床转化可能。其中牙髓干细胞神经向分化的亚群分选与性能鉴定是本项目预定目标外的收获与发现，可作为深入挖掘的点，继续推进相关实验研究。