星胶细胞炎症活化后释放携带IGF-1外泌体经PBK调节PI3K-AKT通路介导ucMSCs增殖的分子机制

The major problem of neurogensis by stem cells transplantation after TBI is the survival and proliferation of transplanted cells. In our previous study, we first found that LPS activated Astrocytes (LPS-Astrocytes) or Exosome from these Astrocytes (Astrocytes-Exosome) could promote ucMSCs proliferation in vitro, however the mechanism remains uncovered. Through transcriptome sequencing, our research group have selected out IGF-1 in LPS-Astrocytes and PBK in proliferation ucMSCs as molecular targets. Meanwhile, we have demonstrated Astrocytes-Exosome contains IGF-1 and PI3K/AKT signaling was phosphyrylation activited in proliferation ucMSCs. Therefor, we propose that LPS-Astrocytes regulate PBK expression in ucMSCs through its Exosome containing IGF-1, then impact ucMSCs proliferation by PI3K/AKT signaling pathway. In this research, we intend to entirely investigate the interactions between LPS-Astrocytes and ucMSCs and the mechanism of LPS-Astrocytes or Exosome promoting ucMSCs proliferation from the perspective of “intercellular Cross-Talk”, explore the reason for IGF-1 change in Astrocytes after LPS stimulation, analyze the mechanism of Astrocytes-Exosome regulates PBK expression in ucMSCs, and clarify the whole signaling pathway under ucMSCs proliferation induced by LPS-Astrocytes. The results in this study will provide research foundation for LPS-Astrocytes/ucMSCs double cell transplantation after TBI.

脑损伤后干细胞移植进行神经修复所面临最大问题是移植细胞存活及增殖。我们首次发现炎症激活的星胶细胞（LPS-星胶细胞）及其释放的外泌体可促进脐带间充质干细胞（ucMSCs）增殖，但具体机制不明。我们前期研究通过测序筛选出LPS-星胶细胞中IGF-1及增殖ucMSCs中PBK这两个潜在靶点分子；并发现星胶细胞释放外泌体中携带IGF-1、增殖ucMSCs中存在PI3K磷酸化。由此我们提出“星胶细胞炎症激活后通过含有IGF-1外泌体调控ucMSCs中PBK及PI3K-AKT通路影响ucMSCs增殖”的假说。本课题拟首先阐明星胶细胞在炎症活化后IGF-1表达及外泌体释放变化的分子机制；分析外泌体中IGF-1如何经转录调控因子E2F1影响ucMSCs中PBK表达、调控PI3K-AKT通路；并研究增殖ucMSCs对LPS-星胶细胞的反馈，为脑损伤后开展ucMSCs/LPS-星胶细胞联合移植提供研究基础。

TBI后通过干细胞替代的组织工程技术促进神经再生修复是当前研究方向。本项目在干细胞内源性动员方面寻找可促进干细胞增殖、分化的干预靶点，同时在携带外源性干细胞组织工程技方面进行了探索。.本研究首次证实由活化的星形胶质细胞分泌的IGF-1通过作用于iPSCs表面相应的IGF-1R，导致PI3K/AKT信号通路磷酸化增强，进而促进了iPSCs的增殖。.此外，本项目针对NSCs活性随着机体衰老进行性下降的现象，首次发现，老龄大鼠星胶细胞产生的CSF-1水平明显高于幼龄大鼠，而且创伤后老龄大鼠的CSF-1水平进一步升高。适当浓度的CSF-1促进NSCs的增殖，而高浓度的CSF-1抑制干细胞的增殖，促进干细胞的凋亡。这两种表型分别通过Akt/Bad和PLC/PKC/PHGDH/丝氨酸途径实现。而给老龄大鼠补充丝氨酸可促进NSCs增殖和分化，促进损伤后神经功能的恢复，提示口服丝氨酸是一种有效的潜在治疗方法。.由于动员内源性NSCs途径再生神经元效果并不十分理想，而外源性细胞移植组织工程领域的最大挑战之一是不能形成与宿主相融通的功能性血管网络，即与宿主循环形成吻合。我们创新性地利用灌注联合漂洗的方案制备了大鼠大脑脱细胞支架，能够保留细胞外基质成分，模拟中枢神经再生所需的微环境；并验证了携带HUVECsVEGF/GFP的大脑脱细胞支架可以提高支架在腹部皮下、以及TBI后损伤区的血管化水平，生成与宿主自身血管网络相融通的新生血管并有血流通过，能够支持移植细胞的长期存活和增殖，进而发挥神经再生修复功能。 .综上，本研究针对TBI后神经元丢失不可再生的难题，寻找动员“内源性”干细胞的干预手段，证实了星胶细胞能够通过IGF-1促进iPSCs的增殖，并发现星胶细胞分泌的CSF-1在不同浓度下能够精准调节NSCs增殖及凋亡的表型，为开展双细胞联合移植进行CNS神经再生修复提供了理论依据。此外，优化了大脑脱细胞支架的制备方案，为移植的种子细胞提供所需的微环境和能够与宿主融通的功能性血管网络，为开展细胞联合移植进行CNS神经再生修复提供了有良好应用前景的组织工程载体。