中枢神经系统髓鞘再生是由脱髓鞘事件触发的基本修复过程,主要通过少突胶质细胞前体细胞增殖、迁移并向少突胶质细胞分化进而再生髓鞘。髓鞘再生过程受到多种因素如星形胶质细胞、髓鞘碎片、小胶质细胞、巨噬细胞、内皮细胞、周细胞、T细胞以及年龄等的影响。
星形胶质细胞在中枢神经系统发挥着调节突触活动、营养支持及组织修复等重要作用。文章通过综述星形胶质细胞在髓鞘再生过程中的作用,旨在为中枢神经系统脱髓鞘疾病提供潜在的治疗靶点。
检索2014-2024年在中国知网、PubMed和Web of Science数据库收录的文献,中文检索词:“星形胶质细胞,少突胶质细胞前体细胞,髓鞘再生”,英文检索词:“Astrocyte OR Astroglia*,Oligodendrocyte Precursor Cell*,Remyelination”,经筛选后提取66篇文献进行综述。
①以多发性硬化为代表的脱髓鞘疾病的治疗主要是疾病修饰疗法,尚无可用的促进髓鞘再生的方法,因此,探索髓鞘再生相关靶点以促进髓鞘再生是十分必要的。②髓鞘再生是由少突胶质细胞前体细胞增殖、迁移、分化、成熟为少突胶质细胞,后者产生髓磷脂包裹轴突以形成髓鞘的过程。③星形胶质细胞通过吞噬髓鞘碎片、参与炎性反应、向少突胶质细胞谱系细胞转分化、为少突胶质细胞谱系细胞供能、释放神经营养因子、分泌细胞外基质成分等调节髓鞘再生。④文章所归纳的药物是以星形胶质细胞及其衍生因子作为干预靶点调控髓鞘再生,部分药物效果尚可,但其有效性及安全性仍需更多的基础研究及临床试验来验证。⑤星形胶质细胞在髓鞘再生过程中的作用机制尚未完全阐明,相关的分子靶点及信号通路有待进一步研究。
骨髓间充质干细胞是骨形成的主要效应细胞,随着年龄的增加,骨髓间充质干细胞的再生能力减弱、分化功能受损,导致骨质疏松。因此,恢复老龄骨髓间充质干细胞的再生能力和细胞功能对骨质疏松的有效治疗至关重要。
探究年轻大鼠第3,11代骨髓间充质干细胞来源外泌体对老年大鼠骨髓间充质干细胞衰老的影响。
分离培养6-8周龄雌性SD大鼠骨髓间充质干细胞,分别传代至第3代和第11代,随后提取第3,11代骨髓间充质干细胞来源外泌体。分离培养18月龄雌性SD大鼠骨髓间充质干细胞,传代至第3代,分为3组:对照组为常规培养,其他2组用第3,11代骨髓间充质干细胞来源外泌体干预。外泌体干预48 h后,利用β-半乳糖苷酶染色试剂盒检测细胞核内β-半乳糖苷酶的表达,qRT-PCR检测衰老相关基因的表达。通过Small RNA测序,比较第3,11代骨髓间充质干细胞来源外泌体内miRNA的表达差异。
①与对照组和第11代骨髓间充质干细胞来源外泌体组相比,第3代骨髓间充质干细胞来源外泌体组老龄大鼠骨髓间充质干细胞的β-半乳糖苷酶活性显著降低;②与对照组相比,第3代骨髓间充质干细胞来源外泌体组衰老相关基因p21和p16的表达显著降低(P < 0.05),而第11代骨髓间充质干细胞来源外泌体组衰老相关基因p21和p16的表达无显著差异;③测序结果表明,两种外泌体内miRNA的表达存在显著差异,其中表达差异最显著的miRNA是let-7c-5p、let-7b-5p、miR-320-3p和miR-26a-5p,KEGG分析结果显示显著性差异miRNA富集通路包含mTOR、AMPK等衰老相关信号通路。上述结果表明,第3代骨髓间充质干细胞来源外泌体具有逆转老龄大鼠骨髓间充质干细胞衰老的能力。
自体骨或人工骨移植在临床上已广泛应用于颌面骨缺损修复,但这些方法仍存在成骨效果不佳等问题。骨髓间充质干细胞在骨形成过程中发挥关键作用,其中,外胚层来源的颌骨骨髓间充质干细胞与中胚层来源的髂骨骨髓间充质干细胞相比,具有更强的增殖和成骨分化能力,阐明其中的关键机制,有望为颅颌面骨缺损修复提供新策略。
比较人颌骨骨髓间充质干细胞与髂骨骨髓间充质干细胞的生物学差异,并找出其中的关键调节基因。
①收集3例牙槽突裂患者的颌骨和髂骨,分离培养出原代骨髓间充质干细胞,通过集落形成实验检测细胞增殖能力,β-半乳糖苷酶染色检测细胞衰老情况,Western blot检测衰老和成骨相关蛋白表达,成骨诱导液处理后茜素红染色检测成骨能力;②对颌骨骨髓间充质干细胞和髂骨骨髓间充质干细胞进行转录组和差异基因表达分析,找到差异表达最大的20个基因,鉴定出关键调控因子;③在髂骨骨髓间充质干细胞中敲低HOXA10基因,比较分析髂骨骨髓间充质干细胞自我更新、抗衰老和成骨能力变化;④将基因编辑的髂骨骨髓间充质干细胞装入β-磷酸三钙支架中,并植入裸鼠背部皮下,8周后对植入物进行Masson染色和免疫荧光染色,观察成骨能力差异。
①与髂骨骨髓间充质干细胞相比,颌骨骨髓间充质干细胞具有更强的增殖、抗衰老和成骨分化能力;②通过转录组分析,鉴定出HOXA10是髂骨骨髓间充质干细胞中高度上调的核心转录因子;③在髂骨骨髓间充质干细胞中敲低HOXA10后,细胞增殖、抗衰老和成骨分化能力显著增强;④HOXA10敲低的髂骨骨髓间充质干细胞/β-磷酸三钙植入裸鼠背部皮下后,成骨形成能力更强;⑤上述结果表明,HOXA10是决定骨髓间充质干细胞增殖、抗衰老和成骨分化能力的关键调节基因。HOXA10基因修饰的髂骨骨髓间充质干细胞移植可作为颌面骨缺损修复的潜在应用策略。
冷冻保存技术能够使组织/细胞于低温环境中长久贮存并维持活性与功能的完整性,这对细胞治疗、组织工程及生物样本库的构建有重大意义。冷冻保护剂常含二甲基亚砜和血清,为规避二甲基亚砜的毒副作用、血清成分的复杂性以及免疫反应等问题,部分成品冷冻保护剂虽已上市,但面临着成本高、应用受限等诸多难题,因此,迫切需要研发出一种成分明晰且能够解决上述问题的冷冻保护剂。
旨在评估一种新型冷冻保护剂对不同来源组织和细胞冻存效果的影响。
将新型冷冻保护剂作为实验组,市售及广泛使用的冷冻保护剂作为对照组,分别应用于脐带华通氏胶组织、脐带间充质干细胞、脐血/外周血单个核细胞、NK细胞及CIK细胞冻存,从冻存前和复苏后的细胞形态、数量、活率、表面标志物、分化潜能、细胞杀伤毒性等多方面进行对比分析,确认新型冷冻保护剂的冻存效果及潜在的应用价值。
①采用新型冷冻保护剂能实现冻存脐带华通氏胶组织复苏后间充质干细胞形态正常,在细胞复苏回收率、表面标志物、分化潜能方面,实验组与对照组均无显著性差异;②实验组和对照组脐血/外周血单个核细胞冷冻复苏后的细胞数量和活率无显著性差异,且实验组和对照组NK细胞/CIK细胞冷冻复苏后的细胞数量和活率同样无显著性差异;③对于脐血/外周血单个核细胞衍生分化的NK细胞,实验组和对照组CD56+CD16+细胞亚群比例无显著差异,对于脐血/外周血单个核细胞衍生分化的CIK细胞,实验组和对照组CD3+CD8+和CD3+CD56+细胞亚群比例无显著差异;④在细胞杀伤毒性方面,当免疫细胞和黑色素瘤细胞系Mel624效靶比为20∶1时,无论是脐血还是外周血单个核细胞衍生分化的NK细胞/CIK细胞,实验组和对照组细胞杀瘤活性无显著差异。结果表明:新型冷冻保护剂能够替代现有的市售和广泛使用的冷冻保护剂,且对于脐带华通氏胶组织、脐带间充质干细胞、脐血/外周血单个核细胞、NK细胞及CIK细胞均适用,为通用冷冻保护剂的规模化、标准化、市场化提供了良好的技术基础。
长链非编码RNA(LncRNA)在神经系统发育及神经性疾病中扮演着重要角色,课题组前期研究证明了缺血缺氧环境下过表达促红细胞生成素的人脐带间充质干细胞(EPO-MSCs)具有更好的神经保护功能,且显著激活了LncRNA XIST的表达。研究表明XIST与缺血缺氧脑病的发病机制有关,但其受EPO-MSCs调控进而保护缺血缺氧神经元的作用和机制尚不清楚。
探讨LncRNA XIST响应EPO-MSCs信号对缺血缺氧SH-SY5Y细胞凋亡影响的新机制。
①通过慢病毒转染构建敲低LncRNA XIST(sh-XIST)和阴性对照(NC-XIST)SH-SY5Y细胞株,采用氧-葡萄糖剥夺诱导细胞缺氧缺血损伤,使用Transwell小室构建EPO-MSCs和sh-XIST、NC-XIST缺血缺氧SH-SY5Y细胞非接触共培养体系,使用CCK-8方法检测SH-SY5Y细胞的增殖能力,使用细胞划痕实验检测SH-SY5Y细胞的迁移能力,使用流式细胞仪检测SH-SY5Y细胞凋亡情况。②RNA-seq生信分析筛选sh-XIST与NC-XIST细胞株差异表达基因和通路,利用双荧光素酶实验验证miR-124-3p与靶基因XIST和GRIN1之间的关系,通过qRT-PCR验证下游miR-124-3p、GRIN1基因的表达水平。③加入miR-124-3p抑制剂和模拟物验证缺血缺氧并与EPO-MSCs共培养后SH-SY5Y的表型变化。
①与NC-XIST组相比,sh-XIST组SH-SY5Y细胞缺血缺氧损伤并与EPO-MSCs共培养后的增殖和迁移能力下降,细胞凋亡增加。②双荧光素酶实验结果显示,miR-124-3p与其靶基因XIST之间存在相互作用。在缺血缺氧条件下,转染miR-124-3p mimics的SH-SY5Y细胞在与EPO-MSCs共培养后表现出细胞凋亡减少的情况;相反,当SH-SY5Y细胞转染miR-124-3p inhibitor时,在相同的缺血缺氧条件及与EPO-MSCs共培养的情况下,细胞凋亡则显著增加。③通过对sh-XIST进行转录组测序和生物信息学分析筛选得到显著下调的神经活性配体-受体通路及中枢神经系统发育关键受体基因GRIN1。④双荧光素酶实验结果显示,miR-124-3p与GRIN1相互作用,与NC-XIST组相比,缺血缺氧后sh-XIST组SH-SY5Y细胞GRIN1表达显著下调。结果表明,LncRNA XIST通过上调miR-124-3p从而促进GRIN1表达,进而减少缺血缺氧并与EPO-MSCs共培养SH-SY5Y细胞凋亡,增强其增殖、迁移能力;sh-XIST可以阻断这一保护功能。
人脱落乳牙牙髓干细胞广泛应用于组织修复再生领域,但组织再生效果在实际应用中存在局限性。利用miRNA干预人脱落乳牙牙髓干细胞的定向分化是未来组织修复再生的重要发展方向。
探讨miR-26b对乳牙牙髓干细胞成神经及成血管分化能力的影响。
从人脱落乳牙中分离提取乳牙牙髓干细胞,并将其向神经及血管方向诱导分化,分别检测成神经标志物Nestin、NSE、βⅢ- Tubulin和成血管标志物CD31、VEGFR2、ANG-1及miR-26b的表达。然后将乳牙牙髓干细胞分为空白对照组、miR-26过表达组和阴性对照组,RT-qPCR、细胞免疫荧光染色及Western blot检测各组乳牙牙髓干细胞成神经及成血管诱导后相关标志物的表达变化。
①乳牙牙髓干细胞具有多向分化潜能,能向成骨、成脂、成神经及成血管方向分化;②在乳牙牙髓干细胞成神经及成血管分化过程中miR-26b表达水平升高;③相较于空白对照组和阴性对照组,miR-26b过表达组乳牙牙髓干细胞成神经相关基因βⅢ-Tubulin、Nestin、NSE及成血管相关基因CD31、VEGFR2、ANG-1的mRNA表达显著升高(P < 0.01),βⅢ-Tubulin、Nestin及CD31、VEGFR2蛋白表达显著升高(P < 0.01)。以上结果表明,miR-26b过表达能促进人脱落乳牙牙髓干细胞成神经和成血管诱导分化。
研究发现,人脐带间充质干细胞来源外泌体可以有效促进脊髓损伤的神经修复。
探讨人脐带间充质干细胞来源外泌体是否可以通过促进小胶质细胞向M2型极化减轻神经炎症促进脊髓损伤大鼠运动功能恢复。
将48只SD大鼠随机分为假手术组、模型组和外泌体组(n=16),采用改良Allen法建立大鼠脊髓损伤模型。外泌体组在损伤后24 h通过神经内镜鞘内注射20 μL人脐带间充质干细胞来源外泌体。在造模后3,7,14,21 d,采用BBB评分法结合Rivlin斜板实验评估大鼠后肢运动功能的恢复情况,采用苏木精-伊红染色和尼氏染色检测脊髓组织损伤情况,Western blot检测脊髓组织中脑源性神经营养因子和血管内皮生长因子A蛋白表达水平,免疫荧光法检测脊髓组织中M1型标志物(诱导型一氧化氮合酶)与M2型标志物(精氨酸酶1)的表达比例,qRT-PCR和Western blot检测脊髓组织中诱导型一氧化氮合酶与精氨酸酶1的表达水平,ELISA法检测脊髓组织中促炎因子(肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β和白细胞介素6)和抑炎因子(白细胞介素10)水平。
①术后3,7,14 d,外泌体组BBB评分均高于模型组(P < 0.05),术后7,14 d时外泌体组Rivlin斜板实验角度均显著高于模型组(P < 0.05),苏木精-伊红染色和尼氏染色结果显示外泌体组相比于模型组脊髓组织的神经损伤减轻,术后7 d时外泌体组脑源性神经营养因子和血管内皮生长因子A表达较模型组增加(P < 0.05);②免疫荧光实验结果显示,与模型组相比,外泌体组术后第7天病变区域的诱导型一氧化氮合酶阳性小胶质细胞明显减少,而精氨酸酶1阳性小胶质细胞明显增多(P < 0.05);qRT-PCR和Western blot也证实了免疫荧光实验结果;③外泌体组脊髓组织中促炎因子肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β和白细胞介素6分泌量较模型组减少(P < 0.05),而抑炎因子白细胞介素10分泌量较模型组增加(P < 0.05)。结果表明:人脐带间充质干细胞来源外泌体可以促进小胶质细胞M1型向M2型极化,减少了促炎因子的释放,从而减轻脊髓损伤中神经炎症的继发性损害。
精确的早期诊断和及时的再灌注治疗是挽救急性心肌梗死患者的生命并改善预后的重要前提条件。因此,寻找能够早期诊断急性心肌梗死的理想生物标志物尤为重要。
拟通过生物信息学和机器学习分析急性心肌梗死与中性粒细胞相关的关键基因,以探寻新的生物标志物。
基于GEO数据库和limma包鉴定急性心肌梗死的差异表达基因。使用反卷积算法探究免疫细胞浸润情况,然后结合加权基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)、蛋白互作网络和机器学习筛选急性心肌梗死与中性粒细胞相关的特征基因,并进行功能富集分析。用ROC曲线评估特征基因对急性心肌梗死的诊断价值。通过STITCH和Herb数据库筛查生物标志物的靶向药物。最后将在2023年3-6月于贵州医科大学附属医院心内科首次诊断为急性心肌梗死的住院患者作为实验组,同期心电图无缺血性改变、冠状动脉造影无狭窄的住院患者作为对照组,收集两组患者外周血,通过RT-qPCR验证基因在人外周血样本中的相对表达量。
①共获得差异表达基因2 349个,免疫浸润分析发现B cells memory,NK cells resting和Neutrophils等免疫细胞评分在疾病和正常组之间存在差异;②使用WGCNA发现ME green和ME turquoise这两个基因模块与中性粒细胞与急性心肌梗死表现出最高的相关性;③与差异表达基因相交后获得24个差异模块基因,功能富集分析发现其与先天免疫反应、细菌的防御反应等多种过程相关;KEGG结果显示其主要与肿瘤坏死因子信号通路有关。④机器学习算法挖掘到的基因取交集后得到的特征基因为S100A12,PTCH1和LOC400499,在GSE48060和GSE66360数据集中的ROC曲线下面积均大于0.7,将其视为潜在的生物标志物。⑤基于STITCH和Herb数据库发现S100A12有11种靶向药物,PTCH1共发现6种靶向药物。⑥RT-qPCR结果显示,与对照组相比,急性心肌梗死患者中S100A12,PTCH1和LOC400499表达具有显著差异性(P < 0.05)。⑦S100A12,PTCH1和LOC400499可能是急性心肌梗死潜在的诊断生物标志物,但是其与急性心肌梗死相关的特异性尚需进一步研究,其中S100A12可能是调控急性心肌梗死的潜在靶点。
骨关节炎是一种以软骨基质持续性破坏为特征的退行性关节病,目前仍无有效的药物治疗方案,二甲双胍预处理骨髓间充质干细胞来源外泌体因避免了口服药物不良反应及免疫原性等特点,可能成为治疗骨关节炎的新方法。
探讨二甲双胍预处理骨髓间充质干细胞来源外泌体对软骨细胞的调节作用。
体外培养乳兔骨髓间充质干细胞和软骨细胞。使用超速离心法收集正常骨髓间充质干细胞源性外泌体和经过二甲双胍预处理的骨髓间充质干细胞源性外泌体,分别用含外泌体的培养基培养软骨细胞24 h,再用100 μmol/L H2O2干预24 h。采用CCK-8法和划痕愈合实验检测软骨细胞增殖和迁移能力变化;采用Western blot和RT-qPCR检测软骨细胞中Ⅱ型胶原、P16蛋白及mRNA的表达变化,以及采用Western blot检测MKK7/JNK通路蛋白的表达变化;使用ELISA试剂盒检测软骨细胞中超氧化物歧化酶活性和丙二醛水平。
①在氧化应激环境下,软骨细胞的增殖和迁移能力减弱,两种外泌体能够一定程度恢复软骨细胞的增殖和迁移能力,二甲双胍预处理骨髓间充质干细胞来源外泌体的改善效果更显著(P < 0.05);②与正常骨髓间充质干细胞来源外泌体相比,二甲双胍预处理骨髓间充质干细胞来源外泌体更能有效提高Ⅱ型胶原表达和超氧化物歧化酶活性(P < 0.05),同时也更能有效降低P16表达和丙二醛水平(P < 0.05);③两种外泌体能够一定程度抑制MKK7和p-JNK蛋白表达,二甲双胍预处理骨髓间充质干细胞来源外泌体的抑制效果更显著(P < 0.05)。结果表明,在氧化应激环境下,二甲双胍预处理骨髓间充质干细胞来源外泌体通过抑制MKK7/JNK通路对抗软骨细胞衰老并促进软骨细胞增殖。
近年来细胞外囊泡在骨缺损再生修复领域受到广泛关注。然而,天然细胞外囊泡在持续控释、组织靶向性和载药能力等方面存在不足。因此,引入工程化策略对细胞外囊泡进行改造,提高其治疗效果,成为当前研究的热点。
对工程化细胞外囊泡在骨缺损再生修复中的作用和应用进展做一综述。
检索PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库中近15年的相关文献,英文检索词为“engineering,extracellular vesicles,exosomes,bone defect,bone regeneration,bone repair”,中文检索词为“工程化,细胞外囊泡,外泌体,骨缺损,骨再生,骨修复”。经过筛选,排除相关性差、陈旧和重复的文献,对最终符合标准的93篇文献进行综述。
①细胞外囊泡主要是基于密度、大小、免疫亲和力或表面电荷进行分离的,分离后依赖成像技术、基于尺寸测定和计数的技术以及流式细胞术进行表征;②细胞外囊泡通过调节免疫、血管生成、靶细胞的增殖与分化来刺激骨再生;③细胞外囊泡的工程化策略包括表面修饰和内容物装载2个方面;④利用工程化策略向细胞外囊泡引入骨形态发生蛋白2、突变缺氧诱导因子1α、血管内皮生长因子、miRNA和其他生物活性因子可以增强骨缺损再生修复能力。