中南大学湘雅三院张如旭/刘爱华团队发现牙髓干细胞来源的外泌体减轻脑缺血再灌注损伤的神经保护机制

news2024/11/22 9:39:08

随着我国人口老龄化的加剧，中风已成为我国主要的公共卫生疾病之一，确定其潜在的分子机制和治疗靶点对于开发有效的预防和治疗策略至关重要。近期，中南大学湘雅第三医院张如旭、刘爱华团队在经典权威期刊《Pharmacological Research》（IF=9.1）发表题名为“Transfer of miR-877–3p via extracellular vesicles derived from dental pulp stem cells attenuates neuronal apoptosis and facilitates early neurological functional recovery after cerebral ischemia–reperfusion injury through the Bclaf1/P53 signaling pathway”的突破性创新研究成果。本文开展了牙髓干细胞（DPSCs）来源的外泌体（DPSC-EVs）对脑缺血再灌注损伤（I/RI）大鼠模型的治疗研究，结合外泌体miRNA组学，揭示了DPSC-EVs通过携带miR-877-3p靶向Bclaf1/P53信号通路减轻神经元凋亡，促进早期神经功能恢复的分子机制。（此研究中的外泌体miRNA测序服务由华盈生物提供协助）。该研究提供了DPSC-EVs作为一种新的治疗策略，为中风后神经保护和功能恢复提供了潜在的临床应用前景。

01 DPSC-EVs减少tMCAO大鼠中I/RI诱导的神经元凋亡

作者通过一系列实验的验证，确定其从第三磨牙中分离牙髓干细胞，并从这些细胞的条件培养基中纯化和分离出DPSC来源的细胞外囊泡（DPSC-EVs）。在此基础上，研究者探究了DPSC-EVs对tMCAO大鼠I/RI诱导的神经元凋亡的影响。TTC染色显示DPSC-EVs治疗组与对照组相比，梗死体积显著减少（图1a），HE染色显示DPSC-EVs治疗减轻了I/RI引起的神经元空泡化和脱髓鞘（图1c），表明其对神经元具有保护作用。Tunel染色显示DPSC-EVs治疗显著减少了Tunel阳性（凋亡）神经元的数量，改变了凋亡相关蛋白的表达，证明DPSC-EVs具有抗凋亡效果（图1b、d）。

图1 DPSC-EVs减少tMCAO大鼠中I/RI诱导的神经元凋亡

02 DPSC-EVs减轻OGD/R损伤引起的凋亡并促进神经保护

在动物水平验证完DPSC-EVs对神经元具有保护作用，作者接着在细胞层面探究DPSC-EVs是否会减轻OGD/R损伤引起的凋亡并促进神经保护。Tunel/PI染色显示DPSC-EVs处理显著减少了OGD/R诱导的凋亡细胞数量，进一步证实了DPSC-EVs的抗凋亡效果（图2a）。DPSC-EVs处理降低了OGD/R损伤后SH-SY5Y细胞中Bax蛋白的表达，提高了Bcl-2蛋白的表达，减少了裂解caspase-3/caspase-3的比值，这表明DPSC-EVs可能通过抑制caspase-3的活化来减少凋亡（图2b、c）。

图2 DPSC-EVs减轻OGD/R损伤引起的凋亡并促进神经保护

03 DPSC-EVs中的miR-877–3p是脑缺血再灌注损伤中的潜在神经保护剂

作者在揭示了DPSC-EVs对缺血再灌注损伤有神经保护作用后,在华盈生物的协助下，进行了外泌体miRNA组学分析，来进一步确认DPSC-EVs中可能对脑缺血再灌注损伤（I/RI）具有神经保护作用的miRNA，并鉴定其潜在的靶基因和作用机制。研究者发现了5种最丰富的miRNAs，在脑缺血再灌注损伤后表达水平有显著变化（图3b），通过qRT-PCR分析了SH-SY5Y细胞中这5种miRNAs的表达水平，结果表明，miR-877-3p在这些miRNAs中显示出对凋亡有显著的抑制作用，提示miR-877-3p可能在脑缺血再灌注损伤中发挥神经保护作用（图3a）。KEGG分析揭示了与DPSC-EVs相关的信号通路，P53信号通路的显著富集，表明P53通路可能在DPSC-EVs的神经保护作用中扮演关键角色（图3d）。双荧光素酶报告基因检测结果则证实了Bclaf1是miR-877-3p的直接靶基因（图3c），miR-877-3p通过靶向Bclaf1发挥作用，揭示了miR-877-3p在神经保护中的潜在分子机制。

图3 DPSC-EVs的miR-877–3p是I/RI中神经保护机制的潜在关键靶点

04 miR-877-3p 抑制剂或Bclaf1 过表达逆转了 DPSC-EVs 对凋亡抑制的效果

为了进一步验证miR-877-3p 和Bclaf1在DPSC-EVs抗凋亡作用中的功能，作者构建过表达Bclaf1的SH-SY5Y细胞。另外将 miR-877-3p 抑制剂转染到 DPSCs 中，然后提取这些细胞的 EVs 用于后续实验。结果显示,无论是Bclaf1过表达还是miR-877-3p抑制剂处理，都逆转了DPSC-EVs降低的Bclaf1、P53、Bax和裂解caspase-3/caspase-3的表达水平，以及增加了MDM2和Bcl-2/Bax比值，减少了Tunel阳性细胞的数量，表明Bclaf1的过表达或miR-877-3p抑制剂的处理都可以抵消DPSC-EVs的抗凋亡效果（图4a-d）。

图4 miR-877-3p 抑制剂或Bclaf1 过表达逆转了 DPSC-EVs 对凋亡抑制的效果

总结与讨论

本文通过深入研究牙髓干细胞衍生的细胞外囊泡（DPSC-EVs）在脑缺血再灌注损伤（I/RI）中的作用，发现DPSC-EVs能够显著减轻大鼠模型中的脑水肿、梗死体积，并改善神经功能。研究揭示了DPSC-EVs中的miR-877-3p通过靶向Bclaf1蛋白，进而调节P53信号通路，发挥神经保护和抗凋亡效应的分子机制。此外，通过体外实验和功能获得/丧失实验进一步验证了miR-877-3p在DPSC-EVs中的关键作用。这项研究不仅提供了对DPSC-EVs治疗潜力的深入理解，而且为开发针对脑缺血再灌注损伤的新疗法提供了科学依据和潜在的临床应用方向。

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相关文献

Miao Y, Liang X, Chen J, Liu H, He Z, Qin Y, Liu A, Zhang R. Transfer of miR-877-3p via extracellular vesicles derived from dental pulp stem cells attenuates neuronal apoptosis and facilitates early neurological functional recovery after cerebral ischemia-reperfusion injury through the Bclaf1/p53 signaling pathway. Pharmacol Res. 2024:107266.