骨髓单个核细胞移植对脑缺血小鼠白质损伤的影响

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背景及目的:  近年缺血性脑卒中(cerebral ischemic stroke)因高发病率、高致残率及高死亡率而成为沉重的社会经济负担,寻找行之有效的治疗途径对脑梗死的治疗至关重要。缺血发生后,最大程度减少梗死周围缺血半暗带(ischemic/penumbra,I/P)细胞的坏死是治疗卒中的关键。溶栓治疗在某种程度上可挽救濒临坏死的神经元,改善缺血程度,但其因时间窗的限制及出血风险大尚未普及。卒中单元的建立及溶栓药物的应用可改善预后,但尚缺乏有效的根治途径。  缺血性脑卒中,是指因各种病因造成的脑部血流的供应受阻,使局部脑组织因缺血、缺氧而发生坏死,神经元及胶质细胞相继死亡,机体的运动、感觉认知功能受损。针对脑梗死时发生的病理生理变化,促进梗死周围区血管再生是治疗的出发点,而以往神经血管保护的研究主要针对灰质,白质损伤的研究较少。Mendez-OteroR等已通过实验证明了干细胞移植潜在的神经保护及神经再生作用。干细胞有自我更新和多向分化潜能,移植后可以通过分泌神经营养因子、抑制炎症因子释放、促进内源性干细胞增殖分化而调节神经再生,已成为目前治疗缺血性卒中的新焦点。  骨髓来源的单个核细胞(Bone marrow mono nuclear cells,BMMNCs),具有多向分化潜能及可塑性,包括内皮祖细胞、造血干细胞、间充质干细胞等。BMMNCs移植可通过减轻急性期炎症反应,促进神经血管再生,而对脑梗死有一定疗效。BMMNCs移植的可行性及安全性在缺血性卒中患者的临床实验中已得到证实,急性脑梗死患者经动脉移植BMMNCs后神经功能缺损症状改善明显。与骨髓间充质干细胞比较,BMMNCs提取分离方便,无需经过较长时间的体外培养,成为更加有前景的治疗途径。BMMNCs移植可促进内源性神经干细胞分化为血管内皮细胞,促进血管再生,增加梗死周围区血管密度,减轻梗死周围缺血程度,BMMNCs移植可减轻炎症反应,减少胶质瘢痕的形成,而炎症过程中产生的细胞因子等可导致少突胶质细胞及其前体细胞的死亡,胶质瘢痕则可抑制轴突的再生及延长。脑白质由少突胶质细胞产生的髓鞘包绕轴突形成,少突胶质细胞及其前体细胞对缺血缺氧异常敏感,因而我们推测BMMNCs移植是否可通过增加梗死周围血管密度,减轻炎症反应,抑制胶质瘢痕的形成来减少梗死后少突胶质细胞的凋亡坏死,减轻缺血性脱髓鞘的发生,促进白质损伤的修复。本实验进一步评估了脑梗死后小鼠的神经功能变化,进一步从白质损伤与血管再生、炎症损伤、胶质瘢痕形成的角度探讨BMMNCs对脑梗死后白质损伤的疗效及潜在的治疗机制。  方法:  采用线栓法制备大脑中动脉梗死小鼠模型(pMCAO),筛选成功模型后将其随机分为对照组(control组)和BMMNCs移植组(BMMNCs组)。提取细胞前供体经连续腹腔注射Brdu进行BMMNCs标记。密度梯度法分离小鼠BMMNCs,BMMNCs组于脑梗死24h后经尾静脉注入1mlBrdu标记含1×106个BMMNCs细胞悬液,control组注射同等体积PBS溶液。于移植后1天、3天、7天、14天、28天和56天采用改良神经功能损害严重程度评分(modified neurological severity score,mNss)观察神经行为学功能,于移植后1天、7天、14天、28天和56天采用luxol fast blue(LFB)染色法评估脑白质损伤的严重程度,免疫荧光法观察梗死周围区(peri-infarction zone,PIZ)血管密度、小胶质细胞与星形胶质细胞增生情况。  结果:  1.mNSS评分BMMNCs组的mNSS评分均明显低于control组,差异具有统计学意义(P<0.05),BMMNCs组和control组间比较显示移植后1天两组间差异无统计学意义(P>0.05),移植后3天、7天、14天、28天和56天,BMMNCs组较control组评分降低,两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。  2.LFB染色LFB染色结果显示移植后1天、7天,LFB着色减少的百分比在两组均不明显,且两组间减少程度差异无统计学意义(P>0.05)。移植后14天、28天、56天,BMMNCs组LFB着色减少的百分比低于control组,差异具有统计学意义(P<0.05)。BMMNCs组脑白质损伤程度明显轻于control组。  3.免疫荧光染色  3.1vWF免疫荧光染色移植后1天、7天,BMMNCs组与control组血管密度增加无明显差异(P>0.05);移植后14天、28天、56天,BMMNCs组与control组血管密度均增加,且BMMNCs组比control组明显增多,差异有统计学意义(P<0.05)。  3.2GFAP免疫荧光染色移植后1天,BMMNCs组与control组星形胶质细胞均增加,但二者无明显差异(P>0.05);移植后7天、14天、28天,BMMNCs组与control组星形胶质细胞均增加,但BMMNCs组比control组星形胶质细胞明显减少,差异有统计学意义(P<0.05);移植后56天,BMMNCs组与control组星形胶质细胞较前减少,但二者无明显差异(P>0.05)。  3.3Ibal免疫荧光染色移植后1天,BMMNCs组与control组小胶质细胞均增加,但二者无明显差异(P>0.05);移植后7天,BMMNCs组与control组小胶质细胞均达到峰值,14天、28天、56天后逐渐下降,在14天、28天时BMMNCs组仍明显少于control组,差异有统计学意义(P<0.05),56天时BMMNCs组与control组小胶质细胞数目无明显差异(P>0.05)。  结论:  1.BMMNCs能够明显促进脑梗死小鼠神经功能的恢复。  2.BMMNCs移植可减轻白质脱髓鞘,进而促进白质损伤的修复。  3.BMMNCs能增加PIZ血管密度,减轻缺血性脱髓鞘(ischemicdemylinatation),这可能是减轻白质损伤的一个机制。  4.BMMNCs能抑制小胶质细胞过度增生,减少小胶质细胞介导的炎症损伤,减少少突胶质细胞的坏死凋亡,减轻脱髓鞘,这可能是促进白质损伤修复的另一机制。  5.BMMNCs能抑制星形胶质细胞过度增生,减少其形成的胶质瘢痕,解除胶质瘢痕对髓鞘再生和延伸的阻碍作用,可能是促进白质损伤修复的又一机制。
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