Three-dimensional cultured mesenchymal stem cells enhance repair of ischemic stroke through inhibition of microglia

doi:10.1186/s13287-021-02416-4

.2021年6月21日；12(1):358.

doi:10.1186/s13287-021-02416-4。

三维培养的间充质干细胞通过抑制小胶质细胞促进缺血性卒中的修复

李月娇^#^1 2, 延开洞^#^1 2, 叶然^#^三, 张亚南（Yanan Zhang）^1 4, 吴伯耀¹, 谢俊东^1 4, 曹燕培⁵, 妙华墨⁴, 李森¹, 郝登⁶, 文博浩⁶, 盛源于⁷, 吴耀炯^8 9

附属公司

¹清华大学清华深圳国际研究生院化学致癌组学国家重点实验室、深圳市健康科学与技术重点实验室，中国深圳，518055。
²清华大学生命科学学院，北京，100084，中国。
^三中国人民解放军医学院解放军总医院神经内科，北京，100853。
⁴清华大学清华-伯克利深圳学院（TBSI），中国深圳，518055。
⁵北京大学深圳医院，深圳，518036，中国。
⁶南方医科大学实验医学与生物技术学院抗体工程研究所，广州，510515，中国。
⁷中国人民解放军总医院神经内科，北京，100853。yusy1963@126.com。
⁸清华大学清华深圳国际研究生院化学致癌组学国家重点实验室、深圳市健康科学与技术重点实验室，中国深圳，518055。wu.yaojiong@sz.tsinghua.edu.cn。
⁹清华大学清华-伯克利深圳学院（TBSI），中国深圳，518055。wu.yaojiong@sz.tsinghua.edu.cn。

^#贡献均等。

PMID： 34154653
预防性维修识别码：项目管理委员会8218508
内政部： 10.1186/s13287-021-02416-4

三维培养的间充质干细胞通过抑制小胶质细胞促进缺血性卒中的修复

李月娇等。干细胞研究与治疗. 2021.

.2021年6月21日；12(1):358.

doi:10.1186/s13287-021-02416-4。

作者

李月娇^#^1 2, 延开洞^#^1 2, 叶然^#^三, 张亚南（Yanan Zhang）^1 4, 吴伯耀¹, 谢俊东^1 4, 曹燕培⁵, 妙华墨⁴, 李森（Sen Li）¹, 郝登⁶, 郝文博⁶, 盛源于⁷, 吴耀炯^8 9

附属公司

¹清华大学清华深圳国际研究生院化学致癌组学国家重点实验室、深圳市健康科学与技术重点实验室，中国深圳，518055。
²清华大学生命科学学院，北京，100084。
^三中国人民解放军医学院解放军总医院神经内科，北京，100853。
⁴清华大学清华-伯克利深圳学院（TBSI），中国深圳，518055。
⁵北京大学深圳医院，深圳，518036，中国。
⁶南方医科大学实验医学与生物技术学院抗体工程研究所，广州，510515，中国。
⁷中国人民解放军总医院神经内科，北京，100853。yusy1963@126.com。
⁸化学肿瘤基因组学国家重点实验室和深圳健康科学与技术重点实验室，清华大学深圳国际研究生院，深圳，518055。wu.yaojiong@sz.tsinghua.edu.cn。
⁹清华大学清华-伯克利深圳学院（TBSI），中国深圳，518055。wu.yaojiong@sz.tsinghua.edu.cn。

^#贡献均等。

PMID： 34154653
预防性维修识别码：项目管理委员会8218508
内政部： 10.1186/s13287-021-02416-4

摘要

背景：我们之前的研究表明，三维（3D）球体培养的间充质干细胞（MSCs）的细胞尺寸减小，因此静脉（IV）输注后不会出现肺部卡压。在本研究中，我们确定了3D培养的MSCs对缺血性卒中的治疗效果，并探讨了相关机制。

方法：大鼠接受大脑中动脉闭塞（MCAO）和再灌注。1 × 10⁶在MCAO后三天和七天，通过尾静脉注射预先标记GFP的3D或2D培养MSC。输注后2天，通过组织学分析评估MSC植入缺血脑组织中GFP表达细胞的情况，并通过MRI测定梗死体积。对病变中的小胶质细胞进行分类，并通过RNA-seq进行基因表达分析。

结果：我们发现，与2D培养的MSC相比，输注3D培养的MSCs显著减少了脑梗塞体积，增加了细胞植入缺血组织的数量。因此，在3D MSC治疗动物的脑损伤中，变形虫小胶质细胞的数量显著减少，促炎细胞因子的水平降低，表明小胶质细胞激活减弱。来自病变的小胶质细胞的RNA-seq表明，3D培养的MSCs降低了小胶质细胞对缺血损伤的反应。有趣的是，我们观察到损伤相关分子模式（DAMPs）受体mincle的表达减少，该受体诱导产生促炎性细胞因子，提示3D MSC介导的缺血性中风强化修复的潜在机制。

结论：我们的数据表明，3D培养的MSC可能通过抑制缺血诱导的小胶质细胞活化来增强缺血性中风的修复。

关键词：缺血性卒中；间充质干细胞；小胶质细胞；薄荷糖；神经炎症。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明，他们没有相互竞争的利益。

数字

图1
三维球体培养减少了间充质干细胞（MSCs）的大小。二维MSC一和3D MSCb条分别用GFP和DiI标记。照片显示MSC的大小。**c（c）**二维和三维MSC大小的比较。d日流式细胞术显示2D和3D MSCs的大小。2D MSCs的凋亡(**e（电子）**)和3D MSC(如果)用annexin V/PI染色进行分析

图2
3D MSCs减轻缺血诱导的损伤。一对实验时间表进行了说明。大鼠在大脑中动脉闭塞（MCAO）后3天和7天分别静脉注射PBS、2D和3D MSCs。在卒中后2天和16天通过MRI测量梗死体积。在中风后1、5、9和13天，对大鼠进行改良的神经严重程度评分（mNSS）和粘连清除试验。b条按上述方法治疗的大鼠的典型T2加权MRI。**c（c）**脑卒中后16天，MRI定量图像显示，与2D MSCs和PBS组相比，3D MSCs移植组的梗死体积显著降低。数据显示为平均值±SEM；PBS组n=6；2D MSCs组n=9，3D MSCs组n=8*第页<0.05。d日通过mNSS试验和黏附清除试验测定大鼠的神经功能。与PBS治疗相比，3D-MSC治疗显著提高了卒中后5、9和13天的神经功能恢复。数据显示为平均值±SEM；2D MSCs组n=11；PBS和3D MSCs组n=12*第页与PBS组相比<0.05。**e（电子）**,如果MCAO后5天缺血半暗带神经元核（NeuN）阳性细胞的免疫荧光成像。定量分析表明，3D MSCs给药组同侧半影NeuN阳性细胞总数大于PBS和2D MSCs组。数据显示为平均值±SEM；每组n=3*第页< 0.05

图3
3D MSCs对缺血脑组织的归巢能力增强。一,b条静脉注射后2天，缺血脑内GFP标记MSCs的免疫荧光成像。定量图显示，在缺血核心区发现的3D MSC明显多于2D MSC。数据显示为平均值±SEM；每组3个*第页<0.05。**c（c）**GFP标记的3D MSCs在病变半球和对侧半球的免疫荧光成像。MSC优先迁移至缺血半球

图4
3D MSCs在体内对小胶质细胞的抗炎作用增强。一锡酸钙蛋白1的表达(*STC1型*)，肝细胞生长因子(*HGF公司*)，和肿瘤坏死因子刺激的基因-6(*TSG-6型*)用qRT-PCR评估2D和3D MSCs之间的差异。b条缺血性卒中后5天，电离钙结合适配器分子1（Iba1）阳性小胶质细胞的不同形态及放大图像。**c（c）**MCAO后5天缺血核心区小胶质细胞和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）阳性星形胶质细胞的免疫荧光成像。3D MSC给药组变形虫Iba1阳性细胞数量减少。d日变形虫Iba1阳性细胞的定量分析表明，与PBS和2D MSCs组相比，3D MSC组缺血核心区的变形虫细胞数量显著减少。数据显示为平均值±SEM；每组3个**第页< 0.01.e（电子）,如果qRT-PCR分析表明，静脉注射3D-MSCs可显著降低骨髓基质干细胞的表达*伊巴1*,*CD45型*与PBS和2D MSCs组相比，白介素-1β（IL-1β）和白介素-6（IL-6）。数据显示为平均值±SEM；每组3个*第页< 0.05, **第页< 0.01, ***第页< 0.001

图5
MSC给药后小胶质细胞的转录组变化。A类描述RNA-seq样品制备的示意图。CD45型^低的CD11b型⁺细胞输注2天后，从Sham大鼠脑或缺血半球分离出小胶质细胞。从分离的小胶质细胞中提取总RNA用于RNA-seq分析。B类使用PC1和PC2从假大鼠、PBS-、2D MSC-或3D MSC处理的大鼠中取样的小胶质细胞群体的PCA（a）表明假小胶质细胞和3D MSC处理的小胶质细胞与PBS和2D MSC处理的小胶质细胞明显分离。维恩图（b）显示Sham与PBS、2D或3D MSC处理样品之间的二甘醇相互作用。C类热图（a）显示了参与免疫系统的341个基因的表达谱。基因本体（GO）生物过程分析（b）通过3D MSC输注对530个下调基因进行分析，并与PBS和2D MSC输输注进行比较，结果显示基因参与了生物过程，包括细胞对脂多糖的反应、炎症反应、免疫反应和免疫系统过程。基因集富集分析（GSEA）（c）显示，经PBS和2D MSCs处理后，免疫反应基因集的转录组正富集。热图（d）显示属于促炎症介质的基因的表达谱。D类的表达式*Mincle公司*基于RNA-seq数据。FPKM，每百万映射读取的成绩单千基片段数。E类的表达式*薄荷糖*经qRT-PCR验证*第页与PBS组相比<0.05。F类的表达式*Mincle公司*经2D或3D MSCs条件培养液处理后，在LPS激活的小胶质细胞中测定*第页与LPS组相比<0.05

图6
示意图描述了3D MSC介导的缺血性脑损伤修复的潜在机制。缺血脑组织中的细胞释放损伤相关分子模式（DAMP），如Sin3A相关蛋白130（SAP130），与小胶质细胞表面的Mincle等DAMP受体结合，介导细胞产生更多促炎性细胞因子。全身给药后，3D MSC表现出增强的归巢和植入缺血脑组织的能力，它们释放介质，降低小胶质细胞中Mincle的表达，从而减少促炎细胞因子的产生

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

人骨髓间充质干细胞衍生的细胞外囊泡可减轻大鼠局灶性脑损伤引起的神经炎症。
Dabrowska S、Andrzejewska A、Strzememecki D、Muraca M、Janowski M、Lukomska B。 Dabrowska S等人。神经炎杂志。2019年11月13日；16(1):216. doi:10.1186/s12974-019-1602-5。神经炎杂志。2019 PMID：31722731 免费PMC文章。
在中风急性期，骨髓间充质干细胞调节大鼠近梗死区小胶质细胞的激活。
Li Z，Ye H，Cai X，Sun W，He B，Yang Z，Xu P。 Li Z等。 Brain Res牛市。2019年11月；153:324-333. doi:10.1016/j.brainesbull.2019.10.001。Epub 2019年10月4日。 Brain Res牛市。2019 PMID：31589902
缺血时局部冷却灌注（LCI）可增强间充质干细胞（MSC）的神经保护作用。
Wei W、Wu D、Duan Y、Elkin KB、Chandra A、Guan L、Peng C、He X、Wu C、Ji X、Ding Y。魏伟等。大脑研究2019年12月1日；1724:146406. doi:10.1016/j.braines.2019.146406。Epub 2019年8月24日。 2019年《大脑研究》。 PMID：31454517 审查。
掺氮碳纳米笼和人脐带间充质干细胞协同抑制神经炎症并保护其免受缺血性中风。
翟磊、麦迈提姆Z、曹X、徐毅、金杰。翟磊等。神经科学快报。2019年8月24日；708:134346。doi:10.1016/j.neulet.2019.134346。Epub 2019年6月20日。神经科学快报。2019 PMID：31229624
以间充质干细胞为基础的中风、神经创伤和中暑治疗。
Hsuan YC、Lin CH、Chang CP、Lin MT。 Hsuan YC等人。大脑行为。2016年8月3日；6（10）：e00526。doi:10.1002/brb3.526。eCollection 2016年10月。大脑行为。2016 PMID：27781140 免费PMC文章。审查。

查看所有类似文章

引用人

间充质干细胞和巨噬细胞之间的相互作用：促进骨组织修复。
张FF、郝毅、张克星、杨JJ、赵志强、刘HJ、李JT。张FF等。世界干细胞杂志。2024年4月26日；16(4):375-388. doi:10.4252/wjsc.v16.i4.375。世界干细胞杂志。2024 PMID：38690513 免费PMC文章。审查。
Mincle作为预防炎症和纤维化的潜在干预靶点（综述）。
邹毅，李杰，苏赫，德克苏帕N，刘杰，王磊。邹毅等。《分子医学报告》，2024年6月；29（6）：103。doi:10.3892/mmr.2024.13227。Epub 2024年4月19日。《分子医学报告》2024。 PMID：38639174 免费PMC文章。
基于间充质干细胞（MSC）的药物通过血脑屏障进入大脑。
Tashima T。 Tashima T。制药。2024年2月18日；16(2):289. doi:10.3390/药剂学16020289。制药。2024 PMID：38399342 免费PMC文章。审查。
间充质干细胞在缺血性卒中中应用的启动和联合策略：一种有希望的方法。
田H、田F、马D、肖B、丁Z、翟X、宋L、马C。田华等。摩尔神经生物学。2024年2月17日。doi:10.1007/s12035-024-04012-y。打印前在线。摩尔神经生物学。2024 PMID：38366307 审查。
基于干细胞的缺血性卒中治疗：新的改进和临床挑战。
孙毅、蒋X、高杰。孙毅等。亚洲药物科学杂志。2024年2月；19(1):100867. doi:10.1016/j.ajps.2023.100867。Epub 2023年11月10日。亚洲药学杂志。2024 PMID：38357525 免费PMC文章。审查。

查看所有“被引用”文章

参考文献

1. Zhou M、Wang H、Zeng X、Yin P、Zhu J、Chen W、Li X、Wang L、Liu Y、Liu J、Zhang M、Qi J、Yu S、Afshin A、Gakidou E、Glenn S、Krish VS、Miller-Petrie MK、Mountjoy-Venning WC、Mullany EC、Redford SB、Liu H、Naghavi M、Hay SI、Wang L.、Murray CJL、Liang X。中国及其省份的死亡率、发病率和风险因素，1990-2017年：2017年全球疾病负担研究的系统分析。柳叶刀。2019;394(10204):1145–1158. doi:10.1016/S0140-6736（19）30427-1。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Prabhakaran S、Ruff I、Bernstein RA。急性脑卒中干预：一项系统综述。JAMA公司。2015年；313(14):1451–1462. doi:10.1001/jama.2015.3058。-内政部-公共医学
1. 古铁雷斯-费尔南德斯M、罗德里格斯-弗鲁托斯B、奥特罗·奥尔特加L、拉莫斯-杰朱多J、富恩特斯B、迪兹-特杰多尔E。中风治疗中的脂肪组织源性干细胞：从工作台到床边。Discov Med.2013；16(86):37–43.-公共医学
1. Patrikoski M、Sivula J、Huhtala H、Helminen M、Salo F、Mannerstrom B等。不同培养条件调节脂肪干细胞的免疫特性。干细胞Transl Med.2014；3(10):1220–1230. doi:10.5966/sctm.2013-0201。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Ra JC、Shin IS、Kim SH、Kang SK、Kang-BC、Lee HY、Kim YJ、Jo JY、Yoon EJ、Choi HJ、Kwon E.动物和人类脂肪组织衍生间充质干细胞静脉输注的安全性。干细胞开发2011；20(8):1297–1308. doi:10.1089/scd.2010.0466。-内政部-公共医学

出版物类型

行动

LinkOut-更多资源

全文源
医疗
- MedlinePlus健康信息

[1] Zhou M、Wang H、Zeng X、Yin P、Zhu J、Chen W、Li X、Wang L、Liu Y、Liu J、Zhang M、Qi J、Yu S、Afshin A、Gakidou E、Glenn S、Krish VS、Miller-Petrie MK、Mountjoy-Venning WC、Mullany EC、Redford SB、Liu H、Naghavi M、Hay SI、Wang L.、Murray CJL、Liang X。中国及其省份的死亡率、发病率和风险因素，1990-2017年：2017年全球疾病负担研究的系统分析。柳叶刀。2019;394(10204):1145–1158. doi:10.1016/S0140-6736（19）30427-1。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[2] Zhou M、Wang H、Zeng X、Yin P、Zhu J、Chen W、Li X、Wang L、Liu Y、Liu J、Zhang M、Qi J、Yu S、Afshin A、Gakidou E、Glenn S、Krish VS、Miller-Petrie MK、Mountjoy-Venning WC、Mullany EC、Redford SB、Liu H、Naghavi M、Hay SI、Wang L.、Murray CJL、Liang X。中国及其省份的死亡率、发病率和风险因素，1990-2017年：2017年全球疾病负担研究的系统分析。柳叶刀。2019;394(10204):1145–1158. doi:10.1016/S0140-6736（19）30427-1。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[3] Prabhakaran S、Ruff I、Bernstein RA。急性脑卒中干预：一项系统综述。JAMA公司。2015年；313(14):1451–1462. doi:10.1001/jama.2015.3058。-内政部-公共医学

[4] Prabhakaran S、Ruff I、Bernstein RA。急性脑卒中干预：一项系统综述。JAMA公司。2015年；313(14):1451–1462. doi:10.1001/jama.2015.3058。-内政部-公共医学

[5] 古铁雷斯-费尔南德斯M、罗德里格斯-弗鲁托斯B、奥特罗·奥尔特加L、拉莫斯-杰朱多J、富恩特斯B、迪兹-特杰多尔E。中风治疗中的脂肪组织源性干细胞：从工作台到床边。Discov Med.2013；16(86):37–43.-公共医学

[6] 古铁雷斯-费尔南德斯M、罗德里格斯-弗鲁托斯B、奥特罗·奥尔特加L、拉莫斯-杰朱多J、富恩特斯B、迪兹-特杰多尔E。中风治疗中的脂肪组织源性干细胞：从工作台到床边。Discov Med.2013；16(86):37–43.-公共医学

[7] Patrikoski M、Sivula J、Huhtala H、Helminen M、Salo F、Mannerstrom B等。不同培养条件调节脂肪干细胞的免疫特性。干细胞Transl Med.2014；3(10):1220–1230. doi:10.5966/sctm.2013-0201。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Patrikoski M、Sivula J、Huhtala H、Helminen M、Salo F、Mannerstrom B等。不同培养条件调节脂肪干细胞的免疫特性。干细胞Transl Med.2014；3(10):1220–1230. doi:10.5966/sctm.2013-0201。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[9] Ra JC、Shin IS、Kim SH、Kang SK、Kang-BC、Lee HY、Kim YJ、Jo JY、Yoon EJ、Choi HJ、Kwon E.动物和人类脂肪组织衍生间充质干细胞静脉输注的安全性。干细胞开发2011；20(8):1297–1308. doi:10.1089/scd.2010.0466。-内政部-公共医学

[10] Ra JC、Shin IS、Kim SH、Kang SK、Kang-BC、Lee HY、Kim YJ、Jo JY、Yoon EJ、Choi HJ、Kwon E.动物和人类脂肪组织衍生间充质干细胞静脉输注的安全性。干细胞开发2011；20(8):1297–1308. doi:10.1089/scd.2010.0466。-内政部-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

三维培养的间充质干细胞通过抑制小胶质细胞促进缺血性卒中的修复

附属公司

三维培养的间充质干细胞通过抑制小胶质细胞促进缺血性卒中的修复

作者

附属公司

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

参考文献

出版物类型

MeSH术语

LinkOut-更多资源

全文源

医疗

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

参考文献

出版物类型

MeSH术语

相关信息

LinkOut-更多资源

全文源

医疗