帕金森病（Parkinson’s disease,PD）是发病率排名第二位的神经系统退行性疾病,主要临床表现包括非运动症状和运动症状两大类。非运动症状包括认知障碍,主要与海马区突触可塑性变化相关。运动症状包括运动迟缓、肌肉僵直、静止性震颤等,主要与黑质区多巴胺能神经元的丢失相关。海马区和黑质区在PD的发生和治疗中至关重要。为此,我们开展了两方面的研究,一方面聚焦海马区,探讨PD认知障碍发生的Rac1信号机制,另一方面聚焦黑质区,探讨新型水凝胶联合骨髓间充质干细胞（bone marrow stromal cells,BMSCs）对PD运动障碍的治疗作用。第一部分 聚焦海马区,探讨PD认知障碍发生的Rac1信号机制PD发生可伴随认知功能障碍,表现为学习记忆能力下降。海马是与学习记忆密切相关的脑区,但其对PD认知障碍的调控机制还不清楚。因此,我们聚焦海马区,结合我们课题组前期关于小G蛋白Rac1在神经元结构重塑中的调控作用研究,探讨Rac1对PD认知功能障碍发生的调控作用。我们首先通过腹腔注射MPTP制备了 PD小鼠模型,利用GST pull down技术检测PD模型鼠海马区Rac1活性,结果显示,PD小鼠Rac1GTPase活性显著下降。在此基础上,我们制备Rac1活性突变体Rac1-L61和负性显效突变体Rac1-N17慢病毒,立体定位注射至小鼠海马CA1区,观察Rac1活性突变体对PD小鼠的认知行为、树突可塑性及电生理功能的影响。改良Y迷宫实验显示,与MPTP组相比,Rac1-L61+MPTP组小鼠的空间记忆能力显著增强;免疫荧光染色显示,Rac1-L61+MPTP组小鼠CA1区树突棘密度显著增多,Rac1-N17+MPTP组小鼠CA1区树突棘密度显著减少;利用场电位记录海马CA1区LTP的变化,发现Rac1-L61逆转了 MPTP引起的LTP降低,Rac1抑制剂NSC23766和负性显效突变体Rac1-N17导致LTP和LTD显著降低。本研究提示Rac1可能通过调节海马CA1区神经元结构和功能重塑,介导PD小鼠认知功能障碍。本研究以Rac1分子为靶标,为开展PD的治疗提供了理论依据。第二部分 聚焦黑质区,探讨PD运动障碍的新型水凝胶联合BMSCs的治疗作用目前,临床上针对PD的治疗,主要聚焦在黑质区,针对其运动功能障碍展开。近年来,干细胞移植技术展现出良好的前景,但干细胞移植存在存活率低、存活时间短等问题。为进一步提高干细胞移植效率,探索新型有效治疗手段,我们制备了 Geltin-PANI水凝胶,用来包裹BMSCs,研究其对PD的治疗作用。红外光谱检测、溶胀性和体外降解性测试、电镜和流变学检测显示,水凝胶生物降解性与溶胀性较好,能够形成平均直径为160 μm的孔隙,同时具有剪切稀化的改变,适合作为生物材料载体。MTT和CCK-8结果显示BMSCs在水凝胶上生长增殖良好。进一步,我们将水凝胶包裹BMSCs,并通过立体定位注射到MPTP诱导的PD模型小鼠的黑质区。与MPTP组和单独使用BMSCs组相比,TH免疫组化结果显示水凝胶联合BMSCs组小鼠黑质多巴胺能神经元数量和神经纤维密度以及纹状体区TH+多巴胺能神经纤维的密度显著提高;转棒实验和旷场实验检测发现,水凝胶联合BMSCs组小鼠运动协调能力显著改善;黑质区BDNF和GDNF免疫组化结果显示,水凝胶联合BMSCs组小鼠BDNF和GDNF的含量显著增高;重要的是,水凝胶联合BMSCs比单独使用BMSCs具有更长时间的疗效。本研究证明我们构建的新型水凝胶具有良好的生物兼容性,能够在体内为BMSCs提供稳定的微环境,延长BMSCs的存活时间,进而延长了营养因子的释放,达到更好的治疗效果,具有良好的应用前景。