VCR低氧诱导大鼠成纤维细胞为神经前体细胞重编程机制及对帕金森病治疗作用研究

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目的:在神经系统疾病的治疗中,神经前体细胞具有非常可观的应用前景,其具有分化为多种类型的神经细胞的能力,但是内源性神经前体细胞的数量较少,不能满足中枢神经系统损伤的需要。因此本课题确定了一种研究方法,探讨大鼠成纤维细胞(REFs)在低氧条件下(5%O2)重编程为神经前体细胞(ci RNPCs)的方法体系,研究定向移植REFs-ciRNPCs改善帕金森大鼠运动功能的修复效应。方法:REFs重编程为ci RNPCs经历了两个阶段,第一阶段是化学诱导中间态细胞的产生,REFs在5%O2的低氧条件下采用含有VCR小分子化合物(VPA,CHIR99021,Repsox)和10000U/m L LIF的KSR培养基培养15天,即可观察到致密细胞集落即中间态细胞形成。第二阶段是特异性诱导ci RNPCs,0.25%胰蛋白酶-EDTA消化中间态细胞,接种低黏附板,NEM培养基常氧条件下悬浮培养,第2天形成ci RNPCs神经球。通过免疫荧光染色和Western Blot鉴定其神经相关标志物表达情况,对各个阶段的细胞进行转录组和基因组测序分析。通过脑立体定位仪,采用6-OHDA两点右侧内侧前脑束注射法制备偏侧损毁的帕金森大鼠模型。2周后,阿扑吗啡(APO)诱导旋转试验筛选建模成功的帕金森大鼠模型。用红色染料CM-Di I标记ci RNPCs后,将ci RNPCs定向至移植帕金森大鼠脑黑质,通过APO诱导旋转实验、旷场实验、疲劳转棒实验和水迷宫实验,比较空白组、模型组和移植组大鼠的运动协调能力。移植细胞8周后,各组大鼠取脑进行HE染色,观察损伤部位的细胞数量及形态变化情况;免疫组化法检测各组酪氨酸羟化酶(TH)的表达。细胞移植后8周、26周,免疫荧光法观察移植后的ci RNPCs在宿主脑内的存活、迁移及分化状况。结果:低氧诱导5-10天时已观察到明显细胞聚集趋势,15天已形成聚集紧密的克隆,1×105个细胞中大约产生30个克隆,同时大部分细胞AP染色阳性,消化重铺后2天即可观察到有神经胚球形成,并可表达NPCs表面特征性抗原(Nestin、Sox2和Pax6),并具有向神经胶质细胞和神经元分化的能力,分别表达GFAP和Tuj1特异性标志物。与模型组相比,移植组大鼠的APO诱导旋转实验、旷场实验、疲劳转棒实验和水迷宫实验存在显著性差异(p<0.01),这表明移植细胞后的帕金森大鼠运动功能显著改善。细胞移植8周后,HE染色结果表明,与对照组相比,模型组大鼠的损伤区域的细胞量显著减少,且排列紊乱。移植组大鼠的细胞量较模型组增多且细胞排列较规则。TH免疫组化结果显示,模型组大鼠损伤区域的TH表达量较对照组显著减少,而移植组大鼠的TH表达量相较模型组显著增多。细胞移植后26周,观察免疫荧光结果,可见CM-Di I阳性的细胞,同时也表达神经元标志物β-Ⅲ-tubulin、多巴胺能神经元标志物TH、GABA能神经元标志物GABA、兴奋性突触后膜标志物GAD67、突触前膜标志物Synapsin、突触后膜标志物PSD95及星型胶质细胞标志物GFAP。结论:1、本研究通过两个阶段,在小分子化合物VCR组合低氧条件下可直接诱导大鼠成纤维细胞重编为神经前体细胞,为神经前体细胞移植治疗神经损伤疾病奠定基础。2、移植的ci RNPCs在帕金森大鼠脑微环境中可至少存活26周,同时发生远距离迁移,并且分化为不同的功能性神经元,与自体神经元产生突触连接并发挥作用。
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