缺血性脑卒中是临床上常见的脑血管疾病,它将导致患者出现运动、感觉和认知等功能障碍甚至死亡。目前,脑卒中的治疗和康复仍然是临床上尚未攻克的重大难题。近些年来,诸多基础研究实验表明在脑缺血发生后移植不同种类的神经干细胞有望改善脑卒中损伤。在缺血后早期移植神经干细胞能够有效地激活诸如血管新生、神经再生、免疫调节以及通过旁分泌效应促进神经可塑性等内源性修复过程。而在缺血后期,由移植的神经干细胞分化而来的神经元能够与内源性宿主神经元建立物理上的联系,并在一定程度上代替损失的神经元,促进神经微环路的重构,有利于长期康复的过程。然而,和其他干细胞治疗的情况相类似,神经干细胞移植的疗效受限于移植后的低存活率。已发现的在脑缺血后能够影响神经干细胞增殖和存活的细胞外环境因素有很多,包括细胞生长因子、成形素、蛋白聚糖、趋化因子和激素等。成年神经干细胞还会因环境中存在的谷氨酸盐、多巴胺、组氨酸、γ-羟基丁酸、D-丝氨酸、一氧化氮合五羟色胺等神经递质而产生不同的响应。基于环境中的神经递质含量与局部神经元活动密切相关,提示了在脑缺血后局部神经元活动可能会影响外源性移植神经干细胞的存活,而这一问题目前还鲜有研究。在脑缺血发生后,是否能够通过调控局部神经元活动来提高移植神经干细胞的存活率尚不清楚。因此,本文主要用光遗传学方法在动物实验上探究脑缺血后纹状体区域神经元活动变化与移植干细胞疗效之间的关系,并同时在体外细胞实验上对其中机制进行初步的探索。在本课题的动物实验中,我们分别探究了脑缺血发生后,兴奋性和抑制性光遗传学刺激动物纹状体对移植神经干细胞存活的影响。在正式实验之前,我们确认了实验中所用的由CaMKII启动子控制的腺相关病毒(AAV)对小鼠纹状体神经元有很高的感染效率。并且,通过体内电生理活体记录,证明了由这些病毒转染而表达光基因的纹状体神经元,其活动能够被特定波长的激光所调控,确立了光遗传刺激实验在方法上的可行性。在兴奋性刺激或抑制性刺激的实验中,实验动物均被分为PBS对照组、光刺激对照组、神经干细胞移植对照组(NSC组)和神经干细胞移植加光刺激实验组(NSC-E组/NSC-I组)四组。我们在动物缺血模型制备的两周之前于动物纹状体区域注射AAV-CaMKII-ChR2-mCherry或AAV-CaMKII-ArchT-EGFP病毒。之后对各组动物进行60分钟单侧线栓法大脑中动脉阻塞模型的制备。在造模后的第4天,于动物缺血侧纹状体区域注射3×10~5数量的小鼠神经干细胞或体积相同的PBS。在造模后的第7至第13天,我们对光刺激对照组和NSC-E或NSC-I组的动物进行每日一次的光遗传学刺激,激活或移植纹状体区域的神经元活动。在第14天牺牲动物并收集脑组织样本做后续检查。我们发现,NSC-E组动物比起NSC组的具有更大的脑梗死体积,更低的移植NSC存活数量,更低的缺血边缘区血管密度,以及更严重的神经功能能损伤评分,与PBS对照组相比却没有显著差异。与此刚好相反,NSC-I组动物与NSC组相比则具有更小的脑梗死提及,更高的移植NSC存活数量和更高的缺血边缘区血管密度。细胞凋亡检测实验的结果也显示NSC-E组比NSC组在移植区的细胞凋亡数更多,NSC-I组则比NSC组更少。这些数据提示了在脑缺血后兴奋纹状体神经元活动会降低移植NSC的存活并最终降低NSC的治疗作用,而抑制纹状体神经元活性则可以促进抑制NSC的存活并进一步促进脑缺血预后的改善。在本课题的体外细胞实验中,我们通过用兴奋性光刺激神经元搜集而来的条件性培液培养NSC并检测NSC活性的方式,验证了神经元活动的增加会降低NSC活性,并减少NSC中NGF和GDNF的mRNA表达,进一步说明了神经元活动变化可以通过旁分泌作用来降低周围神经干细胞的活力。本课题通过上述实验数据,得出了在脑缺血之后抑制纹状体神经元活动能够促进移植NSC存活并有助于提高NSC疗效的结论,为揭示神经元活动与NSC存活之间的关系迈出了关键一步,同时为NSC移植治疗脑缺血提供了新的思路。