温州医科大学：缺氧条件下神经细胞衍生的外泌体诱导HIF-1α表达促进骨髓间充质干细胞的存活

骨髓间充质干细胞（BMSCs）移植被认为是脊髓损伤（Spinal cord injury，SCI）治疗的潜在候选物。然而，SCI后脊髓中的炎性微环境限制了移植BMSC的存活和功效。来自温州医科大学附属第二医院周玉龙、潘孝云课题组的研究人员在CellDeath & Disease（IF 5.638）上发表文章，发现受损的神经元细胞衍生的外泌体会促进脊髓损伤后移植的BMSCs的存活，为脊髓损伤的干细胞治疗提供了理论基础。

脊髓损伤（Spinal cord injury，SCI）会造成严重的残疾和后遗症。随着细胞治疗的发展，基于干细胞的SCI治疗方案已被提出作为一种有前景的策略。骨髓间充质干细胞（BMSCs）因其相对容易获得的独特性质、快速增殖能力以及多能性，已被证明是SCI的移植治疗的有希望的候选物。然而，BMSCs移植需要克服很多障碍，特别是移植干细胞的细胞存活不佳限制了它们的治疗功效。因此，迫切需要寻找更好的改善方法。近来的研究发现缺氧预处理、遗传修饰以及改善宿主组织微环境可以提高移植细胞的存活率。其他基于干细胞的SCI疗法也在探索中，包括BMSC分泌的细胞外囊泡作为神经损伤的无细胞疗法。先前的研究已经证明神经胶质或神经元细胞可以分泌外泌体。然而，SCI环境中的外泌体是否影响SCI后移植的BMSCs存活仍然未知。

外泌体是细胞外囊泡（EV）的亚家族，其直径约为40-200nm，这是细胞与细胞间通讯中重要的旁分泌机制。尽管外泌体的功能尚不清楚，但进一步的研究表明它们在多种细胞途径中发挥作用，以及包括心血管疾病、神经退行性疾病和人类恶性肿瘤在内的多种发病中。在神经系统中，先前的研究表明外泌体可以发挥保护作用。例如，外泌体指导轴突发育和调节突触活动，其包裹的蛋白质和RNA可能是神经系统内的基本交流模式。相反，外泌体也可能是有害的，它们能够将caspase-1包裹到由单核细胞产生的EV中并转移到周围细胞中。最近的研究证据表明Rab27a与分泌囊泡有关，并参与胞吐作用的调节。 Rab27a在某些神经内分泌细胞中内源性表达，在PC12细胞中的沉默Rab27a显著降低了连接到质膜的致密核小泡的数量，而不改变单个囊泡进行胞吐作用动力学过程。干细胞中的缺氧预处理（HP）是一种保护机制，在某些疾病如脑梗塞和SCI中促进移植细胞功效的能力。HIF-1α是核转录因子的缺氧诱导因子（HIF）之一，在缺氧环境中起重要作用。HIF的调节和活性亚基通常受氧浓度的影响。

为了模拟SCI中神经细胞或移植的BMSCs体内微环境，研究人员将PC12细胞的条件培养基以及PC12细胞外泌体在体外H2O2处理的氧化应激条件下与BMSCs一起培养。 结果发现，PC12细胞条件培养基和PC12细胞外泌体显著加速H2O2诱导的BMSCs凋亡。此外，外泌体促进了BMSCs cleaved caspase-3、细胞色素C、乳酸脱氢酶（LDH）的释放，增加了凋亡细胞比例，并且Bcl-2 / Bax比值与细胞活力降低。通过Rab27a小干扰RNA抑制外泌体分泌可以阻止体外BMSCs凋亡。此外，缺氧预处理促进脊髓损伤后体内和体外氧化应激下BMSCs的存活。研究结果还表明，在氧化应激条件下，HIF-1α在缺氧预处理中对BMSCs的存活起着重要作用。siRNA-HIF-1α增加BMSCs的凋亡；相反，HIF-1α诱导激活剂FG-4592减弱了BMSCs的凋亡。综上所述，受损的PC12细胞来源的外泌体加速了脊髓损伤后BMSCs的凋亡，缺氧预处理或激活HIF-1α的表达对移植后的BMSCs的存活具有重要意义，这为BMSCs在SCI治疗中的应用奠定了基础。

参考文献：

Luo Z, Wu F, Xue E, Huang L, Yan P, Pan X, Zhou Y. Hypoxiapre conditioning promotes bone marrow mesenchymal stem cells survival by inducing HIF-1α in injured neuronal cells derived exosomes culture system. Cell Death Dis. 2019 Feb 12;10(2):134.

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