生化教研室牛勃课题组在Metabolic Brain Disease上发表文章证实人脐带间充质干细胞外泌体减轻应激诱导的海马功能障碍

2019年11月5日，基础医学院生物化学与分子生物学教研室/首都儿科研究所的牛勃课题组在Metabolic Brain Disease上在线发表了题为“Exosomes from human umbilical cord Mesenchymal stem cellsattenuates stress-induced hippocampal dysfunctions”的研究论文。

间充质干细胞（Meschenymal stem cells， MSCs）是一种具有单克隆能力的多能干细胞，外泌体是细胞胞吐作用产生的带有磷脂双分子层并包含细胞所产生的各类代谢产物，细胞信号分子以及表观遗传信息的微小囊泡。而MSCs外泌体中蛋白及多肽的成分及功能尚无明确结论。本文结合前期研究积累和国际同行的前沿研究对人脐带间充质干细胞外体蛋白进行了分析，通过检测人脐带间充质干细胞（Human umbilical cord MSCs, hUC-MSCs）外泌体在生理和病理条件下对海马神经发生的影响，进一步证实了人脐带间充质干细胞外泌体的神经保护和促神经发生作用。

hUC-MSCs免疫原性低，增殖能力强，易于收集，对供体无损伤，无伦理问题的特征使其成为一种强大的再生治疗资源。然而，hUC-MSCs治疗某些疾病的确切机制需要充分探索而且hUC-MSCs的胞外体是否能改善神经功能也尚不清楚。成人海马神经发生可由复合调控因子调控，表现为重要的神经可塑性，可作为神经退行性变和认知功能的靶点。因此，本研究对人脐带间充质干细胞外体蛋白进行了分析，以期为进一步研究人脐带间充质干细胞的特异活性和生物功能提供指导。

hUC-MSCs的制备及hUC-MSCs来源的外泌体蛋白质谱功能分析

代谢功能紊乱是导致衰老及神经退行性病变的关键危险因素之一。有报道显示，脂联素是调控代谢，抑制肥胖及促进神经再生的关键代谢因子。为了进一步探究hUC-MSCs外泌体对代谢功能的调控水平，作者通过注射hUC-MSCs，利用ELISA法对小鼠外周血及脑组织脂联素进行了检测。在外泌体注射七天后，海马组织脂联素水平显著增高证明了hUC-MSCs外泌体对中枢神经系统代谢因子的调控效应，同时也为后续指导外泌体调控神经系统的治疗时间提供了依据。新事物认知研究证实外泌体注射对生理状态下动物认知功能并无影响。

hUC-MSCs外泌体对脂联素水平的调控功能研究

作者根据前期报道在提取并固定脑组织前1周对动物进行的BrdU腹腔注射标记使多数BrdU标记的新生细胞出现神经分化特征，标记后将动物脑组织取出并固定并进行进一步免疫荧光染色来检测hUC-MSCs外泌体对海马神经再生的作用。为了通过进一步对BrdU及新生神经元生物标记物DCX双阳性细胞统计后发现，hUC-MSCs外泌体注射能够显著提高新生神经元水平，推断hUC-MSCs外泌体是通过调控神经分化从而促进海马神经再生。

hUC-MSCs外泌体增加了海马神经分化功能

为了进一步确认hUC-MSCs外泌体对海马DG区神经元分化及成熟速度的影响，小鼠在注射外泌体后14天后检测其BrdU阳性的非成熟神经元及成体神经元标记的细胞数。作者为探索hUC-MSCs外泌体对小鼠海马神经分化速度的影响，检测了BrdU/DCX双阳性新生非成熟神经元及BrdU/NeuN双阳性成熟神经元。研究发现hUC-MSCs外泌体促使更多的海马组织新生细胞分化形成了成熟神经元，继而增加了海马DG区的神经再生。

hUC-MSCs外泌体加速了海马新生神经元的成熟分化

为了进一步研究hUC-MSCs外泌体对病理状态下神经功能的恢复作用，作者采取了链脲佐菌素（STZ）以模拟急性状态下认知功能障碍及脑损伤。STZ作为一种糖尿病造模药物，因其能够通过葡萄糖转运体而破坏胰岛细胞功能。在神经系统中，神经元同样高表达葡萄糖转运体，因此通过海马局部注射STZ可模拟代谢性疾病导致的脑损伤。通过新事物认知实验，以检测hUC-MSCs外泌体对STZ处理后小鼠认知功能的作用。研究发现hUC-MSCs外泌体对STZ引起的急性脑功能障碍具有显著的神经保护作用。

hUC-MSC外泌体对STZ导致的急性脑功能损伤的行为学保护作用

本研究中，作者重点关注了MSCs来源的外泌体的生理学功能，发现hUC-MSCs外泌体并未促进神经干细胞的增殖而是通过促进其向神经元转化以增加新生神经元数目，解释了MSCs外泌体对神经分化调控的具体生物学路径，并为进一步的海马功能紊乱相关的病理模型研究提供了理论依据。

山西医科大学基础医学院生物化学与分子生物学专业2018级博士生牛玉虎为论文的第一作者，山西医科大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室/首都儿科研究所的牛勃教授为通信作者。首都儿科研究所王秀伟和山西医科大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室李美宁以及山西医科大学第二医院妇产科帮助了本项研究。本研究工作得到了国家自然科学基金委、山西省自然科学基金项目的资助。