间充质干细胞来源的小细胞外囊泡增强视网膜祖细胞在视网膜退行性疾病大鼠中的治疗效果

Mesenchymal stem cell-derived small extracellular vesicles enhance the therapeutic effect of retinal progenitor cells in retinal degenerative disease rats.

作者信息Chunge Ren, Min Chen, Bangqi Ren, Yuxiao Zeng, Qiang Tan, Qiyou Li, Xue Zhang, Yajie Fang, Yixiao Zhou, Weitao Zhang, Fang Chen, Baishijiao Bian, Yong Liu
PMID39101643
发布时间2026-02-01
DOI10.4103/NRR.NRR-D-23-02108

实验完整度

包含体外细胞实验(微胶质细胞系、RPC培养)、体内动物模型(RCS大鼠)及RNA-seq组学分析,具有多层级验证。

主要模型

RCS大鼠视网膜变性模型 人骨髓间充质干细胞(BMSCs) 人视网膜祖细胞(RPCs) BV2和HMC3小胶质细胞系

重点核对

RCS大鼠模型:RCS大鼠(出生后第21天,n=109,雌雄兼有) 移植细胞剂量:2×10^5 RPCs,M-sEVs 10 μg,注射体积2 μL PBS M-sEVs体外处理浓度:60 μg/mL 免疫抑制:口服环孢素A(210 mg/L)溶于饮水,移植前24小时开始,持续至移植后1周 ERG记录:暗适应12小时,光刺激强度3 log cd·m/s²

摘要

我们之前的研究表明,在大鼠中联合移植骨髓间充质干细胞和视网膜祖细胞对视网膜变性的治疗效果优于单独移植视网膜祖细胞。骨髓间充质干细胞通过分泌神经营养因子和细胞外囊泡来调节视网膜微环境中的各种细胞并与之相互作用。来源于骨髓间充质干细胞的小细胞外囊泡具有低免疫原性、低致瘤风险和易于运输的特点,已被用于多种神经系统疾病的治疗。这些囊泡表现出多种活性,包括抗炎作用、促进组织修复和免疫调节。因此,使用人视网膜祖细胞联合骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡的新策略可能代表视网膜变性干细胞治疗的创新。在本研究中,我们开发了这样一种方法,利用视网膜祖细胞联合骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡治疗皇家外科学院大鼠的视网膜变性,这是一种视网膜变性的遗传模型。我们的研究结果表明,骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡与视网膜祖细胞的结合显著改善了这些大鼠的视觉功能。在视网膜祖细胞干细胞移植中加入骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡作为佐剂,增强了外源性视网膜祖细胞的存活、迁移和分化。同时,这些小细胞外囊泡抑制了区域小胶质细胞的活化,促进了移植的视网膜祖细胞向视网膜内核层的迁移,并促进其分化为光感受器和双极细胞。这些发现表明,骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡通过促进视网膜祖细胞的存活和分化,增强了视网膜祖细胞在视网膜变性中的治疗效果。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡(M-sEVs)能否增强视网膜祖细胞(RPCs)在视网膜变性(RD)大鼠中的治疗效果及其机制?
核心机制
M-sEVs通过抑制小胶质细胞活化、降低促炎因子表达来改善视网膜微环境,并促进移植RPCs的存活、迁移和分化(如分化为光感受器和双极细胞),从而增强治疗效果。
主要证据
在RCS大鼠中,RPCs+M-sEVs联合移植显著提高ERG a波和b波振幅、增加外核层厚度、减少凋亡细胞;体外实验显示M-sEVs被小胶质细胞摄取并抑制LPS诱导的炎症因子表达,促进RPCs迁移(划痕实验)和分化(免疫染色和RT-PCR)。
研究意义
研究表明M-sEVs作为辅助剂可增强RPCs移植治疗RD的疗效,为干细胞治疗视网膜变性的新策略提供了实验依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

M-sEVs的分离与表征

获取并验证骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡。

从人骨髓间充质干细胞培养上清中通过差速离心和超速离心分离M-sEVs,并通过透射电子显微镜、纳米颗粒跟踪分析和Western blot检测标志物CD63、CD9、HSP70进行表征。

2

RPCs的分离与鉴定

获取并验证人视网膜祖细胞的特征。

从人胚胎视网膜(孕11-14周)分离RPCs,通过流式细胞术和免疫染色鉴定其表达SOX2、PAX6、Nestin,不表达GFAP。

3

体内联合移植实验

评估M-sEVs联合RPCs移植对RCS大鼠视网膜变性的治疗效果。

将RPCs和M-sEVs注入RCS大鼠视网膜下腔,设置四个组(未处理、PBS、RPCs、RPCs+M-sEVs),通过ERG、组织学分析评估功能与结构变化。

4

小胶质细胞活化抑制实验

验证M-sEVs是否抑制小胶质细胞活化。

体内通过Iba1免疫荧光染色观察RCS大鼠视网膜小胶质细胞数量;体外使用LPS激活BV2和HMC3小胶质细胞,与M-sEVs共培养,检测炎症因子表达。

5

RPCs迁移实验

评估M-sEVs对RPCs迁移的影响。

体内追踪移植的EGFP标记RPCs在视网膜中的位置;体外使用划痕实验测定伤口闭合率。

6

RPCs分化实验

评估M-sEVs对RPCs分化的影响。

体内通过免疫荧光染色检测移植RPCs标记物(Recoverin、Rhodopsin、PKCα等);体外将RPCs与M-sEVs共培养7天,进行免疫染色和RT-PCR检测分化标记物。

7

转录组测序分析

探索M-sEVs对RPCs的调控机制。

对与M-sEVs共培养或不共培养的RPCs进行RNA-seq,并通过GSEA分析富集通路。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜氏改良Eagle培养基HycloneSH30243.01
胎牛血清Invitrogen--
间充质干细胞生长添加剂Sciencell--
青霉素/链霉素溶液Sciencell7501
UltraCULTURE培养基Lonza--
表皮生长因子Peprotech--
碱性成纤维细胞生长因子Peprotech--
Glutamax添加剂Gibco--
康宁基质胶Corning--
TrypLE Express消化液Gibco--
PKH26红色荧光染料Sigma-AldrichMINI26
牛血清白蛋白Solarbio9048-46-8
蔗糖----
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜BeyotimeFFP24
抗CD63抗体SBI System BiosciencesEXOAB-CD63A-1
抗HSP70抗体SBI System BiosciencesEXOAB-Hsp70A-1
抗CD9抗体SBI System BiosciencesEXOAB-CD9A-1
Super ECL Plus化学发光底物BaoguangBG0001
PE偶联抗CD90抗体eBioscience12-0909-42
PE偶联抗CD73抗体eBioscience12-0739-42
PE偶联抗CD105抗体eBioscience12-1057-42
小鼠IgG1 kappa同型对照eBioscience12-4714-82
FITC偶联抗CD34抗体eBioscience11-0341-82
FITC偶联抗CD45抗体eBioscience11-0459-42
FITC偶联抗HLA-DR抗体eBioscience11-9956-42
小鼠IgG1 kappa同型对照eBioscience11-4714-81
FITC偶联抗PAX6抗体BD Biosciences561664
FITC偶联抗Sox2抗体BD Biosciences5619593
FITC偶联抗GFAP抗体BD Biosciences561449
κ同型对照BD Biosciences555578
抗Nestin抗体Invitrogen4335384
环孢素AAladdin59865-13-3
托吡卡胺滴眼液Santen Pharmaceutical--
OCT包埋剂Sakura4583
Triton X-100BeyotimeP0096
抗Iba1抗体Wako019-19741
抗Recoverin抗体MilliporeAB5585
抗视紫红质抗体Abcamab98887
抗PKCα抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8393
抗TUJ1抗体BeyotimeAT809-1
抗Brn3a抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8429
抗GFAP抗体Abcamab48050
抗PAX6抗体Abcamab5790
抗SOX2抗体Abcamab97959
抗Nestin抗体Abcamab6142
抗裂解caspase-3抗体Cell Signaling Technology9661T
Alexa Fluor 647标记山羊抗兔IgGBeyotimeA0468
Alexa Fluor 647标记山羊抗小鼠IgGBeyotimeA0473
Alexa Fluor 568标记山羊抗兔IgGLife TechnologiesA11011
RNAiso Plus提取试剂Takara9109
AMPure XP磁珠New England BiolabsE7775
SYBR Green定量PCR预混液TakaraRR420A
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA Eraser)Takara--
脂多糖SigmaL4516
Ficoll分离液----
磷酸盐缓冲液HycloneSH30256.01
胰蛋白酶----
台盼蓝----
茜素红SCyagen--
阿尔辛蓝Cyagen--
油红OCyagen--
成骨诱导分化培养基Cyagen--
成脂诱导分化培养基Cyagen--
成软骨诱导分化培养基Cyagen--
α-MEM培养基HycloneSH30265.01
高糖DMEM培养基HycloneSH30243.01
胎牛血清SERANAAS500
ImageJ软件1.52版本National Institutes of Health--
FACS Aria II流式细胞分选仪BD Biosciences--
FACS Calibur流式细胞仪BD Biosciences--
CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
NanoPhotometer分光光度计ZetaView--
Illumina NovaSeq PE150测序平台Illumina--
Hamilton微量注射器HamiltonH-88000
sEV离心柱Thermo Fisher Scientific--
鬼笔环肽Thermo Fisher Scientific--
DAPI染料Beyotime--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
BMSCs培养条件(培养基、FBS浓度、生长添加剂、双抗);RPCs培养条件(培养基、生长因子、基质胶)
阅读提示:Methods: Cell culture
M-sEVs分离与表征
超速离心条件(110,000 × g, 70分钟);标志物CD63, CD9, HSP70
阅读提示:Methods: Isolation and characterization of mesenchymal stem cell–derived small extracellular vesicles; Additional Figure 1
体内移植
RCS大鼠品系、年龄(P21);分组(未处理、PBS、RPCs、RPCs+M-sEVs);移植细胞数量(2×10^5 RPCs);M-sEVs剂量(10 μg);注射体积(2 μL);免疫抑制方案(环孢素A 210 mg/L饮水)
阅读提示:Methods: Animals; Cell labeling and subretinal transplantation
ERG记录
暗适应时间(12小时);麻醉剂量(1%戊巴比妥钠2.5 mL/kg);光刺激强度(3 log cd·m/s²)
阅读提示:Methods: Scotopic electroretinogram recording
免疫荧光
组织固定(4% PFA);一抗浓度和孵育条件(4°C过夜);二抗浓度(1:1000)
阅读提示:Methods: Tissue preparation and immunofluorescence staining
体外共培养
LPS浓度(1 μg/mL)和刺激时间(6小时);M-sEVs浓度(60 μg/mL)和处理时间(48小时)
阅读提示:Methods: In vitro co-cultures using microglial cell lines and retinal progenitor cells
迁移实验
M-sEVs浓度(60 μg/mL);划痕后观察时间点(6, 12, 24小时)
阅读提示:Methods: Cell migration assay
分化实验
M-sEVs浓度(60 μg/mL)和培养时间(7天);检测标记物(SOX2, PKCα, Tuj1, rhodopsin, recoverin, GFAP等)
阅读提示:Methods: In vitro co-cultures; Results: M-sEVs facilitate RPC differentiation; Figure 6