干细胞通过广泛正常化β-catenin相关信号改善神经创伤引起的视觉障碍和视网膜变性

Stem cells ameliorate neurotrauma-induced visual disturbances and retinal degeneration via broad normalization of β-catenin-related signaling.

作者信息Shu-Chun Kuo, Chung-Hsin Tseng, Suan Hwang, Chia-Yi Lee, Ting-Feng Wu, Pi-Yu Chao, Anthony Lu, Ching-Ping Chang, Chung-Ching Chio
PMID41799768
发布时间2026-01-23
DOI10.7150/ijms.123975

实验完整度

包含体内(大鼠LFP-TBI模型)和体外(R28细胞SI模型)两个独立证据层级,且包含功能验证(视觉悬崖、mNSS)和机制验证(Western blot、IF、ELISA等)。

主要模型

成年雄性Wistar大鼠LFP-TBI模型 R28视网膜前体细胞牵张损伤模型

重点核对

TBI诱导方式:LFP,压力1.5-1.6 atm,D0和D3两次损伤 MSC治疗剂量及途径:4×10⁶ cells/ml/kg,尾静脉注射,D3 体外SI条件:7.5-8.5 PSI,三次冲击 MSC共培养剂量:0.5×10⁶ cells 检测时间点:D7、D35(体内);48h(体外)

摘要

创伤性脑损伤(TBI)与视觉功能障碍和视网膜变性相关,但其潜在机制和治疗选择仍然有限。间充质干细胞(MSCs)已在各种中枢神经系统损伤(包括视神经病变)中显示出神经保护作用。本研究旨在利用体内和体外模型探讨MSC治疗对TBI诱导的视网膜变性的保护作用及机制。通过侧方液压冲击在成年雄性Wistar大鼠中诱导重复轻度TBI。损伤后第3天,大鼠接受静脉注射MSCs(4 × 10⁶ cells/ml/kg)或生理盐水。使用视觉悬崖试验和改良神经功能严重程度评分(mNSS)评估视觉和神经功能。TBI后35天,收集视网膜组织进行组织学和免疫荧光分析。体外,R28视网膜前体细胞接受牵张损伤(SI),然后与MSCs共培养。评估细胞活力、凋亡、线粒体膜电位、活性氧(ROS)和β-catenin信号。TBI导致视觉缺陷、脑损伤、视网膜神经节细胞丢失、神经节细胞复合体变薄、神经元凋亡增加和β-catenin阳性神经元减少。体外,SI导致细胞活力下降、凋亡和自噬增加、线粒体功能障碍、ROS过度产生和β-catenin表达减少。MSC治疗改善了体内和体外的损伤,恢复了视觉功能,保留了视网膜结构,并使β-catenin相关通路正常化。MSC治疗减轻了TBI诱导的视觉功能障碍和视网膜变性,与β-catenin相关的神经保护信号有关,可能代表治疗TBI相关视觉和视网膜损伤的一种有前景的策略。

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
静脉注射间充质干细胞(MSCs)能否减轻重复侧方液压冲击(LFP)诱导的创伤性脑损伤(TBI)相关的视网膜变性和视觉功能障碍,其机制是否与β-catenin信号通路有关?
核心机制
MSC治疗通过恢复VEGF、HGF、IGFBP-4/6等神经营养因子的表达,激活其受体(VEGFR2、c-Met、IGF-1R),进而恢复β-catenin表达,减轻氧化应激、线粒体功能障碍和凋亡,从而保护视网膜神经元。
主要证据
体内大鼠模型显示MSC治疗恢复了视觉功能(视觉悬崖测试)、神经功能(mNSS评分)、减少脑挫伤和神经元凋亡,并恢复视网膜GCC厚度、GCN密度和β-catenin表达;体外R28细胞SI模型显示MSC共培养提高了细胞活力,减少了凋亡、ROS、线粒体膜电位丧失和自噬,并恢复了生长因子及其受体和β-catenin表达。
研究意义
MSC疗法可能作为治疗TBI相关视觉和视网膜损伤的多因子治疗平台,具有转化和临床应用的潜力。

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

建立体内TBI和体外SI模型

模拟TBI及对视网膜的损伤,为评估MSC疗效提供平台。

对大鼠进行LFP手术诱导重复TBI,对R28细胞施加牵张损伤。

2

评估体内MSC治疗效果

验证MSC治疗对TBI后视觉和神经功能损伤的改善作用。

TBI后D3静脉注射MSC,在D7和D35进行视觉悬崖测试和mNSS评分,D35取脑和视网膜进行组织学、免疫荧光分析。

3

评估体外MSC治疗效果

验证MSCs能否直接在细胞水平上减轻SI引起的损伤。

SI损伤的R28细胞与MSCs共培养48小时,然后检测细胞活力、凋亡、线粒体膜电位、ROS和自噬。

4

分析MSC治疗后的分子机制

探究MSC治疗的保护作用是否与调节生长因子信号和β-catenin通路有关。

通过ELISA、Western blot和免疫荧光等方法检测体内外样本中生长因子及其受体、β-catenin、凋亡、自噬相关蛋白的表达。

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
唑拉西泮Virbac50 mg/kg
酮洛芬--5 mg/kg
DMEM培养基Gibco#31600-034 (MSC), #11885084 (R28)
胎牛血清Sigma#TMS-013-BKR
碱性成纤维细胞生长因子Millipore#GF003
GlutaMax添加剂Gibco#35050061
青霉素/链霉素Gibco#15140122
TrypLE Express酶Gibco#12604-021
细胞损伤控制器IICustom Design and Fabrication, Virginia Commonwealth University--
弹性底培养板Flexcell#BF-3001C
细胞培养插入件Millipore#PIHP03050
MTT试剂Serva Electrophoresis GmbH#298931
Annexin V-FITC/PI试剂盒BD Biosciences--
MitoScreen (JC-1)试剂盒BD Biosciences551302
CM-H2DCFDA探针Thermo Fisher Scientific#C6827
ROS-ID总ROS/超氧化物检测试剂盒ENZO Life SciencesENZ-51010
TUNEL凋亡检测试剂盒BioTnA BiotechTAAP01F-100
Luxol Fast Blue染色试剂盒Abcamab150675
大鼠VEGF-A试剂盒Aviva Systems BiologyOKRC01482
大鼠HGF试剂盒Aviva Systems BiologyOKEH00072
大鼠IGFBP-4试剂盒Aviva Systems BiologyOKEH00087
大鼠IGFBP-6试剂盒Aviva Systems BiologyOKEH00355
RIPA裂解液Cell Signaling Technology--
蛋白测定染料Bio-Rad#5000006
增强化学发光液PerkinElmer#NEL10400
PVDF膜----
脱脂牛奶----
吐温-20Sigma--
抗兔IgG,HRP偶联抗体Cell Signaling Technology7074
抗小鼠IgG,HRP偶联抗体Cell Signaling Technology7076
Caspase 3抗体Cell Signaling Technology9662
Caspase 9抗体Cell Signaling Technology9508
LC3B-I/II抗体Cell Signaling Technology2775
磷酸化c-Met抗体Cell Signaling Technology3126
c-Met (1454Y)抗体AbcamAb51067
IGF-1R抗体Cell Signaling Technology3027
VEGFR2抗体Cell Signaling Technology9698
磷酸化VEGFR2抗体AbcamAb5473
Akt抗体Cell Signaling Technology9272
磷酸化Akt (Ser473)抗体AbcamAb81283
β-catenin抗体Cell Signaling Technology9562
LAMP2抗体Abcamab125068
β-actin抗体Santa CruzSC-47778
DAPI染料InvitrogenD1306
β3-微管蛋白抗体Abcamab18207
MAP-2抗体Santa CruzSC-74421
β-catenin抗体Cell Signaling Technology8480
NeuN抗体MerckMAB377
c-Met抗体Abcamab51067
HGF抗体Abcamab216623
IGF-1R抗体ElabscienceE-AB-60038
IGFBP-4抗体Abcamab239512
IGFBP-6抗体BiossBS-4064R
VEGFR2抗体Abcamab39638
VEGF抗体Abcamab1316
山羊抗小鼠IgG (Alexa Fluor 488)InvitrogenA11029
山羊抗兔IgG (Alexa Fluor 488)InvitrogenA11034
山羊抗小鼠IgG (Alexa Fluor 568)InvitrogenA11004
山羊抗兔IgG (Alexa Fluor 568)InvitrogenA11011
R28细胞Applied Biological Materials#T0575
人间充质干细胞Sigma Millipore#SCC034
Wistar大鼠BioLASCO Taiwan Co., Ltd.--
Stoelting大鼠耳标Stoelting Co.--
保温垫Kent Scientific--
脑立体定位仪David Kopf Instruments--
液压冲击装置VCU Biomedical Engineering--
TTC染料Sigma--
Image-Pro Plus软件Media Cybernetics--
卡尔蔡司正置光学显微镜Carl Zeiss--
卡尔蔡司荧光显微镜Carl Zeiss--
Novocyte流式细胞仪ACEA Biosciences--
MultiSkan GO酶标仪Thermo Fisher Scientific--
酶标仪BioTek Instruments--
罗丹明-鬼笔环肽----
背景还原缓冲液BioTnA#TA00B3-100

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
TBI模型诱导
LFP压力(1.5-1.6 atm)、损伤次数(两次,D0和D3)、大鼠品系(成年雄性Wistar)、体重(300-350g)
阅读提示:Methods: Induction of TBI
MSC治疗
MSC来源(人骨髓)、剂量(4×10⁶ cells/ml/kg)、给药途径(尾静脉)、给药时间(D3)、细胞传代数(P3-P6)、细胞活力(>90%)
阅读提示:Methods: Preparation of human MSCs
视觉功能评估
视觉悬崖试验次数(10次)、评估时间点(D7和D35)、装置尺寸
阅读提示:Methods: Visual cliff test
神经功能评估
mNSS评分、评估时间点(D7和D35)
阅读提示:Methods: Modified neurological severity score (mNSS)
体外SI模型
R28细胞来源、SI压力(7.5-8.5 PSI)、冲击次数(三次)、共培养时间(48小时)、MSC剂量(0.5×10⁶ cells)
阅读提示:Methods: R28 retinal neuron culture; Coculture of stretched and injured R28 cells and uninjured MSCs
细胞功能检测
MTT检测波长(540nm)、Annexin V/PI检测、JC-1检测、ROS检测(CM-H2DCFDA, 10 µM)
阅读提示:Methods: MTT cell viability assays; Flow cytometry with Annexin-V/PI staining; Analysis of the mitochondrial membrane potential; ROS measurement
分子检测
Western blot抗体、ELISA试剂盒、生长因子芯片
阅读提示:Methods: Immunoblotting; ELISA; Human growth factor antibody array