早期给予人羊膜来源干细胞通过抑制局部炎症和凋亡改善脑出血的神经行为缺陷

Early-phase administration of human amnion-derived stem cells ameliorates neurobehavioral deficits of intracerebral hemorrhage by suppressing local inflammation and apoptosis

作者信息Yoji Kuramoto, Mitsugu Fujita, Toshinori Takagi, Yuki Takeda, Nobutaka Doe, Kenichi Yamahara, Shinichi Yoshimura
PMID35151317
发布时间2022-02-12
DOI10.1186/s12974-022-02411-3

实验完整度

包含体内疾病模型、行为学测试、免疫染色、流式细胞术、Western blotting及TNFα救援实验等多个独立证据层级,并有明确功能验证和机制验证。

主要模型

胶原酶诱导的脑出血小鼠模型(C57BL/6J小鼠) hAMSCs hADSCs

重点核对

hAMSC剂量:1.0×10^5 cells/50 μl(高剂量)和2.5×10^4 cells/50 μl(低剂量) hADSC剂量:1.0×10^6 cells/100 μl 给药时间:ICH诱导后24小时(D1)或72小时(D3) 神经行为测试起始时间:ICH后第29天

摘要

背景:脑出血(ICH)是导致死亡和残疾的重要原因。近年来,使用间充质干细胞进行的细胞治疗已被证明可以改善ICH诱导的神经行为缺陷。基于这些发现,我们设计本研究以评估人羊膜来源干细胞(hAMSCs)改善ICH宿主神经行为缺陷的治疗效果及潜在机制。方法:从剖宫产获得的羊膜中诱导hAMSCs,并在急性期静脉注射给ICH小鼠。随后在亚急性期对小鼠进行多项神经行为测试。我们尝试优化hAMSCs的给药剂量和时间。与hAMSCs并行,使用十倍更高剂量的人脂肪来源干细胞(ADSCs)作为实验对照。从ICH病变获取标本进行免疫染色、流式细胞术和Western blotting以阐明hAMSCs治疗的潜在机制。结果:静脉注射hAMSCs有效改善了ICH小鼠的神经行为缺陷,尤其是在ICH诱导后第1天开始治疗时。值得注意的是,hAMSCs以1/10的细胞数量促进与hADSCs相当或更好的临床疗效。全身给予的hAMSCs在ICH病变中发现,并伴有巨噬细胞/小胶质细胞的局部积聚。具体而言,hAMSCs治疗减少了ICH病变中CD11b+CD45+和Ly6G+细胞的数量,而脾细胞未受影响。此外,hAMSCs治疗减少了ICH病变中的凋亡细胞数量。这些结果与巨噬细胞相关因子iNOS和TNFα蛋白表达水平的抑制相关。结论:急性期静脉注射hAMSCs可改善ICH诱导的神经行为障碍。其潜在机制被认为是通过抑制巨噬细胞/小胶质细胞数量和巨噬细胞功能(如TNFα和iNOS)来抑制亚急性炎症和凋亡。从临床角度来看,基于hAMSCs的治疗可能成为治疗ICH的新策略。

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
评估人羊膜来源干细胞(hAMSCs)在脑出血(ICH)急性期静脉给药能否改善神经行为缺陷,并阐明其潜在机制。
核心机制
hAMSCs通过抑制巨噬细胞/小胶质细胞数量及功能(如TNFα和iNOS)来抑制亚急性炎症和凋亡,从而改善神经行为缺陷。
主要证据
在ICH小鼠模型中,hAMSC治疗降低了CD11b+CD45+和Ly6G+细胞数量,减少TUNEL阳性细胞,并抑制TNFα和iNOS的蛋白表达;TNFα救援实验逆转了hAMSC的抗凋亡作用。
研究意义
该研究提示基于hAMSCs的治疗可能成为治疗脑出血的新策略。

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ICH小鼠模型

通过胶原酶注射诱导脑出血,模拟人类ICH病理状态。

对7-9周龄雄性C57BL/6J小鼠进行立体定位注射0.4单位胶原酶AOF型至左侧纹状体(前囟左2mm、深3.5mm)。

2

优化hAMSCs剂量

比较不同剂量hAMSCs与hADSCs对ICH小鼠神经行为的影响,确定有效剂量。

ICH小鼠随机分为5组,分别接受高剂量hAMSCs(1.0×10^5 cells/50μl)、低剂量hAMSCs(2.5×10^4 cells/50μl)、hADSCs(1.0×10^6 cells/100μl)、载体对照或假手术,于ICH后24小时静脉注射,随后进行神经行为测试。

3

优化hAMSCs给药时间

比较ICH后第1天与第3天给药hAMSCs的疗效差异。

ICH小鼠随机分为4组,分别于ICH后24小时(D1)或72小时(D3)静脉注射hAMSCs(1.0×10^5 cells/50μl)、载体对照或假手术,随后进行神经行为测试。

4

评估hAMSCs在脑内的分布及与巨噬细胞/小胶质细胞的相互作用

验证静脉注射的hAMSCs能否穿过血脑屏障到达ICH病灶,并观察其与巨噬细胞/小胶质细胞的共定位。

使用抗人Ku80抗体(STEM101)和抗Iba1抗体进行免疫染色,观察ICH病灶中hAMSCs的分布及其与巨噬细胞/小胶质细胞的关系。

5

检测免疫细胞浸润变化

评估hAMSC治疗对ICH病灶中CD11b+CD45+细胞及其亚群(Ly6C+、Ly6G+)的影响。

通过流式细胞术分析ICH病灶和脾脏中CD11b、CD45、Ly6C、Ly6G的表达。

6

评估凋亡水平

检测hAMSC治疗对ICH病灶中细胞凋亡的影响。

通过TUNEL染色检测ICH病灶中的凋亡细胞。

7

检测炎症相关蛋白表达

检测hAMSC治疗对ICH病灶中炎症相关蛋白(iNOS、TNFα、Arginase1等)表达的影响。

通过Western blotting检测脑组织中iNOS、TNFα、Arginase1等蛋白水平。

8

TNFα救援实验

验证hAMSC抑制凋亡的作用是否由TNFα介导。

在ICH小鼠中同时给予hAMSCs和TNFα,比较TUNEL阳性细胞数量。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证免疫效应
验证机制链路

产品清单

实验环节名称品牌货号
α-MEM培养基Invitrogen--
NeoSERA血小板裂解物Japan Biomedical Co., Ltd--
Liberase消化酶----
STEM-CELLBANKER冻存液Takara Bio--
胶原酶AOF型AWorthington--
RIPA裂解液ATTOWSE-7420
EzBlock Chemi封闭液ATTOAE-1475
Ez WestLumi plus发光液ATTOWSE-7120L
Luminograph1成像仪ATTOWSE-6100
抗Iba1抗体abcamab178847
抗人KU80抗体Takara BioSTEM101
Alexa 488标记的抗兔二抗CST--
Alexa 555标记的抗小鼠二抗CST--
DAB过氧化物酶底物试剂盒VectorSK-4100
原位细胞死亡检测试剂盒PODSigma-Aldrich--
DAB过氧化物酶底物试剂盒Vector--
Percoll分离液GE Healthcare--
Histopaque分离液Sigma--
PerCP-Cy5.5标记的抗小鼠CD11b单克隆抗体BD Pharmingen--
PE-Cy7标记的抗小鼠CD45单克隆抗体BD Pharmingen--
APC标记的抗小鼠Ly-6C单克隆抗体BD Pharmingen--
BV421标记的抗小鼠Ly-6G单克隆抗体BD Horizon--
LSRFortessaX-20流式细胞仪BD Biosciences--
精氨酸酶1抗体CST93668
iNOS抗体CST13120
TNFα抗体Santa CruzSC-52746
cleaved caspase 3抗体Santa CruzSC-56053
磷酸化Akt抗体CST4060
p38 MARK抗体CST9212
磷酸化NF-κB抗体CST3039
NF-κB抗体CST8242
磷酸化STAT3 (Tyr705)抗体CST9145
磷酸化STAT3 (Ser727)抗体CST9134
STAT3抗体CST30835
pAkt XP抗体CST4060
Akt抗体CST4685
β-actin抗体SigmaA5441
HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L)二抗Thermo Scientific32460
HRP标记的山羊抗小鼠IgG(H+L)二抗Thermo Scientific32430
Be Chase视频追踪系统ISONIX--
低温恒温器Leica BiosystemsCM1950

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
细胞制备
hAMSCs和hADSCs的分离培养条件:hAMSCs使用胶原酶/分散酶消化,培养于含10%牛血小板裂解物(NeoSERA)的α-MEM;hADSCs使用liberase消化,冻存液为STEM-CELLBANKER。
阅读提示:Methods: Cell preparation of hAMSCs and hADSCs
ICH模型诱导
小鼠品系及性别:C57BL/6J雄性,7-9周龄;胶原酶注射量:0.4单位;注射坐标:前囟左2mm、深3.5mm。
阅读提示:Methods: Mice and ICH induction
hAMSC给药
剂量:高剂量1.0×10^5 cells/50 μl,低剂量2.5×10^4 cells/50 μl;时间:ICH后24小时(D1)或72小时(D3);途径:静脉注射。
阅读提示:Methods: Administration of hAMSC or hADSC to ICH-bearing mice
神经行为测试
测试起始时间:ICH后第29天;具体测试项目:开放空间游泳、水迷宫、被动回避。
阅读提示:Methods: Neurobehavioral tests