大鼠脑出血后间充质干细胞移植改善运动功能恢复并伴随区域特异性转录组反应

《Brain Research》：Mesenchymal stem cell transplantation improves motor recovery accompanied by region-specific transcriptomic responses following intracerebral hemorrhage in rats

　　

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  MSC移植促进大鼠ICH后的功能恢复。
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  MSC移植诱导ICH后大脑转录组调控。
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  PROGENy预测PI3K相关通路活性增强。
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  MSC移植增强同侧皮层神经营养因子表达。

引言

脑内出血（ICH）约占临床卒中病例的十分之一，其涉及动脉血管破裂，导致血肿积聚并对周围组织施加快速机械压迫（Witsch等，2021）。这一初始损伤引发级联样继发性损伤，包括脑水肿、神经炎症和广泛神经元丧失。尽管目前治疗重点在于安全清除血肿和急性期稳定（Wang等，2026），但约70%的幸存者仍面临长期残疾（Woo等，2022）。因此，促进慢性期恢复的有效治疗方案仍是一项关键的医学挑战。

为满足这些临床需求，涉及干细胞整合的治疗已成为可行的途径。特别是间充质干细胞（MSC）因其多方面生物学特性而备受关注，包括神经营养支持、促进神经发生、抗炎和抗凋亡功能（Kean等，2013；Song等，2020）。重要的是，成体组织来源的MSC几乎不存在致瘤风险，且MHC-I和MHC-II抗原表达水平低。这种低免疫原性可防止宿主免疫系统的强烈激活（Williams和Hare，2011），使MSC成为异体细胞疗法的理想候选者，无需长期免疫抑制。

为确保卒中慢性期细胞递送的精准性，局部脑内移植通常优于全身途径（Liu等，2018；Takamiya等，2022）。针对出血后腔体内的严苛环境，Takamiya等人的先前研究引入了CellSaic（Takamiya等，2022）——一种将MSC与重组胶原肽（RCP）微碎片融合的镶嵌图案聚集体。该特殊支架由人I型胶原的丙氨酰-甘氨酰-天冬氨酸（RGD）基序构建，可促进细胞锚定和气体交换。因此，其已在临床前模型中显示出促进神经功能恢复和改善细胞植入的能力（Takamiya等，2022）。基于这些有前景的临床前发现，近期已启动一项I/II期临床试验（RAINBOW-Hx研究），评估该自体MSC-支架复合物（HUFF-01）脑内移植在慢性脑内出血患者中的安全性和有效性（Kawabori等，2024）。

尽管众多研究已展现其治疗潜力，但其潜在分子机制仍主要基于对孤立分子的分析假说。因此，我们仍缺乏对MSC在复杂ICH微环境中调控的全局转录重编程及信号网络的综合理解。

针对这一局限，我们对病灶脑组织进行了RNA测序（RNA-seq），以系统表征ICH后MSC介导的分子改变。通过将焦点从单个因素转向全局通路活性，我们旨在提供高分辨率的转录组图谱，并基于该图谱识别ICH后MSC诱导修复的关键信号级联。

章节摘要

培养MSC的鉴定及移植后体内定位

通过免疫荧光染色对培养的MSC进行表征。明显检测到绿色荧光蛋白（GFP）荧光，确认了GFP标记MSC的存在。观察到强烈的CD90和CD105免疫反应性，勾勒出MSC的特征性细胞形态。相比之下，CD45和CD34的免疫染色显示背景完全黑暗，未检测到红色荧光，确认了标志物表达的缺失（图1A）。

讨论

本研究首先全面阐明了ICH和MSC移植对脑病灶区域转录组改变的修饰作用。虽然行为评估表明MSC移植显著改善ICH后运动功能，但转录组分析显示，这种恢复伴随独特的转录变化模式，而非单纯逆转损伤相关基因表达。具体而言，通路活性分析

动物

本研究共使用28只雄性斯普拉格-大（SD）大鼠（6周龄），其中4只用于MSC验证实验（详见方法4.6）。在剩余24只用于主要研究的大鼠中，6只被分配至假手术对照组，接受假手术而不诱导ICH。其余18只大鼠接受ICH建模，并在诱导后3天使用改良神经严重程度评分（mNSS）进行评估。根据预先设定的纳入标准，mNSS评分≥7的大鼠被

生成式AI和AI辅助技术在科学过程中的声明

在本工作中，作者使用ChatGPT（GPT-4o）协助开发生物信息学脚本和优化数据可视化。AI用于提供初始编码模板，随后由作者进行验证、精炼和确认。AI还用于校对。作者对结果数据的准确性和最终发表内容的科学完整性承担全部责任。

资金来源

本研究由日本学术振兴会（JSPS）科学研究费补助金资助（项目编号23K27931、23K0853503和25KJ048305）、日本医药品医疗器械综合机构（AMED）；项目编号：JP23bk0104134、JP23ym0123122、科学技术振兴机构（JST）SPRING项目，项目编号PH8D240001，以及佐川科学研究会科学补助金，项目编号：2024-6028。

CRediT作者贡献声明

刘宇珊：原稿撰写、可视化、方法学、调查研究、基金获取、形式分析。冈裕一郎：审阅与编辑、验证、监督、方法学、调查研究、形式分析。丁原：审阅与编辑、调查研究。高村花：审阅与编辑、形式分析。河原里正仁：审阅与编辑、资源提供、方法学、基金获取。吉江惠美里：审阅与编辑、监督，

利益冲突声明

作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

术语表

ICH

脑内出血

MSC

间充质干细胞

mNSS

改良神经严重程度评分

DEG

差异表达基因

PI3K

磷脂酰肌醇3-激酶

TNF-α

肿瘤坏死因子-α

JAK-STAT

Janus激酶-信号转导与转录激活因子

RTN2

内质网膜蛋白2

WIPI2

WD重复域-磷脂酰肌醇相互作用蛋白2

IGF1

胰岛素样生长因子1

CREB1

cAMP反应元件结合蛋白1

BDNF

脑源性神经营养因子

NT-4

神经营养因子-4

刘宇珊|冈裕一郎|丁原|高村花|河原里正仁|吉江惠美里|知念高子|藤村美纪|前岛宽