从骨髓间充质干细胞(BMSC)外泌体中提取的Netrin-1通过抑制RhoA/ROCK通路,促进脊髓损伤后的轴突再生和功能恢复

时间:2026年3月28日
来源:Brain Research

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本研究探讨骨髓间充质干细胞外泌体(BMSC-Exos)通过递送Netrin-1促进脊髓损伤(SCI)后轴突修复的分子机制。体外实验显示BMSC-Exos通过调控RhoA/ROCK信号通路增强轴突再生,NTN1中和抗体可部分抑制该效应;体内实验证实外泌体组动物BBB评分显著提高,病理学分析显示脊髓组织损伤程度减轻,而NTN1中和或ROCK抑制剂Y-27632均削弱了外泌体的修复作用。结论指出BMSC-Exos通过NTN1介导的RhoA/ROCK通路抑制促进SCI修复,为临床转化提供新靶点。

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何宝华|杨伟宏|杨静|张进
中国北京100028,急诊综合医院骨科

摘要

目的

脊髓损伤(SCI)会导致严重的神经功能障碍。本研究探讨了外泌体来源的Netrin-1(NTN1)在SCI后轴突修复中的作用。

方法

分离并表征了BMSC-Exos,并确认了神经干细胞(NSCs)对其的摄取。使用微流控室建立了体外轴突损伤模型,并用含有或不含有NTN1中和抗体或ROCK抑制剂Y-27632的BMSC-Exos处理NSCs。通过免疫荧光和Western blot评估轴突生长及RhoA/ROCK相关信号通路。在体内实验中,大鼠脊髓挫伤模型接受了含有或不含有NTN1中和剂的BMSC-Exos治疗。采用Basso–Beattie–Bresnahan(BBB)评分法评估运动功能恢复情况,并对脊髓组织进行组织学分析。

结果

NTN1在BMSC-Exos中富集,并在处理后增加NSCs中的含量。体外实验中,BMSC-Exos促进了损伤后的轴突生长,而NTN1中和作用部分减弱了这一效应,同时伴随着RhoA/ROCK相关信号通路的变化。体内实验中,BMSC-Exos改善了运动功能恢复并减少了脊髓组织损伤,而NTN1中和作用则削弱了这些效果。

结论

BMSC-Exos通过释放NTN1来调节RhoA/ROCK信号通路,从而促进SCI后的轴突修复和功能恢复。

引言

脊髓损伤(SCI)是一种严重的神经系统疾病,会导致严重的运动和感觉功能障碍。全球发病率估计为每百万人中有25-80例(Lu等人,2024年;Wu等人,2021年),大多数病例由交通事故和跌倒等创伤事件引起。尽管急性治疗方面取得了进展,但长期的功能恢复仍不理想,大多数患者会留下永久性残疾,给个人和社会带来沉重负担(Qin等人,2024年)。
轴突损伤是SCI的核心病理特征(Kim等人,2024年;Fang等人,2025年)。受损轴突会迅速退化,并由于病变部位的抑制性微环境(包括胶质瘢痕形成、炎症反应和髓鞘相关抑制分子)而难以自发再生(Qin等人,2024年)。为了促进轴突再生,人们探索了多种策略,如施用神经营养因子(Shafqat等人,2023年)、阻断生长抑制信号通路以及移植神经干细胞(Salehi-Pourmehr等人,2022年)。尽管这些方法在临床前研究中显示出潜力,但由于生长因子的半衰期短、移植细胞存活率低以及安全问题,其临床应用仍受到限制。因此,迫切需要更有效且可行的治疗方法。
近年来,外泌体(直径约30-150纳米的细胞外囊泡)受到了越来越多的关注。外泌体通过运输蛋白质、脂质和核酸等生物活性分子,在细胞间通讯和疾病调节中发挥着关键作用。其稳定的膜结构、生物相容性以及穿越血脑屏障的能力使其成为理想的“天然纳米载体”。除了传递内源性信号外,外泌体还可以被设计用于输送药物、核酸和基因编辑工具,在癌症、炎症和神经系统疾病治疗中显示出潜力(Salehi-Pourmehr等人,2022年)。
在这种背景下,富含神经营养因子、调控RNA和信号分子的骨髓间充质干细胞(BMSC-Exos)被提出作为中枢神经系统修复的理想候选物。先前的研究表明,BMSC-Exos可以减少神经元凋亡、调节炎症并促进轴突生长。例如,它们在创伤性脑损伤模型中增强了神经发生(Zarrinpour等人,2017年),在缺血性中风中减轻了凋亡(An等人,2025年),并在SCI模型中改善了神经功能(Bao等人,2024年)。与干细胞移植相比,外泌体疗法避免了肿瘤发生和免疫排斥等风险,同时保留了干细胞的有益旁分泌效应,显示出更大的临床转化潜力。然而,BMSC-Exos在SCI后促进轴突保护和修复的分子机制仍不清楚。
Netrin-1(NTN1)是一种分泌的层粘连蛋白相关蛋白,在神经发育过程中是重要的轴突导向因子(Liu等人,2021年)。最新研究表明,NTN1还通过调节细胞存活、凋亡和细胞骨架重塑发挥神经保护作用。研究显示NTN1可以减轻缺血性脑损伤、促进轴突生长并调节炎症(Sun等人,2024年)。然而,其在SCI中的作用仍不清晰,其是否通过外泌体发挥作用尚未明确。重要的是,越来越多的证据表明NTN1可能通过调节RhoA/ROCK信号通路来发挥作用,该通路是损伤后轴突生长锥体塌陷和轴突抑制的关键分子级联反应(Cai等人,2024年)。这些发现提示BMSC-Exos可能通过输送NTN1并抑制RhoA/ROCK激活来促进SCI后的功能恢复。

主要BMSC的分离与培养

在无菌条件下,从Sprague–Dawley大鼠的双侧肱骨和股骨中采集骨髓。去除骺端后,用添加了10%胎牛血清(FBS)和1×青霉素/链霉素的低糖Dulbecco改良Eagle培养基(DMEM-LG,Gibco)冲洗骨髓腔,直至骨髓流出液变淡且髓内颜色变白。将细胞悬液轻轻混合后接种到培养瓶中。

BMSC-Exos的鉴定及NTN1表达

透射电子显微镜(TEM)显示,骨髓间充质干细胞来源的外泌体(BMSC-Exos)具有典型的圆形或杯状形态,具有清晰的脂质双层膜(图1A)。纳米颗粒大小分布分析表明,大多数囊泡的直径约为100纳米,符合外泌体的特征范围(图1B)。Western blot分析证实了外泌体的成功分离,检测到了典型蛋白的表达。

讨论

我们的研究发现表明,BMSC-Exos通过输送NTN1来促进NSC存活和轴突再生,NTN1在抑制RhoA/ROCK信号通路中起关键作用。这些结果与先前的研究一致,即BMSC-Exos在中枢神经系统损伤中具有神经保护作用(Salehi-Pourmehr等人,2022年;An等人,2025年)。然而,我们的研究独特地确定了NTN1是外泌体中的功能性成分,其在促进轴突再生中起着关键作用。

结论

本研究表明,骨髓间充质干细胞来源的外泌体(BMSC-Exos)通过输送NTN1有效抑制受损NSCs中RhoA/ROCK信号通路的过度激活,从而促进细胞存活、减少凋亡并增强轴突再生。这些发现为SCI的分子机制提供了新的见解,并为临床转化提供了潜在途径。

作者贡献声明

何宝华:撰写初稿、方法学设计、实验实施、数据管理、概念构思。杨伟宏:撰写初稿、方法学设计、概念构思。杨静:数据验证、正式分析。张进:审稿与编辑、实验实施、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

不适用。

资助

  • 北京市通州区科技计划项目(项目编号KJ2022CX064)(杨伟宏)
  • 北京市医学科技创新成果转化选拔与推进计划(项目编号YC202301QX0009)(张进)
作者贡献
何宝华和杨伟宏共同构思和设计了本研究。何宝华和张进进行了实验研究。杨静分析了数据。何宝华和杨伟宏撰写了手稿。张进审阅并编辑了手稿。所有作者均参与了研究过程。

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