NRR：福建省立医院陈锋教授团队探索低氧预适应骨髓间充质干细胞治疗复苏后脑损伤的新路径
由于炎症、线粒体功能障碍、全脑缺血再灌注神经损伤，心脏骤停/心肺复苏后可导致严重的神经系统功能障碍[1]。骨髓间充质干细胞具有治疗神经系统疾病的潜力[2, 3]，可通过抗氧化应激、抗焦亡、改善神经炎性微环境、改善线粒体功能障碍等发挥神经保护作用。但是，细胞治疗的一个重要挑战是确保移植细胞存活[4]。来自中国福建省立医院陈锋教授团队既往研究已发现，低氧预适应能提高骨髓间充质干细胞的迁移和存活能力，且促进其在对心脏骤停焦亡的拮抗作用[5]。然而，目前低氧预适应骨髓间充质干细胞在心脏骤停后脑损伤中具体保护机制尚不清楚。
近期，陈锋等在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“Hypoxia-preconditioned bone marrow–derived mesenchymal stem cells protect neurons from cardiac arrest–induced pyroptosis”的文章。结果发现，低氧预适应骨髓间充质干细胞可通过抑制MAPK和核因子κB通路增强了其神经保护作用，并能显著降低心脏骤停诱导的神经元焦亡、氧化应激和线粒体损伤。同时发现磷酸果糖激酶肝脏亚型参与调节了低氧预适应骨髓间充质干细胞的生物学功能。进一步研究发现，敲低低氧预适应骨髓间充质干细胞中磷酸果糖激酶肝脏亚型可减轻其保护作用。因此，低氧预适应骨髓间充质干细胞减轻心脏骤停可能与低氧预适应后磷酸果糖激酶肝脏亚型表达的增加有关。
全脑缺血再灌注是心肺复苏后脑损伤的重要机制[1]。既往研究表明，多种细胞死亡途径，包括凋亡、自噬、坏死和焦亡，均参与大脑的病理生理过程[6]。其中，细胞焦亡和线粒体功能障碍在复苏后脑损伤中起着关键的作用[7]。陈锋等首先证实了低氧预适应骨髓间充质干细胞具有优于常氧培养骨髓间充质干细胞的抗焦亡作用。与低氧预适应骨髓间充质干细胞共培养的神经元，其氧糖剥夺后焦亡相关蛋白以及MAPK和核因子κB通路相关蛋白的表达明显减少（图1）。继而对常氧和低氧预适应的骨髓间充质干细胞行RNA测序，结果发现，两者的差异基因主要富集于果糖和甘露糖代谢、糖酵解/糖异生和磷酸戊糖途径相关的通路中，其中糖酵解调控相关分子中磷酸果糖激酶肝脏亚型的表达差异最为显著（图2）。因此，推测磷酸果糖激酶肝脏亚型可能参与调节低氧预适应骨髓间充质干细胞的神经保护过程。
图1低氧预适应骨髓间充质干细胞通过抑制MAPK和核因子κB通路抑制氧糖剥夺神经元的焦亡（图源：Tang et al., Neural Regen Res, 2025）
图2低氧预适应后骨髓间充质干细胞的转录组测序（图源：Tang et al., Neural Regen Res, 2025）
通过流式细胞术、Transwell、luciferase活体成像实验发现，磷酸果糖激酶肝脏亚型参与了调控低氧预适应骨髓间充质干细胞的增殖、凋亡、迁移等过程（图3）。随后，陈锋等通过体内实验发现，低氧预适应骨髓间充质干细胞可有效减少大鼠复苏后的神经功能缺损（图4）。然而，磷酸果糖激酶肝脏亚型被敲低后，低氧预适应骨髓间充质干细胞的保护作用被逆转：其能量代谢水平和抗凋亡/焦亡水平明显降低（图5）。以上结果均表明磷酸果糖激酶肝脏亚型可通过抑制细胞凋亡和焦亡通路，介导低氧预适应骨髓间充质干细胞对氧糖剥夺神经元的保护作用。
图3磷酸果糖激酶肝脏亚型可参与调控低氧预适应骨髓间充质干细胞的生物学功能（图源：Tang et al., Neural Regen Res, 2025）
图4磷酸果糖激酶肝脏亚型介导低氧预适应骨髓间充质干细胞对心脏骤停/心肺复苏大鼠的神经保护和抗氧化作用（图源：Tang et al., Neural Regen Res, 2025）
图5磷酸果糖激酶肝脏亚型调节低氧预适应骨髓间充质干细胞的抗焦亡和抗凋亡能力（图源：Tang et al., Neural Regen Res, 2025）
此外，陈锋等在共培养系统中加入Mito-TEMPO（一种线粒体活性氧清除剂），提示减轻线粒体氧化应激可能是低氧预适应骨髓间充质干细胞调节神经元焦亡的潜在机制。为验证这一机制，使用JC-1探针来评估线粒体膜电位，当低氧预适应骨髓间充质干细胞中磷酸果糖激酶肝脏亚型的表达被敲低后，线粒体膜电位的改善效应明显减弱。另外还采用DCFH-DA探针和MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂来评估氧糖剥夺后原代神经元的细胞内和线粒体内活性氧水平。结果显示，氧糖剥夺后神经元内活性氧水平和线粒体活性氧含量显著升高，而低氧预适应骨髓间充质干细胞可显著降低神经元内和线粒体氧化应激水平，但是敲低低氧预适应骨髓间充质干细胞中磷酸果糖激酶肝脏亚型后，其丧失了这一抗氧化应激效应（图6）。同样，蛋白印迹结果表明，与低氧预适应骨髓间充质干细胞共培养后，神经元线粒体损伤标志物（FIS1，COX IV和TOM20）的表达水平降低；而敲除低氧预适应骨髓间充质干细胞中磷酸果糖激酶肝脏亚型后上述指标明显恢复（图6）。这些结果表明，减轻线粒体氧化应激可能是低氧预适应骨髓间充质干细胞发挥神经保护作用的原因，其中磷酸果糖激酶肝脏亚型的表达起关键作用。综上所述，敲低磷酸果糖激酶肝脏亚型可抑制低氧预适应骨髓间充质干细胞在体内和体外的迁移和存活能力，逆转其抗细胞焦亡和抑制线粒体氧化应激的作用。提示磷酸果糖激酶肝脏亚型可能参与了低氧预适应骨髓间充质干细胞在复苏后的神经保护机制。
图6磷酸果糖激酶肝脏亚型参与了低氧预适应骨髓间充质干细胞介导的氧糖剥夺后神经元线粒体氧化损伤的抑制（图源：Tang et al., Neural Regen Res, 2025）
总之，低氧预适应骨髓间充质干细胞移植作为一种再生治疗的方法，可为心脏骤停后的神经保护提供了重要的治疗方案。其机制主要为：(1)低氧预适应骨髓间充质干细胞存在更显著的抗神经元焦亡能力；(2)抗线粒体氧化应激可能是骨髓间充质干细胞抗焦亡作用的潜在机制；(3)磷酸果糖激酶肝脏亚型在介导低氧预适应骨髓间充质干细胞对线粒体氧化应激的保护功能中发挥重要作用，可缓解神经元焦亡和氧化应激损伤。
但是研究对于低氧预适应骨髓间充质干细胞的最佳培养条件还需进一步研究，特别是关于缺氧的持续时间和特定的低氧浓度。尽管低氧预适应骨髓间充质干细胞能保护活性氧C后的神经元损伤，但目前尚不清楚它们是否对其他类型的脑细胞，如星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞有相同的作用。
原文链接：https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-23-01922
参考文献
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