整合素β1与细胞外基质蛋白相互作用调控间充质干细胞向神经管畸形组织定向迁移的作用机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81901565
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0422.生殖系统/围生医学/新生儿疾病研究新技术与新方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Neural tube defects (NTDs) are severe congenital anomalies of the central nervous system that result from incomplete neurulation. However, foetal surgical repair of the defects did not improve neurological outcome of patients. In previous study, we successfully devised a prenatal treatment and transplanted mesenchymal stem cells (MSCs) into amniotic cavity of embryos at early stage of NTDs formation, and we found transplanted MSCs specifically surived in defective region of neural tube. And surived MSCs could differentiate into neural stem cells, neurogliocyte and neurons, which reveals the possibility of intra-amniotic MSCs injection for prenatal management of NTDs. However, compared to large defectively developed neural tube tissue, there was relatively less regenerated neurons and tissue repair, thus we intended to find out new strategy to enhance the ability of MSCs to migrate toward nerve injury site. We performed an expression screening using RNA-seq technique and discovered the expression of several chemotatic factors and molecules and neurotrophins is altered in the deformed cranial neural tube, and the changes in expression of extracellular matrix molecule –LAMB3, LAMC2 and COL4α were noticeably. So we speculate that these genes may play a critical role for the migration of MSCs toward the defected neural tube. LAMB3, LAMC2 and COL4α participates in numerous cellular processes including cell attachment and spreading, migration and proliferation via interacting with integrinβ1 ( ITGB1). Based on these, in this project, we intend to treat NTDs with intra-amniotic administration of MSCs transfected with ITGB1 on early development stage. MSCs transferred with ITGB1 might greatly facilitate the migration of MSCs toward the deformed neural tube, and could protect survival and differentiation of transplanted MSCs in the neural tissue. Intra-amniotic ITGB1-MSCs administration might greatly promote the functional recovery of neural tube defects.
神经管畸形(NTDs)是常见的严重先天畸形,尚无良好治疗方法。在前期研究基础上,我们建立了胚胎早期羊膜腔内干细胞移植技术,发现间充质干细胞(MSCs)具向神经管畸形部位定向迁移的能力且能够修复脊髓缺损组织。利用RNA-seq,我们发现多个细胞外基质蛋白—LAMB3、LAMC2和COL4α在脊髓缺损部位的高表达。本课题提出新假说:早期NTDs胚胎畸形组织中ECM蛋白过表达,通过与MSCs表面受体整合素β1相互作用,引导MSCs定向迁移至畸形部位,促进NTD的修复。为验证上述假说,本课题将利用体外培养的胚胎和细胞,研究ITGB1/ECM蛋白对MSCs的定向迁移的相互作用及分子机制。利用NTDs动物模型研究通过羊膜腔注射方法移植过表达/敲除ITGB1的MSCs,对过表达/敲除ECM蛋白的NTDs胚胎进行治疗,观察其治疗效果,探讨在严重结构异常或神经不可逆损伤发生前对NTDs修复治疗的新方法。

结项摘要

神经管畸形(NTDs)是常见的严重先天畸形,目前尚无良好治疗方法。在前期研究中,我们发现神经元发育在NTDs发生早期便存在异常。因此,我们提出在胚胎早期挽救神经元死亡或进行神经元修复重建是治疗NTDs神经功能损伤的关键。在本研究中,我们利用体外NTDs胚胎模型建立了羊膜腔内干细胞移植技术,发现间充质干细胞(MSCs)具向神经管畸形部位定向迁移的能力,利用RNA-Seq测序筛查到ITGB1/ECM分子、HGF/c-Met参与了MSCs向NTDs缺损区域的定向迁移。利用体内NTDs胎鼠模型,我们发现羊膜腔内移植的MSCs可以转分化为皮肤细胞和不同类型的神经元以替代损伤的组织细胞,修复缺损的皮肤组织并促进神经功能修复。进一步,我们在发现CRMP4 异常高表达引起细胞凋亡是神经管畸形发生的关键原因的基础上,建立了羊膜腔内MSCs移植与基因转染CRMP4 siRNA联合治疗NTDs的新方法。既可以对NTDs病因进行靶向治疗,也可以利用MSCs对缺损组织修复重建。结果显示CRMP4可作为治疗NTDs的一个新的治疗靶点,降低CRMP4在脊髓中的表达,可以改善移植的MSCs周围微环境,提高MSC移植治疗脊柱裂的效果。另外,我们发现羊膜腔内移植的MSCs除了在畸形部位定植,也在羊水与羊膜中存活,我们利用蛋白质组学对羊水中的细胞因子进行检测,结果发现32个细胞因子明显在MSCs移植后明显高表达。根据生物信息学分析和差异蛋白表达量变化情况,我们选择神经营养因子ACTIVIN A、NGF、BDNF、CNTF和细胞迁移因子CXCR4进行深入研究。干预实验表明,上调神经营养因子ACTIVIN A、NGF、BDNF、CNTF可抑制胚胎脊髓神经凋亡,促进突触发育。抑制这些因子的活性减弱移植MSCs的抗凋亡和促分化作用。抑制CXCR4活性可降低MSCs在NTDs胚胎神经管中的定植率。这些因子是提高MSCs移植治疗NTDs效果的最佳基因干预靶点。以ITGB1/LAMC2为分子靶点联合MSCs移植增强了MSCs的迁移能力,提高ITGB1/LAMC2的表达后,明显促进了MSCs在NTDs体外胚胎畸形部位的定植率,提高了MSCs对NTDs胎鼠的皮肤修复能力。本课题的研究已发表标注课题资助的SCI收录论文7篇(其中中科院分区1区2篇,2区4篇)。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Transamniotic mesenchymal stem cell therapy for neural tube defects preserves neural function through lesion-specific engraftment and regeneration
经羊膜间充质干细胞治疗神经管缺陷可通过病变特异性植入和再生来保留神经功能
  • DOI:
    10.1038/s41419-020-2734-3
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Cell Death Dis
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Xiaowei Wei;Wei Ma;Hui Gu;Dan Liu;Wenting Luo;Yuzuo Bai;Weilin Wang;Vincent Chi Hang Lui;Peixin Yang;Zhengwei Yuan
  • 通讯作者:
    Zhengwei Yuan
Therapeutic potential of adenovirus-encoding brain-derived neurotrophic factor for spina bifida aperta by intra-amniotic delivery in a rat model
腺病毒编码脑源性神经营养因子通过羊膜内递送在大鼠模型中治疗脊柱裂的潜力
  • DOI:
    10.1038/s41434-020-0131-2
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Gene Therapy
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Ma Wei;Wei Xiaowei;Gu Hui;Liu Dan;Luo Wenting;An Dong;Bai Yuzuo;Yuan Zhengwei
  • 通讯作者:
    Yuan Zhengwei
Intra-amniotic transplantation of brain-derived neurotrophic factor-modified mesenchymal stem cells treatment for rat fetuses with spina bifida aperta
羊膜腔内移植脑源性神经营养因子修饰间充质干细胞治疗先天性脊柱裂胎鼠
  • DOI:
    10.1186/s13287-022-03105-6
  • 发表时间:
    2022-08-13
  • 期刊:
    Stem Cell Research & Therapy
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Wei Ma;Xiaowei Wei;Hui Gu;Dan Liu;Wenting Luo;Songying Cao;Shanshan Jia;Yiwen He;Lizhu Chen;Yuzuo Bai;Zhengwei Yuan
  • 通讯作者:
    Zhengwei Yuan
Intra-amniotic delivery of CRMP4 siRNA improves mesenchymal stem cell therapy in a rat spina bifida model
CRMP4 siRNA 羊膜内递送可改善大鼠脊柱裂模型中的间充质干细胞治疗
  • DOI:
    10.1016/j.omtn.2020.03.007
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Molecular Therapy - Nucleic Acids
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wei Xiaowei;Cao Songying;Ma Wei;Zhang Chaonan;Gu Hui;Liu Dan;Luo Wenting;Bai Yuzuo;Wang Weilin;Yuan Zhengwei
  • 通讯作者:
    Yuan Zhengwei
Amniotic fluid mesenchymal stromal cells from early stages of embryonic development have higher self-renewal potential
来自胚胎发育早期阶段的羊水间充质基质细胞具有更高的自我更新潜力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    In Vitro Cellular & Developmental Biology - Animal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jieting Huang;Wei Ma;Xiaowei Wei;Zhengwei Yuan
  • 通讯作者:
    Zhengwei Yuan

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    薛佳;刘丹;顾卉;魏晓伟;马巍;赵连帅;张超楠;黄天楚;袁正伟
  • 通讯作者:
    袁正伟

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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