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能量代谢触发植入干细胞和损伤视网膜细胞Graft-to Host细胞间通讯/物质交换及命运转变的机制

批准号:
31930068
项目类别:
重点项目
资助金额:
298.0 万元
负责人:
徐海伟
学科分类:
组织工程学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐海伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
干细胞移植是治疗视网膜变性最有前景的治疗方法之一,已经进入临床试验阶段,但其治疗机制尚不清楚。近来发现,除了细胞替代、营养效应外,植入的干细胞及其子代细胞和受者视网膜细胞的细胞间通讯及物质交换可能是干细胞产生长期疗效的主要机制,但目前尚不清楚干细胞与不同视网膜细胞(感光细胞、视网膜色素上皮细胞和Müller细胞)产生这一作用的触发机制及其对变性细胞功能的影响。本室前期发现与干细胞融合可致体细胞重编程、干细胞通过TnT和氧化损伤的细胞进行线粒体交换而对其产生保护作用,显示干细胞和不同视网膜细胞的能量代谢差异可能是触发不同通讯方式和交换物质的决定因素。本研究拟采用氧化损伤细胞模型和视网膜损伤及变性小鼠大鼠模型,采用双光子显微成像、单细胞测序和代谢组学等方法,研究小鼠胚胎干细胞诱导视杯来源视网膜祖细胞治疗视网膜损伤的细胞通讯和物质交换机制,为阐明干细胞修复变性视网膜的新机制提供线索。
英文摘要
Stem cell based cell therapy is one of the most promising therapies in the treatment of retinal damage and retinal degeneration. It has been used in the clinical practice. Recently, in addition to cell replacement, trophic action, the intercellular communications fusion and organelle exchange between the grafted stem cells or their daughter cells and the retinal cells of recipient has been regarded as the major mechanism of stem cell therapy and it plays a key role in the long term therapeutic effect of stem cell, however, the underlying mechanism of the cell fusion and organelle exchange between the grafted stem cells and different cells in the retina including photoreceptor cells, retinal pigment epithelial cells and Müller cells and its influence on the damage and degenerative cells have not been clarified. Recently we found that cell fusion with stem cell causes the reprogramming of somatic cells, the mitochondrial can be transfered through tunneling nanotubes (TnT) from stem cells to oxidative stressed cells and produce protective effect, the differences in energy metabolism between stem cells and retinal cells might be a determinant of cell fusion and organelle exchange. In present study, we used oxidative stress injuried cell model of and retinal degeneration mice and rat model, and two-photon microscopy, transcriptomics and metabolomics, to explore the mechanism of cell fusion and organelle exchange of grafted human embryonic stem cells induced optic cup derived retinal progenitor cells in treatment of retinal degeneration. The result will provide a new theoretical basis for the mechanism of stem cell based cell therapy in the retinal degeneration
视网膜变性是难以治疗的严重致盲性眼病,其共同病理改变是视网膜色素上皮细胞和感光细胞的变性死亡,目前尚无有效的治疗方法。本室前期发现干细胞通过隧道纳米管进行线粒体交换,可致体细胞重编程,干细胞和不同视网膜细胞的能量代谢差异可能是触发不同通讯方式和交换物质的决定因素。本研究通过代谢组、转录组、蛋白组等多组学技术,明确了视网膜变性过程中视网膜细胞的代谢变化和线粒体异常,比对了干细胞、正常和变性视网膜能量代谢的差异。明确了氧化应激状态是Müller 细胞胶质化的重要代谢特征,脂类物质代谢障碍是RPE细胞变性的重要原因,尿苷类物质的堆积是视网膜变性过程中感光细胞凋亡的重要原因。干细胞及其外泌体中富含调节脂类物质调节代谢的酶,可通过物质交换改变变性视网膜细胞的代谢而发挥神经保护作用。.干细胞可通过分泌含线粒体的大囊泡和变性视网膜中的感光细胞、小胶质细胞进行物质交换,改变小胶质细胞的过度激活表型,对变性感光细胞产生保护作用。干细胞和变性视网膜中Müller 细胞物质交换的方式主要是隧道纳米管,通过将干细胞的线粒体交换给受损和变性的视网膜细胞,其作用机制为传输进视网膜细胞的干细胞线粒体DNA改变了变性视网膜细胞的线粒体分裂和融合,从而产生保护作用。将自由基清除剂富勒醇注射视网膜光诱导变性的小鼠,可以改变Müller 细胞的氧化还原代谢,进而扭转其胶质化命运转为重编程,对变性视网膜产生保护作。嗅鞘细胞来源的外泌体中富含调节细胞吞噬能力的蛋白质,可被视网膜变性的RCS大鼠视网膜RPE细胞吞噬,通过矫正RPE细胞的吞噬能力,对RCS大鼠的视功能产生保护作用。而视杯来源视网膜祖细胞外囊泡富含调节脂质代谢的蛋白,可与变性视网膜中RPE细胞的线粒体网络整合,改善其代谢能力,保护损伤的RPE细胞活力和细胞功能。通过细胞谱系追踪,本研究发现干细胞移植后能特异性引导变性视网膜中Müller 细胞亚群向感光细胞层迁移并重编程为感光细胞,对变性视网膜产生保护作用,其作用机制为改变变性视网膜的细胞外基质微环境而达到。.本研究按计划完成了研究任务,共发表标注的SCI论文15篇,其中JCR1区8篇。申请专利4项,参加国际会议5次,国内会议6次。培养博士研究生5名,硕士研究生5名。
变性视网膜中再殖小胶质细胞经MMP9/HDA1通路调节Müller细胞重编程/神经发生及修复视网膜功能的研究
C-Kit+/SSEA4-视网膜前体细胞与变性微环境的双向调节作用及修复视网膜的机制研究
基于NGRM技术产生的视网膜前体细胞的生物学特性及其对RP的神经免疫调节作用及机制研究
胚胎干细胞来源感光细胞在变性视网膜中的整合机制及Muller细胞的影响
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