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基于TSC1/mTOR通路调控巨噬细胞线粒体氧化应激在脊髓损伤修复中的作用及机制研究

批准号:
82172421
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
郑宪友
依托单位:
学科分类:
骨、关节、软组织损伤与修复
结题年份:
2025
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
魏海峰、高涛、付凯、索金龙、鲍丙波、孙一、沈君劼、黄腾立、林俊卿

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
脊髓损伤是骨科临床亟待解决的难题之一。其中,巨噬细胞在脊髓损伤修复中发挥了重要的调控作用。脊髓损伤后线粒体氧化应激导致了巨噬细胞极化障碍,是影响脊髓损伤修复效果的重要原因。然而,线粒体氧化应激对巨噬细胞极化的影响及其机制尚不明确。基于此,课题组前期观察到脊髓损伤后改善线粒体功能可缓解氧化应激介导的巨噬细胞极化障碍。本研究拟进一步探讨线粒体氧化应激对巨噬细胞功能的调控及其潜在机制。本课题拟从体内体外实验多层次验证脊髓损伤后巨噬细胞功能状态的改变,以及应用线粒体移植术或线粒体保护剂MitoQ改善线粒体氧化应激后,多角度综合评价对巨噬细胞极化的影响及对神经功能恢复的作用。最后通过建立Lyz2-CreERT2-TSC1flox/flox转基因小鼠模型,进一步验证TSC1/mTOR通路是否参与了线粒体氧化应激介导的巨噬细胞极化障碍,从而可望为临床脊髓损伤患者的修复重建提供理论依据及实验基础。
英文摘要
Spinal cord injury (SCI) remains a serious clinical challenge for orthopedic surgeons globally. Macrophage plays an important role in the regulation of SCI and repair. Recent studies have revealed that mitochondrial oxidative stress in the spinal cord injury impairs the polarization of macrophages, which further leads to unfavorable repair of SCI. However, the effect of mitochondrial oxidative stress on macrophage polarization in SCI regeneration and its mechanism remains unknown. In light of this, our previous study confirmed that improving mitochondrial function could alleviate oxidative stress-mediated impaired macrophage polarization. The main purpose of this study is to further explore the role and potential mechanism of mitochondrial oxidative stress on macrophage function. This study intends to confirm the function of macrophages after SCI both in vitro and in vivo. Moreover, this study also intends to evaluate the effect of attenuating mitochondrial oxidative stress by mitochondrial transplantation or mitochondrial oxygen free radical scavenger (MitoQ) on macrophages polarization and functional recovery of nerve. Finally, the involvement of TSC1/mTOR signaling pathway in the relationship between mitochondrial oxidative stress and macrophage polarization dysfunction is further explored by Lyz2-CreERT2-TSC1flox/flox genetically modified mouse models. This study is expected to elucidate the mechanistic role of mitochondrial oxidative stress on macrophages in SCI repair and provide theoretical basis and fundamental knowledge for the treatment of spinal cord injury.
脊髓损伤后继发性炎症反应及能量代谢障碍是限制神经修复的重要因素,其中巨噬细胞/小胶质细胞功能状态及线粒体氧化应激变化在损伤微环境调控中具有关键作用。本项目围绕“TSC1/mTOR通路调控巨噬细胞线粒体氧化应激在脊髓损伤修复中的作用及机制”开展研究,采用改良Allen’s脊髓损伤模型结合体外细胞实验与材料干预研究,探讨了巨噬细胞线粒体功能调控在脊髓损伤修复中作用。体外实验中,通过诱导RAW264.7细胞形成不同极化状态并提取线粒体,与原代巨噬细胞共培养后发现,不同来源线粒体可重塑巨噬细胞极化表型及线粒体功能。M1来源线粒体显著提高CD86阳性比例(64.33±3.32,P<0.01),而M2来源线粒体显著提高CD206阳性比例(4.15±0.57,P<0.01)。功能检测显示,M2线粒体共培养组ATP水平显著高于M1线粒体组(7.29±0.30 vs 2.47±0.04,P<0.01),膜电位水平明显改善,提示线粒体可作为功能载体调控免疫代谢状态。体内实验中,Mito-Tracker标记显示 M2 型的外源线粒体在损伤节段被稳定吸收。行为学及电生理结果表明,M2来源线粒体移植显著改善小鼠运动功能,6周BMS评分高于M1线粒体移植组(6.00±0.00 vs 3.20±0.20,P<0.01),腓肠肌运动诱发电位波幅明显升高。组织学结果显示,M2线粒体移植可减少细胞凋亡与脊髓空洞形成,而M1线粒体移植不利于修复。为提高线粒体功能及局部干预效果,项目构建并表征了光固化丙烯酰化聚乙二醇化甘油基水凝胶(APPGS)。动物实验表明,APPGS可显著促进脊髓损伤后功能恢复,术后1周BBB评分高于对照组(5.83±1.17 vs 1.50±0.55,P<0.01),并改善步态、电生理及组织修复表现。体外模型进一步证实APPGS可减轻线粒体损伤、维持膜电位稳定并降低细胞凋亡比例。此外,本研究进一步发现SEMA3C在脊髓损伤后小胶质细胞中显著上调,通过RAGE/NF-κB信号轴参与调控神经炎症及轴突修复。综上,本项目从免疫细胞线粒体功能调控角度揭示了脊髓损伤修复的新机制,并提出以线粒体功能保护及材料干预为基础的潜在治疗策略,为相关机制研究提供了实验依据。
程序控释神经诱导肽修饰的棒状颗粒水凝胶促进脊髓损伤修复的实验研究
  • 批准号:
    82372388
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    郑宪友
  • 依托单位:
基于TSC1/mTOR通路调控巨噬细胞线粒体氧化应激在脊髓损伤修复中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82172421
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    郑宪友
  • 依托单位:
巨噬细胞活化在促进脊髓损伤后血管新生中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81974331
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    郑宪友
  • 依托单位:
脊髓损伤经神经途径排便功能重建后脑重塑机制的实验研究
  • 批准号:
    81672144
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    郑宪友
  • 依托单位:
国内基金
海外基金