SDF-1 CXCR4 CXCR7共同参与脑卒中后神经功能的再生修复

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细胞基质衍生因子-1α在脑梗死中作用的研究进展

细胞基质衍生因子-1α在脑梗死中作用的研究进展

细胞基质衍生因子-1α在脑梗死中作用的研究进展陈思莹;段淑荣【期刊名称】《中国卒中杂志》【年(卷),期】2016(011)005【摘要】趋化因子细胞基质衍生因子-1α(stromal derived factor-1α,SDF-1α)及其受体CXCR4、CXCR7在多种细胞及组织中广泛表达,对中枢神经的发育起着重要作用。

近年来研究表明,SDF-1α-CXCR4/CXCR7趋化轴在脑梗死后新生血管的形成及内源性神经干细胞的增殖并迁移至梗死区进行修复的过程中发挥着重要作用,此外,还有影响炎症反应的作用,有可能成为脑梗死治疗的新的靶点。

%The chemokine stromal derived factor-1α (SDF-1α) and its receptorC-X-C chemokine receptor type 4 (CXCR4), C-X-C chemokine receptor type 7 (CXCR7) are widely expressed in a variety of cells and tissues, and play an important role in the development of the central nervous system. Recent studies have identiifed that SDF-1α-CXCR4/CXCR7 chemokine axis participates in the process of the angiogenesis after cerebral infarction and endogenous neural stem cells proliferating and migrating to repair the infarction zone, in addition, this axis has affected the inlfammation after cerebral infarction, it may become the new target for the treatment of brain infarction.【总页数】5页(P414-418)【作者】陈思莹;段淑荣【作者单位】50001 哈尔滨哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科;50001 哈尔滨哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科【正文语种】中文【相关文献】1.基质细胞衍生因子和趋化因子受体在骨髓间充质干细胞治疗心肌梗死中的作用[J], 马莎;王玉璟2.基质细胞衍生因子-1及其受体CXCR4在骨髓干细胞治疗脑梗死中的作用 [J], 陆琳;杨万章3.基质细胞衍生因子-1及其受体CXCR4轴在内源性神经干细胞治疗脑梗死中的作用 [J], 何志承;杨万章;向云;王维;陆琳4.基质细胞衍生因子-1/趋化因子受体4在干细胞治疗心肌梗死中的研究进展 [J], 温瑜林;赵明一;麦明杰;朱平5.基质细胞衍生因子-1/CXC族细胞因子受体4轴在缺氧预处理骨髓间充质干细胞移植促进Sprague-Dawley大鼠急性心肌梗死心脏功能恢复中的作用 [J], 盛瑾;夏宇;石蓓;许官学;赵然尊;沈长银;王冬梅;刘志江因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

SDF-1/_CXCR4_信号轴在MSCs_修复损伤组织中作用的研究进展

SDF-1/_CXCR4_信号轴在MSCs_修复损伤组织中作用的研究进展

第43卷㊀第2期2024年㊀4月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol 43㊀No 2April㊀2024㊃综㊀述㊃基金项目:重庆市自然科学基金(2009bb5040)资助作者单位:1㊀重庆市第六人民医院(重庆㊀400060)2㊀重庆市红十字会医院(江北区人民医院)(重庆㊀400020)通信作者:宋关君,副主任医师㊂E⁃mail:song9973@126 comSDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs修复损伤组织中作用的研究进展杨凌霄1㊀宋关君2摘㊀要㊀骨髓间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)具有自我更新和多向分化潜能,在损伤组织修复中起着重要作用㊂基质细胞衍生因子-1(stromalcell⁃derivedfactor⁃1,SDF⁃1)/CXC趋化因子受体4(CXCchemokinereceptor4,CXCR4)信号轴是由SDF⁃1与其受体CXCR4相互作用构成的耦联分子对,能够进行细胞间信号转导㊁诱导细胞的定向迁移,参与细胞的多种生物学过程㊂研究证实,SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs参与心肌缺血㊁肾脏病变㊁骨组织损伤等损伤组织修复过程中有重要的促趋化和增殖的作用㊂本文简要介绍了SDF⁃1和CXCR4的分子结构,重点阐述了SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs参与相关损伤组织修复中的作用,归纳总结了该领域的研究进展,并展望了该领域未来的发展方向,为深入理解SDF⁃1/CXCR4信号轴及其在MSCs参与组织损伤修复过程中的作用提供理论基础,也为临床上更好地将MSCs应用于损伤组织修复提供参考㊂关键词㊀基质细胞衍生因子-1;CXC趋化因子受体4;间充质干细胞;组织损伤;组织修复DOI:10 3969/j.issn.1002-3208 2024 02 014.中图分类号㊀R318㊀㊀文献标志码㊀A㊀㊀文章编号㊀1002-3208(2024)02-0205-06本文著录格式㊀杨凌霄,宋关君.SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs修复损伤组织中作用的研究进展[J].北京生物医学工程,2024,43(2):205-210.YANGLingxiao,SONGGuanjun.ResearchprogressontheroleofSDF⁃1/CXCR4signalaxisinMSCsrepairinginjuredtissues[J].BeijingBiomedicalEngineering,2024,43(2):205-210.ResearchprogressontheroleofSDF⁃1/CXCR4signalaxisinMSCsrepairinginjuredtissuesYANGLingxiao1,SONGGuanjun21㊀TheSixthPeople sHospitalofChongqing,Chongqing㊀400060;2㊀TheRedCrossHospitalofChongqing(JiangbeiDistrictPeople sHospitalofChongqing),Chongqing㊀400020Correspondingauthor:SONGGuanjun(E⁃mail:song9973@126 com)ʌAbstractɔ㊀Bonemarrow⁃derivedmesenchymalstemcells(MSCs)haveaself⁃renewalcapacityandmultilineagedifferentiationpotential,andplayanimportantroleintherepairofinjuredtissue.Stromalcell⁃derivedfactor⁃1(SDF⁃1)/CXCchemokinereceptor4(CXCR4)signalaxisisacoupledmolecularpairformedbytheinteractionbetweenSDF⁃1andCXCR4,whichcancarryoutsignaltransduction,inducecellmigration,andparticipateinavarietyofbiologicalprocessesofcells.StudieshaveconfirmedthatSDF⁃1/CXCR4signalaxisplaysapivotalroleinpromotingchemotaxisandproliferationinMSCs⁃mediatedtissuerepairofmyocardialischemia,kidneydisease,andbonetissueinjuryandsoon.ThisreviewpaperbrieflyintroducesthemolecularstructureofSDF⁃1andCXCR4,thendiscussestheroleofSDF⁃1/CXCR4signalaxisinMSCs⁃mediatedrepairofrelatedinjuredtissue.Finally,wesummarizetheresearchprogressandprospectthefuturedevelopmentdirectionsinthisfield.ThisreviewprovidesatheoreticalbasisforbetterunderstandingofSDF⁃1/CXCR4axisanditsroleinMSCs⁃mediatedtissuerepair,andbringsareferenceforbetterapplicationofMSCsintissuerepairinclinic.ʌKeywordsɔ㊀stromalcell⁃derivedfactor⁃1;CXCchemokinereceptor4;mesenchymalstemcell;tissueinjury;tissuerepair0㊀引言骨髓间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)是一类多能成体干细胞,在特定环境条件下可分化为成骨细胞㊁软骨细胞㊁脂肪细胞等多种细胞㊂除具有易于分离获取㊁体外增殖能力强㊁不涉及伦理㊁低免疫原性等特点外,MSCs还具有趋化㊁迁移特性,在损伤组织的修复中起着重要作用[1]㊂基质细胞衍生因子-1(stromalcell⁃derivedfactor⁃1,SDF⁃1)主要由骨髓基质细胞和不成熟的成骨细胞分泌,是一种对免疫细胞有趋化作用且相对分子量较小的趋化因子蛋白㊂SDF⁃1又叫前B细胞生长刺激因子(pre⁃B⁃cellgrowthstimulatingfactor,PBSF),在分类上归为趋化因子CXC亚组,系统命名为CXCL12(CXCchemokineligand12),有SDF⁃1α和SDF⁃1β两个异构体,其N-末端是绑定和激活趋化受体的主要功能区,具有7个耦合到G蛋白上的跨膜结构域[2]㊂CXC趋化因子受体4(CXCchemokinereceptor4,CXCR4)属于一种G蛋白耦联受体,是目前人们了解最清楚的SDF⁃1主要受体,包括7个跨膜螺旋,由352个氨基酸组成㊂激活后的SDF⁃1/CXCR4信号能够诱导细胞的定向迁移或参与细胞的多种生物学过程,如血管生成㊁造血作用㊁免疫应答㊁炎症响应㊁癌症转移等[3]㊂越来越多的研究发现,SDF⁃1/CXCR4轴在组织损伤及修复中起着重要的作用㊂本文主要介绍SDF⁃1/CXCR4轴在MSCs参与损伤组织修复中作用的相关研究进展㊂1㊀在MSCs参与心肌梗死修复中的作用心肌梗死(myocardialinfarction,MI)导致的心脏功能失调是当今人类面临的重大健康问题之一,主要表现为长期的肌肉损伤㊁瘢痕形成㊁心脏功能衰退和冠状动脉瞬时堵塞㊂由SDF⁃1参与的基于MSCs的细胞疗法是治疗MI的潜在手段之一[4]㊂在对MI模型的研究中,Tang等[5]发现SDF⁃1α修饰后的MSCs能够提高成活率并且促进MSCs表达SDF⁃1㊁血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),进而激活抗凋亡激酶ERK和AKT信号通路㊂SDF⁃1α修饰后的MSCs移植后具有心肌细胞的表型特征(如表达肌钙蛋白T)和内皮细胞的表型特征(如表达CD31)[6]㊂Zhang等[7]发现MSCs分泌的SDF⁃1能够有效地阻止由于组织部位的缺血导致的心肌细胞死亡,并能够使受损心肌处的胶原I(collagenI,ColI)㊁胶原III(collagenIII,ColIII)和基质金属蛋白酶2(metalloprotease2,MMP2)㊁基质金属蛋白酶9(metalloprotease9,MMP9)㊁转化生长因子β(transforminggrowthfactor⁃β,TGF⁃β)表达降低㊂Zhuang等[8]将SDF⁃1注入兔MI模型中,发现不但MSCs向受伤心肌处的迁移增加,而且受损处的新血管形成能力明显提高㊂采用SDF⁃1处理MSCs后再移植,都呈现不同程度的左心室壁厚度增加㊁梗死面积减少㊁毛细血管和小动脉数量增加㊁心室扩张减小等心脏功能改善的现象㊂有研究发现心肌中SDF⁃1的表达只在MI的早期阶段出现㊂将MSCs注射到缺血心肌处后的4d内能够起到改善心肌的效果,而在注射后的8d和16d观察这种积极的作用消失,与此同时心肌中SDF⁃1的表达也很低㊂最近的研究也证实,SDF⁃1/CXCR4介导的干细胞动员参与了电针对心肌梗死小鼠的心脏保护作用[9]㊂这些结果提示,SDF⁃1是募集MSCs的关键作用因子㊂同时,SDF⁃1在MI的早期阶段表达也提示,在应用MSCs进行MI治疗中,对患者进行MSCs治疗的最佳时间也是一个不容忽视的问题㊂总的来看,SDF⁃1/CXCR4信号轴能促进MSCs向MI部位定向迁移,迁移到损伤部位的MSCs能阻止心肌细胞凋亡,促进血管生成,对MI㊃602㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷导致的心脏损伤组织表现出良好的修复作用,但由于SDF⁃1在MI中的表达呈现出时效性,因此,在临床上应用MSCs进行MI患者治疗中如何确定MSCs治疗的最佳时间以取得更好的疗效还需进一步探究㊂2㊀在MSCs参与肾脏疾病修复中的作用新近的研究发现,MSCs可能通过其旁分泌和自分泌的机制实现对肾脏疾病的修复,包括促有丝分裂㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗纤维化和促血管生成等作用实现,而在此过程中MSCs的分化效果却并不十分明显[10]㊂SDF⁃1能够增强低氧预处理(hypoxicpreconditioning,HP)后的MSCs对肾脏疾病的治疗作用,包括促进MSCs分泌SDF⁃1和其受体CXCR4㊁CXCR7[11]㊂其中,SDF⁃1/CXCR4提高MSCs的趋化性,而SDF⁃1/CXCR7增加迁移后MSCs的成活数量㊂通过建立肾脏疾病模型,Tögel等[12]发现SDF⁃1对高表达CXCR4受体的细胞起到重要的募集和归巢作用㊂SDF⁃1对肾脏缺血的这种响应是受低氧条件中调节细胞反应的主要转录因子HIF⁃1(hypoxia⁃induciblefactor⁃1)所调节㊂SDF⁃1还能够显著提高MSCs对其他细胞因子的旁分泌作用,比如:诱导血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)㊁碱性成纤维细胞生长因子(basic⁃fibroblastgrowthfactor,b⁃FGF)㊁胰岛素样生长因子1(insulin⁃likegrowthfactor,IGF⁃1)㊁肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor,HGF)等的分泌㊂另外,SDF⁃1也能诱导T细胞的排斥反应,从而呈现出在受损组织处的抗炎症反应㊂也有研究发现缺血肾脏处自身表达SDF⁃1也在一定程度上增加了MSCs向其部位的迁移㊁粘附功能,促进了MSCs对肾脏损伤的修复作用[13]㊂MSCs定向迁移到损伤部位后,主要以旁分泌和定向分化两种机制实现对损伤组织的修复作用[1]㊂在MSCs参与肾脏损伤组织修复研究中,发现SDF⁃1/CXCR4能提高MSCs的趋化性,促进其旁分泌作用,进而展现出促肾脏细胞增殖㊁促血管生成㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗纤维化等系列修复作用,但在该修复过程中MSCs的定向分化作用并不明显[10],其原因值得深入探讨㊂在该过程中若能同时发挥MSCs的旁分泌功能和定向分化两种作用,应该会收到更好的修复效果㊂3㊀在MSCs参与骨组织损伤修复中的作用在骨组织工程和骨组织损伤修复领域,提高MSCs向受损组织处的定向募集和归巢能力是一种有效的方法[14]㊂SDF⁃1能够刺激MSCs向异位植入位点的迁移㊂对骨形成蛋白2(bonemorphogeneticprotein2,BMP2)诱导的MSCs向成骨细胞分化的调节作用也是学者关注的关键问题之一[15]㊂Kitaori等[16]的研究发现,在骨修复的初期,骨移植处的SDF⁃1表达水平增高,进而SDF⁃1通过与其受体CXCR4之间的相互作用招募MSCs到达受伤位点,从而加速新骨形成㊂而在SDF⁃1诱导MSCs向骨细胞分化方面,有实验研究显示,阻断SDF⁃1/CXCR4信号显著降低BMP2诱导的MSCs成骨分化中前成骨细胞标志物碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)的活性和成熟成骨细胞标志物骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)的合成[17]㊂其次,在MSCs成骨分化过程中,破坏SDF⁃1信号会损害受伤位点处的骨结节矿化㊂阻断SDF⁃1信号也抑制BMP2诱导的MSCs成骨分化的两个关键因子Runx2(runt⁃relatedtranscriptionfactor⁃2)和Osterix(Osx)的早期表达[18]㊂进一步的研究发现,这种影响主要是通过SDF⁃1/CXCR4轴对细胞内的Smad和ERK的活性调节来实现的[19]㊂此外也有研究发现,在含BMP2的植入物中添加SDF⁃1,可以提高从骨髓中募集骨祖细胞的效率,增加BMP2诱导的异位骨的形成[20]㊂4㊀在MSCs参与脑损伤修复中的作用将MSCs移植到中枢神经系统紊乱的动物模型(如脑卒中)中,MSCs可以向中枢神经受损处募集㊁迁移,并且能够提高神经细胞特异性蛋白的表达,进而提高局部神经系统的功能[21]㊂Kortesidis等[22]深入探究了其分子机制,发现移植后的MSCs通过自分泌和旁分泌的方式上调SDF⁃1及其受体CXCR4的表达,促进自身的增殖和存活㊂Shichinohe等[23]首次直接通过体内CXCR4敲除的小鼠动物模型实验,发现脑卒中区域能够激活星形胶质细胞分泌SDF⁃1,SDF⁃1与MSCs上表达的CXCR4作用,诱导MSCs向卒中处的迁移㊂迁移后的MSCs又通过自身表达的SDF⁃1促进其本身在宿㊃702㊃第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨凌霄,等:SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs修复损伤组织中作用的研究进展主大脑处的增殖和成活,通过调动体内的相关修复机制,最终参与神经系统功能的恢复㊂该研究结果揭示了SDF⁃1/CXCR4对移植后MSCs存活和增殖的作用机制㊂Wang等[24]的研究也发现,SDF⁃1α和其受体CXCR4在诱导干细胞向受伤组织处的迁移中发挥的积极作用,并且通过绿色荧光蛋白(greenfluorescenceprotein,GFP)标记的MSCs发现,在脑卒中损伤中,MSCs的迁移是沿着嗅神经-丘脑和海马-皮质路线这一轨迹进行的㊂在受伤脑组织中,SDF⁃1/CXCR4能够诱导MSCs的募集和迁移㊁粘附以及调节造血作用等[25]㊂同时,由于很多白细胞能够表达CXCR4受体,所以SDF⁃1也表现出了抗炎的潜在作用,即SDF⁃1能够调动脑卒中处的固有免疫反应[26]㊂Bakondi等[27]还发现大脑初级神经元中存在以SDF⁃1为基础的生存信号,以保护神经前体细胞免受缺氧造成脑部损伤引起的细胞凋亡,证明SDF⁃1具有抗凋亡的作用㊂近年来发现,SDF⁃1的另一受体CXCR7在这一过程中也发挥重要的作用[28],但对其分子机制尚缺乏深入认识㊂因此,CXCR4和CXCR7两种受体在该过程中的作用方式(独立或协同)以及贡献大小等问题都需要进一步明确㊂5㊀在MSCs参与肿瘤微环境重塑中的作用正常组织发生恶变可被视为一种特殊的组织损伤,炎性微环境是肿瘤组织的重要特征之一㊂肿瘤组织能募集MSCs参与肿瘤微环境的重塑,并对肿瘤细胞的生物学行为产生重要影响㊂肿瘤细胞与MSCs之间的交互对话及相互影响成为近年来肿瘤领域的研究热点,但是,目前人们对于MSCs如何参与肿瘤微环境的重塑以及MSCs如何影响肿瘤细胞的生物学行为还缺乏系统认识㊂有研究发现,迁移到肿瘤组织的MSCs对肿瘤细胞的增殖起抑制作用㊂Lu等[29]将小鼠骨髓来源MSCs与小鼠肝癌细胞系㊁淋巴瘤及大鼠胰岛瘤细胞系共培养,发现MSCs对鼠瘤的生长起抑制作用,并且抑制效果与MSCs的量成正比㊂Khakoo等[30]也发现MSCs对卡波西肉瘤的抑制是剂量相关的,提示MSCs对肿瘤细胞的抑制行为可能呈现出剂量依赖关系㊂皮下注射MSCs到黑色素瘤鼠体内发现肿瘤细胞凋亡明显增加,其生长也受到明显抑制[31]㊂多种细胞因子或趋化因子能促进MSCs向肿瘤组织迁移㊂研究发现,MSCs与肿瘤细胞(或其条件培养基)共培养时,MSCs能高表达SDF⁃1,诱导MSCs向肿瘤细胞迁移[32]㊂相关研究进一步探讨了后续信号的传递,发现SDF⁃1激活了信号通路JAK2/STAT3和MAPK,进而活化下游信号PAX(paxillin)和NF⁃kB,导致细胞骨架的重排和细胞迁移行为的变化[33]㊂SDF⁃1/CXCR4在诱导MSCs对急性髓性白血病(acutemyeloidlekemia,AML)的修复中也具有重要作用[34]㊂研究发现,AML患者的外周血中SDF⁃1的分泌量有所下降,对MSCs的迁移效率带来不利影响,但SDF⁃1的这种不足可以在外源加入MSCs之后得到明显改善[35]㊂在MSCs参与肿瘤微环境的重塑中,也有研究发现MSCs促进了多种类型肿瘤细胞的增殖㊁侵袭和转移[36-37],或者促进肿瘤血管形成[38],提示MSCs对肿瘤细胞的生物学行为呈现双向影响㊂SDF⁃1/CXCR4轴在肿瘤的侵袭转移中发挥了重要作用,对其有效干预可能成为肿瘤治疗的新靶点㊂但是,由于MSCs对肿瘤细胞的生物学行为呈现出双向影响效应,因此如果要应用MSCs进行肿瘤患者损伤组织的修复,应该特别警惕MSCs在肿瘤微环境重塑中的负面作用㊂将来的研究工作需进一步深入探究MSCs对肿瘤组织的作用并揭示其分子机制,这样不仅能更好地认识MSCs重塑肿瘤微环境后,肿瘤细胞生物学行为的变化特征,而且能为将MSCs发展成为安全有效的抗肿瘤和损伤组织修复工具提供理论指导㊂6㊀结语SDF⁃1及其受体CXCR4构成的SDF⁃1/CXCR4轴对细胞的多种生物学行为起着重要调控作用㊂近年来,越来越多的研究证实了SDF⁃1/CXCR4轴在MSCs对损伤组织进行修复过程中所扮演的重要角色㊂本文主要总结了MSCs在参与心肌梗死㊁肾脏疾病㊁骨组织损伤㊁脑损伤修复以及肿瘤微环境重塑中的主要生物学效应以及SDF⁃1/CXCR4信号轴在该过程中的关键信号介导作用(表1)㊂尽管人们在该领域的研究已取得了不少成果,但目前人们对于SDF⁃1/CXCR4轴参与MSCs介导的损伤组织修复的详细分子机制还缺乏系统㊁深入的认识㊂另一㊃802㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷方面,近年的研究发现CXCR7是SDF⁃1的另一受体㊂对于SDF⁃1/CXCR7在MSCs参与的损伤组织修复中的作用以及CXCR4与CXCR7之间的关系,有许多工作尚需进一步深入探索㊂随着国内外学者对SDF⁃1/CXCR4和SDF⁃1/CXCR7影响MSCs增殖㊁迁移㊁分化等生物学行为研究的不断深入,SDF⁃1/CXCR4和SDF⁃1/CXCR7参与MSCs进行组织修复的分子机制及相关信号调控网络将被逐步阐明,这对更好地将MSCs应用于损伤组织修复和再生医学具有重要意义㊂表1㊀MSCs在不同损伤组织修复中的生物学效应Table1㊀ThebiologicaleffectsofMSCsintherepairofdifferentdamagedtissues损伤组织类型主要生物学效应参考文献心肌梗死SDF⁃1/CXCR4促进MSCs定向迁移;MSCs阻止心肌细胞凋亡,促进血管生成[5-8]肾脏组织损伤SDF⁃1/CXCR4提高MSCs趋化性,促进其旁分泌作用;MSCs促肾脏细胞增殖㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗纤维化和促血管生成[10-12]骨组织损伤SDF⁃1/CXCR4增强MSCs的募集和归巢;诱导MSCs的成骨分化,加速新骨形成[15-20]脑组织损伤MSCs上调SDF⁃1和CXCR4表达;诱导MSCs的迁移㊁粘附;调节脑卒中组织的免疫反应和造血作用[21-27]肿瘤微环境重塑SDF⁃1/CXCR4促进MSCs向肿瘤组织迁移;MSCs对肿瘤细胞增殖㊁侵袭和转移起抑制或促进作用,对肿瘤细胞生物学行为的影响呈现双向效应[29-38]参考文献[1]㊀FuX,LiuG,HalimA,etal.Mesenchymalstemcellmigrationandtissuerepair[J].Cells,2019,8(8):784.[2]㊀SadriF,RezaeiZ,FereidouniM.ThesignificanceoftheSDF⁃1/CXCR4signalingpathwayinthenormaldevelopment[J].MolecularBiologyReports,2022,49(4):3307-3320.[3]㊀LingL,HouJ,LiuD,etal.ImportantroleoftheSDF⁃1/CXCR4axisinthehomingofsystemicallytransplantedhumanamnion⁃derivedmesenchymalstemcells(hAD⁃MSCs)toovariesinratswithchemotherapy⁃inducedprematureovarianinsufficiency(POI)[J].StemCellResearch&Therapy,2022,13(1):79.[4]㊀FreitasC,WangX,GeY,etal.Comparisonoftroponinelevation,priormyocardialinfarction,andchestpaininacuteischemicheartfailure[J].CJCOpen,2020,2(3):135-144.[5]㊀TangJ,WangJ,GuoL,etal.Mesenchymalstemcellsmodifiedwithstromalcell⁃derivedfactor1αimprovecardiacremodelingviaparacrineactivationofhepatocytegrowthfactorinaratmodelofmyocardialinfarction[J].MoleculesandCells,2010,29(1):9-19.[6]㊀JiangQ,HuangK,LuF,etal.ModifyingstrategiesforSDF⁃1/CXCR4interactionduringmesenchymalstemcelltransplantation[J].GeneralThoracicandCardiovascularSurgery,2022,70(1):1-10.[7]㊀ZhangM,MalN,KiedrowskiM,etal.SDF⁃1expressionbymesenchymalstemcellsresultsintrophicsupportofcardiacmyocytesaftermyocardialinfarction[J].FASEBJournal,2007,21(12):3197-3207.[8]㊀ZhuangY,ChenX,XuM,etal.Chemokinestromalcell⁃derivedfactor1/CXCL12increaseshomingofmesenchymalstemcellstoinjuredmyocardiumandneovascularizationfollowingmyocardialinfarction[J].ChineseMedicalJournal,2009,122(2):183-187.[9]㊀ZhaoTT,LiuJJ,ZhuJ,etal.SDF⁃1/CXCR4⁃mediatedstemcellmobilizationinvolvedincardioprotectiveeffectsofelectroacupunctureonmousewithmyocardialinfarction[J].OxidativeMedicineandCellularLongevity,2022,2022:4455183.[10]㊀Sierra⁃ParragaJM,MerinoA,EijkenM,etal.Reparativeeffectofmesenchymalstromalcellsonendothelialcellsafterhypoxicandinflammatoryinjury[J].StemCellResearch&Therapy,2020,11(1):352.[11]㊀LiuH,LiuS,LiY,etal.TheroleofSDF⁃1⁃CXCR4/CXCR7axisinthetherapeuticeffectsofhypoxia⁃preconditionedmesenchymalstemcellsforrenalischemia/reperfusioninjury[J].PLoSOne,2012,7(4):e34608.[12]㊀TögelF,IsaacJ,HuZ,etal.RenalSDF⁃1signalsmobilizationandhomingofCXCR4⁃positivecellstothekidneyafterischemicinjury[J].KidneyInternational,2005,67(5):1772-1784.[13]㊀KameishiS,DunnCM,OkaM,etal.Rapidandeffectivepreparationofclonalbonemarrow⁃derivedmesenchymalstem/stromalcellsheetstoreducerenalfibrosis[J].ScientificReports,2023,13(1):4421.[14]㊀SunX,LiX,QiH,etal.MiR⁃21nanocapsulespromoteearlybonerepairofosteoporoticfracturesbystimulatingtheosteogenicdifferentiationofbonemarrowmesenchymalstemcells[J].JournalofOrth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《2024年远隔肢体缺血后处理调控SDF-1-CXCR4轴对大鼠全脑缺血损伤的影响》范文

《2024年远隔肢体缺血后处理调控SDF-1-CXCR4轴对大鼠全脑缺血损伤的影响》范文

《远隔肢体缺血后处理调控SDF-1-CXCR4轴对大鼠全脑缺血损伤的影响》篇一远隔肢体缺血后处理调控SDF-1-CXCR4轴对大鼠全脑缺血损伤的影响一、引言随着医学的进步,缺血性损伤已成为全球范围内亟待解决的重大健康问题。

全脑缺血损伤因其致死致残率高,更是受到医学界的高度关注。

远隔肢体缺血后处理(Remote Ischemic Postconditioning, RIPC)作为一种新兴的缺血保护策略,被认为能够减轻全脑缺血再灌注时的损伤。

近年来,越来越多的研究表明,SDF-1(基质细胞衍生因子1)/CXCR4(C-X-C趋化因子受体4)轴在脑部缺血性损伤中发挥重要作用。

因此,本实验旨在探究远隔肢体缺血后处理如何调控SDF-1/CXCR4轴,从而对大鼠全脑缺血损伤的影响进行探讨。

二、实验方法(一)动物与模型建立实验选用的对象为SD大鼠,分为正常对照组、缺血对照组和远隔肢体缺血后处理组(RIPC组)。

利用四动脉结扎法建立全脑缺血模型。

(二)远隔肢体缺血后处理RIPC组在全脑缺血前,对大鼠的肢体进行短暂反复的缺血再灌注处理。

(三)SDF-1/CXCR4轴的检测通过免疫组织化学和Western Blot等方法,检测各组大鼠脑组织中SDF-1和CXCR4的表达水平。

三、实验结果(一)SDF-1/CXCR4轴的表达变化与正常对照组相比,全脑缺血后的大鼠脑组织中SDF-1和CXCR4的表达明显增加。

而经过远隔肢体缺血后处理的大鼠,其SDF-1和CXCR4的表达水平有所降低。

(二)RIPC对全脑缺血损伤的影响RIPC组大鼠在全脑缺血后的神经功能恢复情况明显优于缺血对照组,表现出更好的神经保护作用。

同时,RIPC组的脑组织病理学损伤程度也相对较轻。

(三)SDF-1/CXCR4轴与RIPC的关系远隔肢体缺血后处理能够降低SDF-1/CXCR4轴的表达水平,进而对全脑缺血再灌注时神经细胞的功能起到保护作用。

提示RIPC可能是通过调控SDF-1/CXCR4轴发挥其保护作用。

CXCR7抗体可改善脑缺血后的认知功能?

CXCR7抗体可改善脑缺血后的认知功能?

CXCR7抗体可改善脑缺血后的认知功能?基质细胞衍生因子-1及其受体CXCR4是成人海马齿状回神经再生的重要调节因子。

然而,对于基质细胞衍生因子-1的新型非典型受体CXCR7在脑卒中后海马神经再生中的作用知之甚少。

中国医科大学附属第一医院的赵珊珊等的一项最新研究将大鼠随机分为4组:假手术组,缺血组,假手术和缺血大鼠分别给予CXCR7中和抗体治疗。

将内皮素1注射到大鼠大脑运动皮质和纹状体中以建立局灶性脑缺血模型。

假手术组用生理盐水替代内皮素1进行颅内注射。

治疗组大鼠于术后1周开始向侧脑室输注CXCR7中和抗体并持续给药6 d。

(1)实验采用双皮质素(DCX,神经前体细胞标记物)免疫荧光染色方法来评估海马齿状回中的神经再生,发现脑缺血后抗CXCR7抗体输注增加了假手术和脑缺血大鼠海马齿状回中DCX阳性细胞的增殖和促进树突的发育成熟;(2)缺血后30-32 d,采用Morris水迷宫测试评估大鼠的空间学习和记忆功能,结果发现CXCR7中和抗体治疗显著缩短了缺血性脑损伤大鼠在水迷宫定位航行实验中的逃避潜伏期,并延长了在空间探索试验中在目标象限游泳的时间百分比,但对假手术大鼠的认知功能没有明显影响;(3)上述实验结果表明CXCR7中和抗体能够增强大鼠海马齿状回中的神经再生并改善脑缺血后的认知功能。

文章研究成果发表在《中国神经再生研究(英文版)》杂志2020年6月第6期。

文章摘要:基质细胞衍生因子-1及其受体CXCR4是成人海马齿状回神经再生的重要调节因子。

然而,对于基质细胞衍生因子-1的新型非典型受体CXCR7在脑卒中后海马神经再生中的作用知之甚少。

实验首次探究了CXCR7中和抗体对大鼠脑缺血慢性期海马齿状回神经再生以及相关的认知功能恢复的影响。

将大鼠随机分为4组:假手术组,缺血组,假手术和缺血大鼠分别给予CXCR7中和抗体治疗。

将内皮素1注射到大鼠大脑运动皮质和纹状体中以建立局灶性脑缺血模型。

假手术组用生理盐水替代内皮素1进行颅内注射。

脑卒中的脑神经修复与再生医学

脑卒中的脑神经修复与再生医学

脑卒中的脑神经修复与再生医学脑卒中是一种常见而严重的疾病,据统计,全球每年有数百万人因脑卒中而残疾或死亡。

脑卒中是由于脑血管突然破裂或阻塞,导致脑部供血不足而引起的神经损伤。

对于脑卒中患者来说,脑神经的损害是导致残疾的主要原因之一。

然而,近年来,再生医学的研究取得了巨大的进展,为脑神经的修复提供了新的希望。

1. 了解脑神经修复与再生医学脑神经修复与再生医学是一门综合性学科,致力于通过使用干细胞、基因编辑技术和生物材料等手段,促进脑部神经细胞的再生和重新连接,从而恢复脑部功能。

这一领域的研究主要集中在两个方面,一是通过干细胞移植来替代受损的神经细胞,二是通过激活脑部内在的再生机制来促进神经细胞的再生。

2. 干细胞疗法在脑神经修复中的应用干细胞是一种可以自我更新并分化为多种细胞类型的细胞,因此在脑神经修复中具有巨大的潜力。

目前,研究人员已经成功地将干细胞移植到脑卒中患者的脑部,这些干细胞可以分化为神经细胞,填补受损区域,并恢复神经功能。

此外,干细胞还可以释放多种生长因子和细胞因子,促进周围神经组织的再生,并提供支持和保护。

3. 基因编辑技术在脑神经修复中的前景基因编辑技术是一种先进的技术,可以准确地改变细胞的基因序列,从而对疾病相关基因进行修改。

在脑神经修复中,基因编辑技术可以用于修复受损的神经细胞,恢复其正常功能。

例如,通过修复某些突变基因,可以改善神经细胞的自愈能力,并促进神经连接的恢复。

尽管目前基因编辑技术仍处于研究阶段,但它代表了未来脑卒中神经修复治疗的一个重要方向。

4. 生物材料在脑神经修复中的应用生物材料是一种能够为细胞提供临时或永久性支持的材料,被广泛应用于再生医学领域。

在脑神经修复中,生物材料可以作为支撑脑部组织的框架,帮助受损的神经细胞重新生成和连接。

此外,生物材料还可以释放生长因子和细胞因子,促进神经细胞的再生和功能恢复。

虽然生物材料在脑卒中神经修复中的应用还存在一些挑战,但它仍然是一个具有潜力的研究领域。

SDF-1-CXCR4轴在心肌损伤与修复中的作用

SDF-1-CXCR4轴在心肌损伤与修复中的作用
后, S DF 一 1水 平 上 调 , 并 从 损 伤 组 织 中快 速 释放 , 形
组 织 和器 官 中都 有 表 达 , 特别 是骨髓 、 淋 巴结 、 肝
脏、 肾脏 和 中枢 神 经 系 统 等 , 心肌上也有 S D F 一 1的 表 达 ] 。其 N 末端 可 以连 接与 激 活跨 膜 的 G 蛋 白 偶 联受 体 J 。C X C R 4是 S DF 一 1最 主 要 也 是 目前 研 究 最多 的受 体 , 其 在 多 种 类 型 的细 胞 表 面 都 有 表 达, 如血 细 胞 ( 淋 巴细胞 、 单核 细胞 等) 、 造 血 干 细 胞、 胚胎 干细 胞等 _ 4 。S D F 一 1 一 C X C R 4轴 广泛参 与 从
白激 酶 C( P KC) 、 磷 脂 酰肌 醇 3激 酶/ 丝 氨 酸/ 苏氨 酸 激酶 ( P I 3 K/ Ak t ) 、 信号接 头蛋 白 c ( C r k ) 、 核 因子 一
K B( NF — K B ) 、 细 胞 外 调 节 蛋 白激 酶 I / 2 ( E R K 一 1 / 2 )
治 疗提 供 一 个 新 的 途 径 。 【 关键 词1 S DF 一 1 ; CXCR4; 干细胞 ; 心 肌 损 伤 d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 3 — 6 5 8 3 . 2 0 1 3 . 0 3 . 0 1 3
心 脏 病 是 全 球 范 围 内 主 要 的致 死 原 因 之 一 。
包括 白血病 、 肿瘤、 人 类 免疫 缺 陷病 毒 ( HI V) 感 染l _ 7 ] 、 风 湿性 关节 炎 ¨ 8 ] 、 肝病 、 肾病 及 一 些 自身 免 疫 性 疾病 。S D F 一 1 一 C X C R 4轴 在 损 伤 和组 织 修 复 中的 关 键作 用 之 一 就 是 启 动 干 细胞 归 巢 。 当损 伤 发 生

缺血性脑卒中患者SDF-1的变化及临床意义

本研 究在此 基 础 上选 择 SDF-1,探讨 其 在 缺 血性 脑 卒 中患者 中的水 平变化 。结果显示 在缺 血性脑 卒 中发生 的第 1日,有效组 的 SDF-1浓度 明显低于对 照组 ,在第 7、 14日时 ,有效 组 的 SDF-1浓度 快速 升高 ,在第 21日时 降 至对 照组水平 ,而无效组 则缓慢上 升至对照组水 平 。


无 效 维 l8 73.46士 10.01△
83.48士 9.45A
83.28土 7.26A
99.67± 8.34
对 照 组 30 100.55士 17.26
1O1.34士 10.1l
l03.22土 13.45
l02.45± 11.29
注 与 对 照 组 比较 .△ P<0.05,与 无 效 组 比 较 .▲ P< 0.05
采 用 t检验 。P<O.05为 差异 有统 计学 意义 。 3 结 果
ELISA 结 果显示 ,在 第 1、7、14日,治 疗 组 (有 效 组 和无 效 组 )的 SPF-I浓 度 与对 照组 比较 ,差 异有 统 计 学 意 义 (P<O.05),且有 效 组 的 SPF-1浓度 均 高 于对 照 组 (P< 0.05)。见 表 1。
缺血 性脑 卒 中是 临床上 常见 的神 经 内科疾 病之 一 , 易导 致栓 塞部 位末 梢 的 脑血 管 内皮 因 缺 氧 发生 坏 死 和 脱 落 。近 年来 研 究 显 示 ,体 循 环 中 的 血 管 内皮 祖 细 胞 (endothelial progenitor cells,EPCs)可 以分 化 为 内皮 细胞 ,修 复受 损伤 的 脑血 管 内皮 [1]。EPCs是 一 种 具 有 旁 分 泌功 能 的 细 胞 ,可 通 过 分 泌 基 质 细 胞 衍 生 因子 一1 (stroma.1 cell—derived factor-1,SDF一1)促 进 自身 的 增 殖 、分化 和成 熟 以达 到 修复受 损 内皮 的 目的[2]。文献 报 道 ,EPCs的数 量在 缺血 性 脑 卒 中患 者 体 内会 呈 现 规 律 性变 化 ,这可 能导 致其 分泌 的细 胞 因子在 外周 血 中也发 生改 变 。在此 基 础 上 ,笔 者 分 析 SDF-1在 缺 血 性 脑 卒 中患 者 中的变 化特 点 ,为寻 找缺 血性脑 卒 中转 归 的血液 标 志 物提 供依 据 。 1 临床 资料 1.1 一般 资料 选 择 2016年 7月至 2017年 4月 在安 阳市 第 三人 民 医院神 经 内科 住 院 的缺 血 性 脑卒 中 患 者 77例 。根 据治 疗 结 果 分 为 有 效 组 和 无 效 组 ,其 中有 效 组 59例 ,无效 组 18例 ,同 时选 取 在 我 院 门诊 体 验 的健 康人 3O例为 对照 组 。治疗 组男 51例 ,女 26例 ;平 均年 龄 (67.4土4.5)岁 ,患者 发 病 至入 院时 间 间 隔均 在 24 h 以 内 ,经 过头 颅 CT或 MRI检 测 均 显 示 为 缺 血 性 脑 卒 中 ,符 合《各类 脑血 栓 疾 病 诊 断 要 点 》中 的诊 断 标 准[3]。 均在 我 院伦理 委员 会批 准 和患 者 本 人 同意 的情 况 下 取 得血 液标 本 。 2 方 法 2.1 试 验试 剂及 仪 器 SDF-1酶联 免疫 吸附检 测 试剂 盒购 买 于美 国 Rapidbio公 司 ;离 心机 购 买 于 湘仪 公 司 ; 550酶标 仪 购买 于美 国 Bio-Rad公 司 。

脑卒中后的神经再生和修复

脑卒中后的神经再生和修复脑卒中是一种常见的疾病,患者在病后往往面临着身体机能受损、能力下降的问题。

尽管人类大脑非常复杂,但却拥有着强大的修复能力。

科学家们正在寻找新的方法来加速大脑的恢复过程,进而帮助脑卒中患者重拾健康。

神经再生和修复机制在过去几十年中,神经科学领域的研究已经逐渐揭示了大脑中神经元和突触的基本工作原理,但神经再生和修复机制依然是一个未知。

过去的研究表明,神经干细胞在人类大脑中处于被抑制状态,以防止神经元再生和过度成长。

然而,在某些情况下,神经干细胞可以被激活,从而尝试修复受损的大脑区域。

实验研究表明,当大脑受到损伤时,神经干细胞会迁移至受损区域,并分化为新的神经元和神经胶质细胞。

这种修复过程需要施加适当的刺激,例如血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子等,来增加血管新生和神经元再生。

脑卒中的神经再生和修复对于脑卒中患者来说,神经再生和修复豪无疑问是一种有前途的治疗方法。

一些实验表明,干细胞治疗和神经营养因子治疗都能够促进脑卒中患者的神经再生和修复。

例如,增加神经营养因子BNP的表达可以促进神经再生和康复。

此外,一些研究表明,物理治疗、运动和物理活动也可以促进神经再生和修复。

研究表明,运动可以促进神经元的再生,并增强神经细胞的成长和分化。

活性氧类单核苷酸,特别是抗氧化剂,也可能在修复神经元方面发挥作用。

作为治疗脑卒中的一种方法,要求患者摄取大量抗氧化剂,以抵抗自由基的侵害,并帮助促进受损神经的恢复。

尽管还有待更多的研究来了解脑卒中后的神经再生和修复机制,但目前我们已经有了一些重要的进展。

随着科学家们继续努力研究这一领域,我们可以期待更多的疗法来帮助脑卒中患者重新获得健康。

趋化因子SDF—1研究进展

趋化因子SDF—1研究进展趋化因子SDF-1属于CXC类趋化因子,其与机体的胚胎发育、细胞的迁徙与归巢、血管形成与修复、细胞分化、免疫、肿瘤发生等方面均有密不可分的联系。

文章对SDF-1来源、结构、生物特性、与疾病的联系、临床应用等方面的中、西医研究进展进行综述。

标签:SDF-1;CXCL-12;研究进展SDF-1(Stromal Cell-derived Factor-1)是一类具有趋化活性的细胞因子,系统命名为CXCL-12,是CXC类趋化因子亚家族的一名成员。

CXCL-12是由基质细胞持续分泌的,因此CXCL-12被命名为基质细胞衍生因子-1(Stromal Cell-Derived Factor-1,SDF-1)。

SDF-1有SDF-1α和SDF-1β两种亚型,SDF-1α为其主要亚型。

SDF-1在淋巴结、肺、肝、骨髓、小肠、肾、皮肤、脑和骨骼肌中均有表达,这些组织器官的血管内皮细胞、间质成纤维细胞和成骨细胞均可持续性分泌SDF-1[1]。

且在一些病理性疾病如炎症、缺血和缺氧,以及在促血管生成的环境下如肿瘤和自身免疫疾病中,SDF-1的表达量会显著升高[2]。

又因其对祖B和前B细胞有趋化作用,故又称其为前B细胞刺激因子(Pre-B-Cell Growth-Stimulating Factor,PBSF)[3]。

1 SDF-1的结构特征趋化因子是一类结构相似的小分子(8-10 kD)蛋白质。

因靠近分子N-端的两个半胱氨酸(Cys)的位置状态不同,趋化因子被分为了4个亚类:CXC(插入一氨基酸残基)类、CC(不插入氨基酸残基)类、C(N端只有一个Cys)类和C3XC(插入3个氨基酸残基)类。

SDF-1属于CXC类趋化因子,其基因编码序列位于10q111,开放读码框为270 bp,由68个氨基酸构成[4]。

Crump 等[5]利用核磁共振谱分析溶解态SDF -1所获得的数据提出了SDF- 1的结构模型:SDF-1 以单体形式存在,除N端的1~8 氨基酸残基和C 端的66~67 氨基酸残基外,结构和其它CXC类趋化因子类似。

SDF-1及受体CXCR4在中枢神经系统的作用

综 述S DF-1及受体CX CR4在中枢神经系统的作用范寿成 综述 杨智勇 审校昆明医学院第一附属医院神经外科(云南昆明 650032) 【摘要】 趋化因子是具有趋化作用的一类细胞因子,参与白细胞迁移的调控,在炎症中诱导性表达,与炎症过程密切相关,最初的研究主要局限于免疫系统。

近几年来研究发现,趋化因子不仅参与神经系统疾病的炎症过程,而且在神经细胞成熟、发育、血管生成、肿瘤、艾滋病等发挥重要作用。

本文主要针对趋化因子SDF-1及受体CXCR4在神经系统中的作用及相关机制的研究成果予以综述,将有助于深入理解趋化因子与神经系统的关系,为进一步的研究提供依据。

【关键词】 SDF-1;CXCR4;中枢神经系统Eff ects of SD F-1a nd CXCR4on the ne r vous syste m F AN Shoucheng,Y ANG Zhiyong.Dep artment o f Neuro surgery,the First Affiliated Ho spital o f Kunming Medical Co llege,Kunming650032,Y unnan【A bst rac t】Chemok ine s,a v ariety o f ch emotactic cy tok in es,p lay a piv otal part in th e control o f leuk ocytetrafficking.Because chemokines and their receptors were intimately inv olv ed in th e o rchestratio n o f in flammato ryrespon ses and inducib ly ex pressed,the in itial re2 search es were con fined to the immune sy stem.Ho wev er,recent intrigu ing finding s rev ealed that it also hav e an important e ffect on nerv e cellu2 lar maturatio n and dev elo pment,angiog enesi s,astro cytoma,AIDS.Th is review article summarizes the recent adv ances in the role o f SD F-1and CXCR4in th e n erv ous sy stem and th e mechani sm s concerned,which will admin ister to penetrating understand the relation ship o f chemokines and the nerv ou s sy stem and will p rov ide evidence for further research.【Ke y w ords】SD F-1;CXCR4;Nerv ous sy stem 趋化因子是一类一级结构相似、以对白细胞等多种细胞具有趋化定向运动作用为特征的小分子蛋白。

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Advances in Clinical Medicine 临床医学进展, 2020, 10(7), 1360-1366Published Online July 2020 in Hans. /journal/acmhttps:///10.12677/acm.2020.107205SDF-1/CXCR4/CXCR7 Are Jointly Involvedin the Regeneration and Repair of NerveFunction after StrokeYanping Fan, Hongliang Zhang, Mingjuan Qu, Shifang Li*Department of Neurosurgery, Affiliated Hospital of Qingdao University, Qingdao ShandongReceived: Jul. 1st, 2020; accepted: Jul. 14th, 2020; published: Jul. 21st, 2020AbstractNeurogenesis and angiogenesis are important manifestations of the body’s self-repair mechanism after stroke, which is mediated by SDF-1. SDF-1 is a chemokine cell signaling factor, widely exist-ing in the immune system and central nervous system. It can form two different signaling path-ways with its receptors CXCR4 and CXCR7 to participate in the process of nerve regeneration and repair after cerebral ischemia. In this review, we summarized the progress of studies on SDF-1/ CXCR4/CXCR7 in neurological function recovery after stroke.KeywordsSDF-1, CXCR4, CXCR7, StrokeSDF-1/CXCR4/CXCR7共同参与脑卒中后神经功能的再生修复范延平,张洪亮,曲明娟,栗世方*青岛大学附属医院神经外科,山东青岛收稿日期:2020年7月1日;录用日期:2020年7月14日;发布日期:2020年7月21日摘要神经再生与血管新生是脑卒中后机体自我修复机制的重要表现形式,此过程依赖SDF-1的介导。

SDF-1 *通讯作者。

范延平等是一种具有趋化特性的细胞信号因子,广泛的存在于免疫和中枢神经系统中,可与其受体CXCR4、CXCR7构成两条不同的信号通路共同参与脑缺血后神经再生修复这一过程。

在这篇综述中我们总结了关于SDF-1/CXCR4/CXCR7在脑卒中后神经功能恢复中的相关研究进展。

关键词基质细胞衍生因子-1,CXCR4,CXCR7,脑卒中Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言我国是缺血性脑中风的高发国家,人口结构的老龄化使其发病率呈逐渐增加的趋势,缺血性脑中风的人群致残率一直高居首位。

神经再生(neurogenesis)与血管新生(angiogenesis)是脑中风发生后机体自我修复机制的重要表现形式,前者表现为神经前体细胞(Neural precursor cells, NPCs)增殖、迁移并修复受损害的神经组织,后者可以改善局部的血流灌注,为神经组织的修复提供代谢保障[1][2]。

然而在自然状态下,这种自我修复机制对脑组织重构(brain remodeling)的作用非常有限。

利用基因调控或信号调节等手段,可以有效地改善脑缺血不利的局部微环境和营养支持的缺乏,从而最大限度地动员神经修复的因素,达到改善神经功能的目的。

在这里,我们总结了目前关于SDF-1/CXCR4/CXCR7信号通路在脑卒中后促进神经再生修复的知识。

2. SDF-1/CXCR4/CXCR7介绍趋化因子是一类具有趋化特性、能够吸引免疫细胞的小蛋白,根据4个半胱氨酸中前2个半胱氨酸的相对情况,分为CXC、CC、C、CX3C 4个亚科[3][4]。

基质细胞衍生因子-1 (Stromal cell-derived factor-1, SDF-1)是骨髓基质来源的CXC亚家族趋化因子,又称CXCL12,是一种化学引诱剂[3]。

它最初被确定为B淋巴细胞生成和骨髓生成的重要刺激因子,是免疫和中枢神经系统(CNSs)的一个关键因素,并在癌症中发挥作用。

SDF-1信使rna可以转化为六个蛋白亚型:SDF-1α,SDF-1β,SDF-1γ,SDF-1δ,SDF-1ε,SDF-1φ[4]。

因SDF-1α丰富和广泛的表达式在所有器官,所以目前对其研究较多。

趋化因子受体是一个由24个7跨膜(7TM)结构域G蛋白偶联受体(GPCR)组成的家族,对趋化因子作出反应,从而发挥作用,其中CXCR4/CXCR7 (RDC1)被认为是SDF-1的受体,可与SDF-1结合组成信号轴参与体内许多重要过程,如炎症反应、神经发生、血管生成、造血、癌症转移和HIV感染。

之前CXCR4一直被认为是SDF-1唯一的受体,直到有学者在T淋巴细胞中发现CXCR7,且其亲和力是CXCR4的10倍[5][6]。

SDF-1及其受体参与多种生理和病理过程,以及神经系统的发育,包括中枢神经系统的炎症过程、神经发生和血管生成。

3. SDF-1/CXCR4/CXCR7在组织中的分布3.1. SDF-1在哺乳动物的中枢神经系统中,齿状回的SVZ和SGZ不断产生新的神经元。

SVZ是侧脑室侧壁的一层薄细胞,由三种主要细胞类型组成:成神经细胞(a型细胞)、星形胶质细胞(b型细胞)、神经干细胞(c范延平等型细胞)和瞬时扩增细胞(c型细胞)。

在促炎细胞因子的作用下,这些细胞沿吻侧迁移流(RMS)向嗅球(OB)迁移,并在嗅球向最终目的地进行径向迁移。

SDF-1的表达可首先在12.5 d的胚胎(E12.5 d)中检测到[7][8]。

出生后,SDF-1在脑干、嗅球、海马、下丘脑、小脑和大脑血管中均有组成性表达[7]。

在成熟的中枢神经系统中,SDF-1主要表达于神经元、胶质细胞、内皮细胞和脑膜细胞中[7]。

3.2. CXCR4与SDF-1的表达类似,在早期即发育过程中CXCR4的表达也可被检测到。

E8.5 d时,CXCR4主要表达在脑室区(Ventricular Zone, VZ)和边缘区[9]。

从E12.5开始,CXCR4转录物的强信号可在神经元分化的区域,如腹外侧膝状体核和端脑边缘区被检测到[9]。

在胚胎晚期和出生后早期,CXCR4mRNA可在神经元和祖细胞迁移的区域被检测到,如大脑皮层和海马的中间区域[9]。

出生后,CXCR4的表达在上述区域逐渐减少,但在齿状回颗粒下区(Subgranular Zone, SGZ)和嗅球中终生存在。

此外,CXCR4在成熟神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和室管膜细胞中均有组成性表达。

3.3. CXCR7CXCR7是SDF-1的新型受体,它位于不同器官的细胞中,包括中枢神经和造血系统,心脏,胎盘,骨骼,血管内皮和肾脏[6]。

在胚胎期,CXCR7在E11.5 d首次表达,主要分布于发育皮层、VZ、SVZ、小脑颗粒细胞层、齿状回、尾状核、神经节隆起[10]。

出生后,CXCR7的表达迅速下降,在P7时只能检测到少量信号[10]。

在成人大脑中,可以在皮层、海马、嗅球、MZ、SVZ/IZ、小脑、下丘脑、丘脑中检测到CXCR7的表达,且通常维持在一个相对较低的水平。

有人用细胞类型标记发现,CXCR7 mRNA 似乎在神经元、内皮细胞、脑膜细胞、星形胶质细胞和少突胶质祖细胞均有表达[11]。

4. SDF-1/CXCR4/CXCR7作用机制4.1. SDF-1作用机制脑缺血卒中发生后,NPCs从SVZ迁移到缺血边界区,并在那里增殖、分化形成新的突触连接[12]。

SDF-1在这一过程中起到了至关重要的作用。

在缺氧条件或组织受损条件下,SDF-1的表达收到缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的影响,以及癌症相关的成纤维细胞(CAFs)使其表达增加[13]。

局灶性脑缺血后,受损区域的星形胶质细胞、小胶质细胞和血管内皮细胞在脑缺血后24小时内上调并释放SDF-1,SDF-1高峰在7 d的水平升高,有效期直到16 w [14]。

研究表明SDF-1参与了NPCs迁移、增殖和分化等过程,并且可以降低迁移间神经元的分支频率,提高迁移速度,以避免这些迁移间神经元被吸引离开SDF-1富集的迁移路径[15]。

值得注意的是,CXCR4在NPCs中表达,而SDF-1/CXCR4复合物具有诱导NPCs向SDF-1丰富的部位迁移的作用,这对于脑缺血后NPCs向损伤部位迁移至关重要。

SDF-1诱导的细胞增殖机制与细胞外信号调节激酶(ERK)激活有关。

ERK1互和ERK2 (ERK1/2)是MAP激酶信号级联反应的组成部分,可被PI3K激活,SDF-1可刺激ERK1/2和AKT磷酸化并由此增强增殖、趋化性和侵袭性,还可激活PI3K/AKT信号通路参与肿瘤的调控以及诱导细胞迁移[13]。

4.2. CXCR4作用机制LESTR (白细胞表达的七个跨膜结构域受体)是第一个被发现的SDF-1受体,最初被认为是HIV进入CD4 + T细胞的辅助因子,后来根据趋化因子受体的命名法被重新命名为CXCR4,代表了经典的G蛋白偶联受体(GPCR) [16]。

CXCR4在广泛的组织中表达,包括免疫和中枢神经系统,并在许多生理过程中与SDF-1结合发挥作用。

CXCR4可以调控细胞趋化性、增殖、存活、粘附等多种细胞功能,主要是通过激范延平等活细胞外信号调节激酶(Erk)和Akt (蛋白激酶B)这两种途径实现[17]。

AMD3100被认为是CXCR4的拮抗剂,起初用于治疗HIV,现被广泛用作药理学工具,揭示CXCR4和SDF-1在各种环境中的作用[18]。

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