视网膜神经节细胞通过 IL-12-SCGF-β 串扰诱导干细胞衍生的神经保护作用

Naturethink · 公众号 · · 2025-03-24 08:30

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中枢神经系统（CNS）神经元变性发生在许多疾病中，如青光眼等，这些神经元在损伤后通常无法存活或再生。各种干细胞群已被证明可以通过其分泌组促进神经保护。例如，来自间充质干细胞（MSCs）的分泌组已被证明在心血管、泌尿生殖系统和肿瘤疾病的再生治疗中具有巨大潜力，并且在包括缺血性、创伤性和炎症性在内的多种损伤下，在整个 CNS 中显示出神经保护能力。特别是， 在实验性青光眼模型中，MSCs 通过分泌血小板衍生生长因子（PDGF）等神经保护因子来促进宿主视网膜神经节细胞（RGC）存活。

研究发现， 多能干细胞（iPSCs）是神经保护的另一种有效来源 ，至少部分是通过分泌尚未确定的可扩散神经保护因子来实现的。考虑到体内干细胞移植的转化挑战，发现 iPSC 衍生的神经保护因子和/或调节相关的信号通路可能是更安全、更有效的 CNS 神经元变性治疗方法，但对于受损或退化的神经元如何与供体干细胞相互作用以最大限度地提高自身存活率知之甚少。

基于此， 上海视觉损害与重建重点实验室及斯坦福大学医学院斯宾塞视觉研究中心 联合团队进行了深入研究， 通过建立一个细胞间相互作用模型，发现了 iPSCs 对 RGCs 的神经保护作用，并确定了介导神经元诱导的干细胞衍生神经保护的关键信号分子 。研究成果发表于 Stem Cell Research & Therapy 期刊题为“ Retinal ganglion cells induce stem cell-derived neuroprotection via IL-12 to SCGF-β crosstalk ”。

作为非增殖性细胞，一旦在体内分离，即使在精细的培养条件下，RGCs 也会逐渐自行死亡。实验首先检测了 iPSC 上清液是否直接促进 RGC 体外存活。5 天后，未观察到响应 iPSC 培养上清液的 RGC 活性变化。这与之前的研究结果一致， iPSC-RGC 间接共培养显著提高了 RGC 的活力。这些结果表明，iPSC-RGC 相互作用，而不是单独培养的 iPSCs，促进了 RGC 的存活。

然后，验证 RGC 衍生的分泌组是否诱导 iPSCs 保护 RGCs。在各种特定的条件培养基中培养 5 天后（图1 A）中， 仅在 iPSC 衍生的上清液中观察到 RGC 活性的显著增加，其中 iPSCs 被 RGC 条件培养基刺激 （图1 B）。值得注意的是，没有 RGC 衍生刺激的 RGC 条件培养基和 iPSC 条件培养基的组合对 RGC 存活没有影响（图1 B）。 因此，iPSC 的神经保护作用是由与 RGC 共培养或来自 RGC 的可溶性信号诱导的。

图1 RGC 上清液诱导 iPSC 的神经保护作用。

根据上述发现，进一步确定负责 iPSC 衍生的 RGC 神经保护的候选信号。通过基于多重抗体的检测对 RGC-iPSC 条件培养基和 iPSC 条件培养基中 47 种细胞因子的浓度进行测试，结果观察到 干细胞生长因子-β（SCGF-β）浓度显著升高 。此外，使用 RT-qPCR 在 RGCs 中未检测到 CLEC11A（SCGF 编码基因）mRNA，表明 检测到的 SCGF-β 来源于 iPSCs。

然后，探讨了人类 iPSC 衍生的 SCGF-β 是否足以且必要的参与 iPSC 诱导的 RGC 神经保护。培养 5 天后，在含有 10 ng/mL SCGF-β 的培养基中培养的 RGCs 中观察到 RGC 活性显著增加。相比之下，在 RGC 共培养试验中，与对照 iPSC 系相比，CLEC11A-KO iPSCs 对 RGC 存活的促进作用显著降低。因此，SCGF KO 耗尽了 iPSCs 的神经保护能力。此外，还检测了 SCGF-β 是否促进视神经压迫后 RGC 的体内存活，并发现在用 SCGF-β 治疗的小鼠中，视神经压迫后 5 天，RBPMS+ RGC 密度显著增加， 证明了 SCGF-β 的体内神经保护能力。

接下来，为了探索 RGC 介导的这种 iPSC 神经保护性表型诱导和 iPSC SCGF-β 释放上调的分子基础，再次使用了基于多重抗体的测定。在 23 种小鼠细胞因子中， 白细胞介素12（p70）在RGC 上清液中检测到，而在 RGC 培养基中未检测到 （图2 A）。这一发现通过 ELISA 进一步得到验证（图2 B）。 在 iPSC 培养物中发现 SCGF-β 分泌的剂量依赖性诱导，且在 5 ng/mL 的 IL-12（p70）处达到峰值 （图2 C）。RT-qPCR 同样显示，IL-12（p70）处理后 iPSCs 中 CLEC11A mRNA 表达显著增加，具有相同的峰值（图2 D）。重要的是，IL-12（p70）不会直接促进 RGC 存活，直到浓度比诱导 iPSC 分泌 SCGF-β 的浓度高 16 倍（图2 E）。 因此，RGC 衍生的 IL-12（p70）上调 iPSC 的 SCGF-β 表达和分泌。

图2 RGC 通过 IL-12（p70）增强 iPSC 的 SCGF β释放。

从 qRT-PCR 结果中，发现 神经生成素2（ngn2）是一种关键的神经发生调节因子，在与 iPSCs 共培养的 RGCs 以及用 SCGF-β 处理的 RGCs 中显著上调。 这些发现提出了 ngn2 参与 iPSC 衍生的 SCGF-β 的神经保护作用的假设。通过外源性表达，ngn2 在体外 1 周后导致 RGC 活性显著增加。相反，在 ngn2 敲低的 RGCs 中 SCGF-β 的 RGC 保护作用丢失。 这些结果表明，ngn2 是 SCGF-β 促进 RGC 体外存活的必要和充分条件。

最后，检测了 ngn2 是否足以在体内促进 RGC 神经保护。实验观察到，视神经损伤2周后，玻璃体内注射 AAV2-ngn2 的小鼠 RBPMS+ RGC 密度显著增加（图3 A、B）， 表明 ngn2 过表达可保护视神经损伤后 RGC 的存活。

考虑到这种对内源性 RGCs 的神经保护作用，进一步探讨了在成年大鼠玻璃体内移植的 RGCs 中过表达 ngn2 是否会增加供体细胞的存活率。许多活的 RGCs 在不规则的群体中被发现，而其他的则广泛分散（图3 C）。移植的 ngn2 过表达的 RGCs 显示出明显更高的存活率（图3 D）。ngn2 的过表达还延长了移植 RGCs 的平均神经突长度（图3 E）。因此，ngn2 过表达促进 RGC 在体内存活，包括视神经损伤后的宿主 RGCs 和视网膜移植后的供体 RGCs。

图3 ngn2 的过表达可保护内源性和移植的 RGC。

图4 RGC 衍生的 IL-12（p70）激活 iPSCs 分泌 SCGF-β，然后通过上调 ngn2 介导 RGC 神经保护。

综上所述，该研究确定了 iPSC 衍生的 SCGF-β 和 RGC 中 ngn2 的下游诱导对干细胞的神经保护作用至关重要，并进一步证明退化的 RGC 通过其分泌的 IL-12（p70）向 iPSC 发出信号，使其具有神经保护表型。这项研究指出了一种新的信号通路，即 IL-12（p70）-SCGF-β-ngn2 信号轴，受损的神经元通过该通路与干细胞相互作用以调用自身的神经保护。

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参考文献：Xia Q, Chang KC, Sun Y, Nahmou M, Noro T, Cheng Y, Kong X, Mo X, Goldberg JL, Wu S. Retinal ganglion cells induce stem cell-derived neuroprotection via IL-12 to SCGF-β crosstalk. Stem Cell Res Ther. 2025 Feb 25;16(1):90. doi: 10.1186/s13287-025-04198-5. PMID: 40001251; PMCID: PMC11863831.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40001251/ 或点击下方阅读原文

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