巨噬细胞来源的细胞外琥珀酸许可证神经干细胞来抑制慢性神经炎症

 

强调
•从体细胞组织或直接重新编程的神经干细胞同样抑制神经炎症
•琥珀外激活对NSCs SUCNR1 / GPR91
•激活神经干细胞分泌PGE2和清除琥珀酸, 从而重编程类型 1 国会议员
移植后•Sucnr1突变体的神经干细胞具有降低的抗炎活性
概要
神经干细胞 (NSC) 移植可以影响免疫反应和中枢神经系统抑制炎症. 代谢产物, 如琥珀酸, 调节免疫细胞的表型和功能, 但无论怎样神经干细胞被这种immunometabolites来控制免疫反应和炎症反应也被激活不清. 这里, 我们证明了移植的体细胞直接诱导神经干细胞在脑脊髓液减少琥珀酸水平改善慢性炎症CNS, 从而降低单核吞噬细胞 (MP) 浸润和继发性CNS损伤. 炎性议员释放琥珀酸, 激活受体琥珀酸 1 (SUCNR1)/GPR91在神经干细胞, 导致他们分泌前列腺素E2和清除细胞外琥珀与相应的抗炎作用. 从而, 我们的工作揭示了体细胞的琥珀SUCNR1轴,并直接诱导神经干细胞意想不到的作用, 其控制干细胞的类型来释放炎性代谢信号的响应 1 在慢性炎症的大脑国会议员.

介绍
在干细胞生物学的进展已经提出的是,CNS疾病可以由非造血干细胞的药物而改善的希望 (马蒂诺和Pluchino, 2006). 我们已经提供了令人信服的证据表明体神经干细胞移植 (神经干细胞) 改善炎性CNS疾病的动物模型中的临床病理特征. 除了结构性替代损伤的CNS细胞, 我们的工作表明,移植的NSCs从事复杂的干细胞移植到主机的通信方案, 整体导致营养支持和自适应调制和先天免疫反应 (Bacigaluppi等。, 2009, Bacigaluppi等。, 2016, Pluchino和Cossetti, 2013, Pluchino等。, 2005, Pluchino等。, 2009b). 特别, NSC移植减少在损伤部位炎症的负担 (Pluchino等。, 2005, Pluchino等。, 2009一个), 减少型的数 1 炎症性单核吞噬细胞 (国会议员) (Cusimano等。, 2012), 并通过特性至今还很差机制促进损伤的CNS的愈合.

然而, 实验NSC疗法的临床平移仍然由源局限于从人类NSCs (的hNSC) 推导 (安德森等人。, 2017), 异体hNSC线的固有免疫原性 (拉莫斯 - 祖尼加等。, 2012, 赖斯等人。, 2013), 而所谓的“意临床细胞大量”的稳定性 (安德森等人。, 2017, Wright等人。, 2006). 自体和稳定地膨胀直接诱导的神经干细胞 (iNSCs) 从患者的皮肤成纤维细胞已逐渐成为NSC疗法的有效替代 (鲁等人。, 2013, Meyer等。, 2015, Thier等。, 2012). 直接重编程为iNSCs避免通过多能状态和随后的分化费力进展到用于诱导多能干细胞描述所需谱系 (IPSC) 技术 (Meyer等。, 2015, Thier等。, 2012). 因此, 从体细胞使稳定地膨胀iNSCs表示获取的自体大脑干细胞用于下游临床应用的最可行的办法 (Wörsdörfer等。, 2013). 然而, 直接重新编程iNSCs的治疗炎性CNS疾病的功效还没有被测试.

在多发性硬化的进行性形式 (女士), 慢性CNS炎症由国会议员同时包含CNS居民和小胶质细胞的广泛激活持续单核细胞衍生的巨噬细胞浸润 (Mallucci等。, 2015). 议员们有灰质病变发现, 接近轴突变性和神经元细胞体 (Peterson等。, 2001), 和白质病变, 其中活化的小胶质细胞的外部轮缘与慢性的组织损伤相关 (Bramow等。, 2010, Prineas等。, 2001). 出现正常白质区域的特征还在于积累MP, 这导致驱动疾病病理无关伴随T细胞活化的小神经胶质结核的形成 (Moll等。, 2011). 在渐进MS慢性MP-引起的炎症的有害作用还通过在动物疾病模型的证据支持, 其中,它的总体负担与受损的神经元功能相关 (普朗克等。, 2017), 脑萎缩 (Tambalo等。, 2015), 并降低再生反应 (江等人。, 2014).

通过促炎性刺激的MPs激活引起朝向糖酵解代谢开关和降低的氧化磷酸化 (OXPHOS) (凯利和奥尼尔, 2015). 最近的证据表明,, 这种代谢重新布线内, 类型 1 炎症议员积累琥珀酸, 与重要的病理生理意义 (Tannahill等人。, 2013). 胞内琥珀酸盐抑制活性的脯氨酰羟化酶的酶 (博士), 从而稳定低氧反应元件 (HIF)-1α和白细胞介素诱导的转录 (IL)-1b (Tannahill等人。, 2013). 此外, 通过琥珀酸脱氢酶琥珀酸的氧化 (SDH) repurposes从ATP合成线粒体活性氧 (ROS) 生产作为附加促炎症信号 (Mills等。, 2016). 类型 1 炎症也国会议员释放胞外琥珀酸并上调其同源琥珀受体 1 (SUCNR1), G蛋白偶联受体 (又称GPR91), 其功能是作为自分泌和旁分泌传感器,以增强IL-1β的生产 (的Littlewood-Evans等。, 2016).

因此, 代谢正在成为一个重要的治疗靶标,以调节两个巨噬细胞的活化 (凯利和奥尼尔, 2015) 和小胶质细胞 (奥利维拉等人。, 2016), 和琥珀酸盐相关途径具有用于急性和慢性炎性疾病的关键免疫调节功能 (刘某等人。, 2003, Tannahill等人。, 2015).

由于神经干细胞的建立免疫调节性能 (Pluchino和Cossetti, 2013), 我们推测,神经干细胞可通过调节代谢MP朝向减少继发性CNS损伤发挥在慢性神经炎症其治疗效果.

在这项工作中, 我们调查支撑体细胞和诱导的直接的神经干细胞的能力,以抵消类型的代谢变化的分子机制 1 炎性国会议员在体内和体外. 我们表明,移植iNSCs和神经干细胞是在与实验性自身免疫性脑脊髓炎的小鼠改善慢性神经炎症功能上等同 (EAE). 移植iNSCs /神经干细胞在切换衍生单核细胞 - 巨噬细胞浸润朝向抗炎表型CNS驻留小胶质细胞和的活动模式, 以及减少脑脊液immunometabolite琥珀酸酯的水平 (CSF). iNSCs /神经干细胞还减少由类型胞外释放的琥珀酸 1 炎性国会议员重新编程其代谢朝向OXPHOS体外. 机械地, 我们表明,由琥珀分泌型 1 国会议员引起在iNSCs /神经干细胞信号级联下游SUCNR1, 这使得他们的抗炎活性. iNSCs / NSCs的这种琥珀许可抗炎功能由前列腺素的分泌介导的 (PG) E2, 以及由相当大的清除外琥珀酸. 在神经干细胞Sucnr1功能的丧失导致在EAE移植后显著降低体外和体内抗炎活性.

我们的研究揭示了其澄清的NSCs炎性代谢信号如何响应抑制型活化的琥珀酸酯SUCNR1轴 1 在慢性神经炎症国会议员.

结果
神经干细胞移植改善慢性神经炎症,并再加上脑脊液Immunometabolite琥珀酸减少
我们首先评估了脑的影响 (侧脑室) 移植在疾病的高峰 (PD) 在小鼠iNSCs或神经干细胞与MOG 35-55诱发的慢性EAE并比较它以PBS处理的对照EAE小鼠. 在移植前, iNSCs和神经干细胞扩张, 特征 (图S1), 并标有法尼基 (F)GFP体外. 在 30 几天后移植 (检索), INSC和NSC移植存活, 分散式, 和EAE的脑和脊髓内集成 (图S2). 只有检索fGFP +少数细胞 (iNSCs: 2.1% ± 0.9%; 神经干细胞: 1.7% ± 0.1%) 被增殖 (图1A) 或表达神经元 (图1B), 星形胶质细胞 (图1C), 或者少突胶质细胞 (图1D) 系标记 (图S2). 大多数 (〜75%) iNSCs幸存的移植被发现,而不是不被表达的任何测试的神经系标记和周围接近F4 / 80 +内源性议员脑膜血管周围利基状区域定位 (图1E), 如在体细胞移植NSC观察 (Cusimano等。, 2012, Pluchino等。, 2003). iNSCs的移植诱导显著而持久 (取决于 90 检索) EAE得分的改善, 从开始 15 至 20 DPT起 (图1F​​和S2). 功能恢复也由计算机辅助自动化步态分析证实 (图S2). 总体, ICV移植iNSCs是安全的,并导致行为和病理恢复.

然后我们分析了CNS炎性浸润的组合物通过在体外在INSC流式细胞术- 和NSC-移植与PBS处理的对照EAE小鼠. iNSCs或神经干细胞移植对CNS浸润T细胞的分数没有影响, B细胞, 和总国会议员, 以及在CD3 + / CD4 + T细胞亚群的 (包括Th1细胞, Th2细胞, 调节性T细胞, ThGM-CSF, 和Th17子集) 在 30 检索 (图S3). 代替, NSC- 或NSC移植EAE小鼠显示CX3CR1 +细胞的活化轮廓的显著开关与CD80 +型的〜1.5倍的降低 1 小胶质细胞的炎症和MRC1 +消炎小胶质细胞的平行增加 (图1G). 同样, CNS浸润 (单核细胞来源) 从INSC CCR2 +巨噬细胞- 或NSC移植EAE小鼠经历显著表型开关与CD80 +型的〜1.3倍的降低 1 炎性巨噬细胞和MRC1 +抗炎巨噬细胞的平行〜1.8倍的增加 (图1H). 这种效应是伴随着显著减少的类型的表达 1 炎症标记MP诱导型一氧化氮合酶 (iNOS的) 通过体内F4 / 80 +国会议员 (图1I和S3).

然后,我们分析了主要的支持表达水平- 在整个中枢神经系统和抗炎基因. NSC- 和NSC移植的EAE小鼠都显示出显著降低白细胞介素-1β的水平 (IL1B) 在甘露糖受体C类的脑和脊髓和水平增加 1 (MRC1) 在脊髓, 无论是在 10 检索 (图1J).

我们发现在血脑屏障无显著差异 (BBB) 在渗透性 30 DPT当比较iNSC- / NSC移植用PBS处理的对照EAE小鼠 (图S3).

最后, NSC- 和NSC移植的EAE小鼠积累显著减少轴突损失 (图1K) 和脱髓鞘 (图1L) 在脊髓.

鉴于调节国会议员的表型和功能代谢的既定重要性, 我们调查NSC移植是否影响神经炎代谢的微环境. 为此, 我们由耦合到质谱仪的液相色谱进行的极性代谢物的非目标代谢轮廓 (LC-MS) 匹配CSF和血浆样品的 (表S1). PBS处理的对照EAE小鼠显示几个CSF的显著增加 (但不是等离子) 代谢产物, 其中仅琥珀酸在见顶 45 几天后免疫 (DPI) (对应 30 检索; 图1M). 不进行手术EAE小鼠仅在CSF在也表现出显著上升琥珀酸 45 DPI (与健康对照组小鼠), 这是不从琥珀酸在CSF PBS处理的对照EAE小鼠的水平不同 (图S3).

虽然我们没有检测血浆代谢物水平的任何显著变化之间INSC / NSC移植和PBS处理的对照EAE小鼠 (表S1), 我们发现,iNSCs或神经干细胞移植导致在CSF琥珀酸酯显著下跌 30 检索 (图1M; 表S1).

进一步, 我们发现在CSF琥珀酸盐无显著差异比较PBS处理的EAE小鼠当与EAE小鼠注射小鼠成纤维细胞ICV (微丝) 作为对照细胞 (图S3).

从而, iNSCs和神经干细胞直接注射到EAE诱导CNS国会议员特定表型开关, 其与在仅CSF减少神经炎症的慢性的immunometabolite琥珀酸和改善相关.

神经干细胞减少琥珀酸水平和改编类型的代谢 1 巨噬细胞炎性体外
然后我们研究了通过该iNSCs /神经干细胞显示关于类型抗炎活性的分子机制 1 国会议员, 使用体外系统,其概括国会议员和iNSCs /神经干细胞之间的相互作用. 幼稚骨髓源巨噬细胞 (巨噬细胞) 被极化成型 1 炎性表型用LPS (MφLPS), 如上所述 (Tannahill等人。, 2013). MφLPS然后用iNSCs共培养 (MφLPS-iNSCs) 或神经干细胞 (MφLPS,神经干细胞) 在跨孔系统,可避免细胞 - 细胞接触 (图2A). 非偏振Mφ用作对照.

微阵列基因表达分析表明显著转录变化MφLPS与 7,401 基因影响 (与巨噬细胞; 调整后的p值 < 0.1; 图2B; 表S2) 和 51 基因差异表达MφLPS-iNSCs或MφLPS,神经干细胞 (与MφLPS; 调整后的p值 < 0.1; 图2B和2C; 表S2). 这后一组基因在与白细胞活化的正调控的生物过程中富集 (走: 0002696), 髓性白细胞分化 (走: 0002761), 和免疫系统进程 (走: 0002376). 选择Mφ促炎性基因的独立的qRT-PCR验证证实IL12B的表达水平的下调显著, IL15, Il15ra, 和CD69, 以及经典炎性基因NOS2, 肿瘤坏死因子 (TNF), 和IL1B在MφLPS-iNSCs和MφLPS,神经干细胞 (与MφLPS; 图2D). 这种效应加上与抗炎Mφ的表型相关的基因的表达水平的上调伴随, 如uronyl -2-磺基转移酶 (段) 和骨髓基质细胞抗原 1 (BST1) (的Al-Shabany等。, 2016, 马丁内斯等人。, 2015), 以及精氨酸 1 (ARG1) 和MRC1 (与MφLPS; 图2E). 当iNSCs /神经干细胞用脂多糖共培养 (LPS)-活化的小鼠BV2小胶质细胞作为前, 促炎性基因和NOS2 IL1B的表达水平的减少显著也观察到 (图2F).

与功能性代谢状态链接基因表达谱, 我们评估的基础耗氧率 (OCR) 和细胞外酸化率 (ECAR) MφLPS作为其三羧酸的读数的 (TCA) 循环和糖酵解活动, 分别. 我们发现OCR的显著减少和ECAR的MφLPS一个显著上升 (与Mφs). 代替, MφLPS-iNSCs和MφLPS,神经干细胞均接受OCR和ECAR值显著恢复 (与MφLPS; 图2G和2H), 如在Mφ切换观察到抗炎表型 (奥尼尔和皮尔斯, 2016).

在努力澄清这些抗炎作用的代谢因素, 我们进行MφLPS的胞外和胞内的小分子代谢物含量的非目标LC-MS分析. 不出所料, LPS刺激深刻地改变Mφ的细胞外和细胞内代谢环境 (MφLPS) (与巨噬细胞; 表S3). 在共培养, MφLPS-iNSCs和MφLPS,神经干细胞均显示细胞外谷氨酸的显著减少, GABA, 琥珀酸 (与MφLPS; 图2I; 表S3). 此外, MφLPS-iNSCs和MφLPS,神经干细胞还显示细胞内琥珀酸和衣康的显著减少 (与MφLPS; 图2J; 表S3).

与琥珀酸水平的降低相一致, 我们发现,MφLPS-iNSCs和MφLPS,神经干细胞表现出显著降低HIF-1α的水平, 上游蛋白丙酮酸激酶同工酶M2的 (PKM2) (保尔松-McDermott等。, 2015; 图2K), 以及IL-1β的 (与MφLPS; 图2L).

共, 这些体外数据提供证据表明,iNSCs /神经干细胞减少胞内和胞外的琥珀酸在共培养物类型的累积 1 炎症国会议员, 重新编程它们朝向OXPHOS抗炎表型.

通过SUCNR1 / GPR91在小鼠和人类神经干细胞琥珀酸信号
由于琥珀作为immunometabolic信号的重要性, 我们调查是否琥珀酸按类型发布 1 促炎症议员能够调节现场周围细胞的活性, 包括移植iNSCs / NSCs的.

我们发现,在接近检测移植iNSCs /神经干细胞脑膜血管周围地区 (图3A和3B ) 和F4 / 80 +国会议员 (图3C) 在CNS中的体内表达SUCNR1. SUCNR1亦在体外都iNSCs和神经干细胞蛋白表达水平, 但不隶属函数 (图3D).

为了进一步评估是否SUCNR1在iNSCs /神经干细胞由琥珀酸酯功能性激活, 我们研究了其下游信号转导级联在体外. 当暴露在琥珀酸 (图3E; Rubic等。, 2008), 34.2% (±7.4%) iNSCs和 31.7% (±6.5%) 神经干细胞表现出细胞内钙商店的释放 (图S4和3F). 这种反应其次是磷酸化p38丝裂原活化蛋白激酶的显著上调 (图3G), 指示其激活. 我们证实SUCNR1和SUCNR1的表达,也是人类胎儿神经干细胞 (的hNSC) 和人类iNSCs (hiNSCs) (图3H和3I). 作为鼠标iNSCs, 琥珀酸盐依赖性p38信号在hiNSCs诱发, 但不是在hiNSCs与选择性SUCNR1抑制剂4c中预处理 (图3J).

从而, 小鼠和人iNSCs和神经干细胞表达功能性SUCNR1, 这引起它的刺激的下游信号传导途径与immunometabolite琥珀酸.

SUCNR1刺激起始前列腺素E2的神经干细胞通过分泌
为了澄清SUCNR1的神经干细胞中的信号传导功能后果, 我们生成的神经干细胞从缺乏Sucnr1小鼠 (Sucnr1 - / - 神经干细胞) (Rubic等。, 2008; 图S4). 相较于控制神经干细胞, Sucnr1 - / - 神经干细胞在体外显示相似的生长曲线和分化 (图S4). 然而, 当暴露在不同时间点和浓度成琥珀酸, Sucnr1 - / - 神经干细胞没有表现出磷酸化p38上调 (图S4). 刺激与谷氨酸或ATP + 在毒胡萝卜素诱导Sucnr1 - / - 神经干细胞相似的控制NSCs的钙响应 (图S4). 反之, 琥珀治疗没有引起细胞内储存的钙释放 (图S4), 这表明有缺陷SUCNR1在Sucnr1信令 - / - 神经干细胞.

然后我们进行了基因表达谱微阵列在用在控制神经干细胞和Sucnr1琥珀酸治疗 - / - 神经干细胞 (表S4). 我们发现,前列腺素内过氧化物合酶 2 (PTGS2), 在PG生物合成中的关键酶编码诱导型PTGS2, 在琥珀刺激神经干细胞的控制是最上调的基因 (log 2倍数变化 1.05), 但不是在琥珀刺激Sucnr1 - / - 神经干细胞 (log 2倍数变化-0.43; 图4A). 我们通过定量RT-PCR验证上PTGS2这些结果, 确认其表达水平上调显著 (2.1- 至2.7倍的变化) 在琥珀刺激iNSCs和神经干细胞, 而他们没有在琥珀酸处理Sucnr1 - / - 神经干细胞 (图4B).

给出的间充质干细胞的免疫抑制作用调节PGE2的作用 (间充质干) (Vasandan等。, 2016, 亚涅斯等。, 2010), 我们测试了其积聚在组织培养基从iNSCs, 神经干细胞, 和Sucnr1 - / - 与琥珀刺激后的神经干细胞. iNSCs和神经干细胞, 但不Sucnr1 - / - 神经干细胞, 结果显示显著 (>2.5-折) PGE2的自己的基础释放增加早 30 分钟后琥珀酸. 这种琥珀酸酯诱导的效应是由预处理取消与不可逆PTGS2阻断剂SC-58125 (图4C). 作为鼠标iNSCs, hiNSCs暴露于琥珀引起PGE2的浓度在组织培养媒体显著上升, 而用任一SC-58125或图4c防止其释放再次预处理 (图4D).

为了进一步扩展这些发现的相关性的共培养的神经干细胞和MφLPS之间, 我们分析PGE2的组织培养基水平. 我们发现,相对于MφLPSMφLPS-NSCs的积累更高水平的PGE2, 而用的SC-58125显著减少PGE 2水平预处理共培养的NSCs的 (图4E). NSCs的SC-58125预处理还加上IL1B表达的MφLPS一个显著增加 (图4F) 并用还原OCR的值指示促炎性表型的 (图4G). 然而, 我们注意到,神经干细胞预处理与SC-58125保留在MφLPS一些残留的抗炎作用相比Sucnr1 - / - 神经干细胞 (图4F). 反之, 在神经干细胞的功能丧失Sucnr1完全取消对MφLPS其抗炎作用 (图4F和4G). 我们还表明,神经干细胞的发现PGE2依赖的抗炎能力保守和相关的人NSCs.

因此, hiNSCs诱导共培养物中MφLPS一个显著减少IL1B表达的 (图4H), 将其加上OCR值的恢复 (图4I) 在组织培养基和增加PGE2水平 (图4J). 这些作用完全被预处理hiNSCs的与选择性SUCNR1抑制剂4C抑制 (图4H-4J).

从而, 的SUCNR1在小鼠和人类神经干细胞信号传导途径的激活触发的PGE2导致对型抗炎作用的释放 1 国会议员.

然而, 抑制实验确定目标的PTGS2或SUCNR1预期额外SUCNR1依赖-PGE2独立的机制有可能发挥在神经干细胞的抗炎作用中起关键作用.

SUCNR1刺激触发的丁二酸由神经干细胞的吸收
琥珀酸盐刺激神经干细胞的基因表达阵列显露, 除了PTGS2, 新辅助化疗/ Slc13a5在野生型最上调基因中 (WT) 神经干细胞 (log 2倍数变化= 0.49), 但不是在Sucnr1 - / - 神经干细胞 (log 2倍数变化= -0.12). SLC13A5是二羧酸协同转运蛋白已知参与琥珀酸运输 (Srisawang等。, 2007). 由于琥珀的一贯消耗在体内的INSC的脑脊液中发现- 或NSC移植EAE小鼠和在共培养物与MφLPS体外, 我们假设iNSCs /神经干细胞将激活SLC13A5,以清除琥珀酸.

我们发现SLC13A5的表达, 以及高亲和力二羧酸共转运SLC13A3的, 在iNSCs和神经干细胞显著上升, 但不是在Sucnr1 - / - 神经干细胞, 在琥珀刺激 (图5A). 同样, 暴露于琥珀酸hiNSCs上调体外这两个SLC13共转运蛋白的蛋白质表达水平 (图5B).

在iNSCs和神经干细胞测量琥珀酸摄取接下来,我们研究了这些协同转运蛋白的作用. 我们发现,无论iNSCs和神经干细胞显著积累 [14C]-琥珀酸 (图5C) 同时减少细胞外的量 [14C]-琥珀在组织培养基 (图5D). Sucnr1 - / - 神经干细胞没有积累 [14C]-琥珀酸细胞内他们也没有消耗它在胞外 (图5C和5D). 有趣的是, Sucnr1 - / - 神经干细胞, 我们已经显示出在MφLPS上IL1B表达无影响 (图4F), 不能降低共培养与MφLPS外琥珀酸酯水平 (图5E). 作为调制类型的表型的琥珀枯竭的重要性进一步证明 1 促炎症国会议员, 我们将展示与活性重组是治疗 ([R)SDH复合体亚基A能够显著减少MφLPSIL1B的表达 (图S5).

从而, 在神经干细胞SUCNR1信令提示immunometabolite琥珀酸盐的摄取, 从而耗尽可用的细胞外池维持型的自分泌和旁分泌活化 1 国会议员.

失功能Sucnr1神经干细胞移植显示能力受损改善慢性神经炎症体内
为了证实在介导NSC移植物的响应琥珀酸盐在体内琥珀酸SUCNR1轴的作用, 我们评估Sucnr1的ICV移植的效果 - 在慢性EAE小鼠神经干细胞 - /.

在 30 检索, Sucnr1 - / - 神经干细胞存活, 分散式, 和EAE的脑和脊髓没有显著差异内集成相比,控制的NSCs (图S6). 然而, / - - Sucnr1移植的神经干细胞诱导的对PBS处理的对照EAE小鼠EAE行为缺陷的只有轻微的恢复 (EAE值-Sucnr1 - / - 神经干细胞: 2.9 ± 0.2; PBS: 3.6 ± 0.4), 这是显著较不显着 (50% 效果) 比EAE小鼠中观察到与移植NSCs的控制 (EAE得分,神经干细胞: 2.1 ± 0.3; 图6A).

CNS炎性浸润的组合物的体外基于流式细胞术分析显示,EAE小鼠的移植Sucnr1 - / - 神经干细胞未能转移类型的比例 1 炎性和抗炎MPS-包括CX3CR1 +小胶质细胞和CCR2 +单核细胞衍生的巨噬细胞浸润,在对比用对照NSCs的效果 (图6B和6C). 验尸组织病理学进一步证实Sucnr1的减小的组织保护作用 - / - NSC移植物 (图6D和6E).

然后我们研究了PGE2的匹配CSF和血浆样品中从PBS处理的对照EAE小鼠NSC移植和水平和琥珀酸. 我们发现,无论是Sucnr1 - / - 神经干细胞和神经干细胞的控制未能引起脑脊液PGE2水平的变化显著. 血浆PGE2只EAE小鼠显著上升 (对健康对照), 没有观察到治疗效果 (图6F). 重要的, 而CSF琥珀酸控制NSCs的降低移植 (HC: 5.524 × 107 a.u. ± 0.19; PBS: 9.35 × 107 a.u. ± 0.14; 神经干细胞: 5.64 × 107 a.u. ± 0.44), Sucnr1 - / - NSC移植未见效果 (Sucnr1 - / - 神经干细胞: 10.40 × 107 a.u. ± 2.59; 图6G).

这些数据证实的功能SUCNR1信号传导途径中的体内NSC移植的抗炎和神经保护作用的调节要求,如下划线NSCs的动作的主要的抗炎机制琥珀酸扫气的重要性.

讨论
存在未满足的临床需要开发靶向的慢性神经炎症条件的病理生理学的核心驱动程序包括MS的进行性形式的细胞和分子的方法 (Volpe等人。, 2016). 原则上, 干细胞具有治疗潜力是从该小分子和生物制剂的不同且远远超出了传统的再生医学领域延伸. 部分药物和部分设备, 干细胞可以工作作为生物疾病修饰剂 (的DMA) 这个意义上的各种信号, 移植到体内特定部位, 集成的输入作出决定, 和在一个特定的组织微环境的上下文中执行复杂的响应行为 (菲施巴赫等。, 2013). 所有这些特性,可能会被利用来治疗多种疾病过程, 包括出现在渐进MS持久MP驱动炎症和组织变性.

这里, 我们使用访问, 自体, 且稳定地膨胀iNSCs (Thier等。, 2012), 以及躯体神经干细胞, 调查慢性神经炎症的小鼠模型的大脑干细胞移植的效果, 它模仿在渐进MS中观察到的炎症级联反应.

我们发现,iNSCs到EAE小鼠的CSF循环的移植促进等效的结果先前在小鼠中观察到的那些与体神经干细胞移植 (Pluchino等。, 2003). 移植iNSCs或诱导神经干细胞临床显著改善, 以及降低的轴突和髓磷脂损伤, 与没有减少显著BBB通透性的 30 检索. 进一步的研究将有助于澄清是否BBB通透性或炎性单核细胞向中枢神经系统的招募变化发生之后立即iNSCs / NSCs的移植. 是否这样的效果很可能改变的疾病的主要的临床结果与由炎性细胞高患病率CNS浸润的, 如EAE / MS, 很难预料.

代替, 我们发现,我们的移植的范例用在两个CX3CR1 +小神经胶质细胞和CCR2 +单核细胞衍生的巨噬细胞浸润的活动模式中的特定开关相关联与CD80 +型的降低 1 炎性MPS和MRC1 +消炎的MPs平行增加. 移植iNSCs /神经干细胞分布和EAE小鼠的CNS存活, 同时优先在血管周围脑膜地区水平,并列内源性积累国会议员. 共, 这些发现将意味着接枝干细胞和炎症MP之间的细胞间耦合的一些未知的机制存在. 无论是在体内,该INSC / NSC-MP通信仅发生在血管周围壁龛或也可以在包括脉络丛的脑其他新兴免疫传感器状结构的水平仍然是有待解决 (葛等。, 2017).

然后,我们的慢性神经炎症期间调查的基础免疫机制驱动的神经干细胞的有益效果上议员. 匹配CSF和血浆样品的无针对性的小分子分析显示,在EAE小鼠的CSF深刻代谢变化, 与早期的和疾病的延迟期之间的差异.

左旋肉碱, 亮氨酸 + 异亮氨酸, 瓜氨酸, 尿囊素, 鸟氨酸, 和尿酸分别在PBS处理的对照EAE小鼠在疾病的所有峰增加显著. 我们的发现与显示,亮氨酸公布的证据一致, 以及尿酸和它的副产品尿囊素, 在受试者与MS的CSF都增加 (Amorini等。, 2009, Hooper等。, 1998, 摩纳哥等。, 1979). 而增加CSF肉碱尚未见报道在MS, 重要的增加已经在CNS的非MS炎性病症被描述, 如脑炎 (Wikoff等。, 2008) 和脑膜炎 (Shinawi等。, 1998).

反过来, 只有琥珀呈延迟 (即, 45 DPI) 增加在PBS处理的对照EAE小鼠的CSF. 琥珀是成为一个有价值的代谢痛苦和炎症活动的体生物标记 (的Littlewood-Evans等。, 2016, 米尔斯和奥尼尔, 2014). 重要的, 我们发现,琥珀酸酯显著在iNSC- / NSC移植小鼠的CSF降低. CSF琥珀以下INSC或神经干细胞移植的减少的兴趣,并有可能与慢性神经炎症干扰了突出的作用.

从类型琥珀酸发布 1 炎性国会议员是与其特异性G蛋白偶联受体SUCNR1相互作用的关键炎性信号. SUCNR1作为代谢应激的几个生理和病理条件下的早期检测器, 包括肾素引起的高血压, 缺血/再灌注损伤, 炎, 血小板聚集, 和视网膜血管发生 (卡斯特罗丰塞卡等。, 2016, 吉利森等。, 2016). 值得注意的是, 我们发现,SUCNR1的表达是必需的用于体内移植的神经干细胞的治疗效果.

琥珀酸盐介导的对啮齿动物和人类iNSCs SUCNR1的活化和神经干细胞激活钙信号和丝裂原活化蛋白激酶 (Nafk) 磷酸化在体外, 从而引发协调一致抗炎表型的神经干细胞中获取. 一方面, SUCNR1激活PGE2的分泌, 一个完善的多效性免疫调节剂, 其功能发炎的微环境中针对多种细胞类型, 包括国会议员 (哥打等。, 2017, Vasandan等。, 2016). 另一方面, 琥珀SUCNR1在iNSCs和神经干细胞信号传导导致SLC13家族共转运的两名成员的上调 (即, SLC13A3和SLC13A5) 胞外琥珀酸和摄取.

体内, 我们证明由神经干细胞的细胞外本地琥珀酸的有效清除在EAE小鼠通过脑脊液循环注入, 这是主要的, 相比PGE2的分泌. SUCNR1依赖性信号传导在移植的NSCs的损失导致了其抗炎和神经保护作用显著减少, 而Sucnr1 - / - NSC移植,未发现任何生存差异, 分配, 和分化与对照神经干细胞.

然后,我们推测,细胞外由丁二酸分泌型 1 炎性国会议员发起该移植的NSCs的扫行为响应于增加的底物的可用性调整 (Srisawang等。, 2007). 这种新颖的细胞间代谢偶联与可获得的文献示出适合清楚, 特定的微环境内, 细胞争夺养分, 互相影响的作用和命运 (皮尔斯和皮尔斯, 2013).

我们预计通过SUCNR1表达iNSCs和神经干细胞后琥珀酸枯竭可能在减少炎症上下文的关键代谢信号的可用性起到至关重要的作用,其中移植的干细胞与宿主免疫细胞之间的相互作用成为互补 (Pluchino和Cossetti, 2013). 更普遍, 我们的研究结果均符合挑衅, 但仍然出现, NSCs的概念作为能够施加几个互补免疫调节和组织营养作用的脑的祖先监护人 (马蒂诺和Pluchino, 2007).

需要更多的研究以进一步表征在神经·免疫相互作用琥珀酸SUCNR1轴的功能, 提供细胞代谢的神经干/祖细胞中的关键作用额外的见解 (克诺布洛赫和JESSBERGER, 2017), 并制定互补性药物干预的慢性发炎的脑靶向这一途径.

结论是, 我们在这里表明,神经干细胞检测外琥珀酸,在慢性发炎的CNS积累到通过改善丁二酸SUCNR1相关的神经炎症机制. 我们的工作标识巩固体的再生潜力,并直接诱导的神经干细胞的新型抗炎机制, 从而铺路个性化干细胞的药物的治疗慢性炎性和退化性神经疾病的新时代.


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