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2025年6月20日，意大利馬里奧·內格里藥理研究所Elisa R Zanier在Advanced Science發表：Mesenchymal Stromal Cell Secretome and Its Key Bioactive Metabolites Induce Long-Term Neuroprotection After Traumatic Brain Injury in Mice，揭示了間充質基質細胞分泌組及其關鍵生物活性代謝物在小鼠創傷性腦損傷后誘導長期神經保護作用。

創傷性腦損傷（TBI）所帶來的嚴重且長期的后果突顯了開發有效神經保護療法的迫切需求。間充質基質細胞（MSCs）通過其分泌組在TBI治療中展現出潛力。此前研究發現，一種低分子量（<700 Da）的CM組分，在體外急性腦損傷模型中表現出與完整CM相當的神經保護作用。本研究旨在鑒定其中關鍵的生物活性因子，并將這些因子重新組合成一種合成混合物（SYNT），評估其在TBI模型中的療效。代謝組學分析鑒定出三種前列腺素和犬尿氨酸，這些成分被用于構建SYNT配方。SYNT能夠減少細胞死亡和神經元損傷，并在體外TBI模型中誘導與神經保護及小膠質細胞向有益表型轉變相關的保護性基因表達變化。在體內實驗中，SYNT與CM一樣提供了類似的長期功能改善效果，與生理鹽水處理組相比，SYNT可改善感覺運動功能長達6個月，并在4個月時保留記憶功能；兩種治療方法均可調節神經炎癥反應，在6個月時表現為挫傷周圍組織中小膠質細胞活化和星形膠質增生的減少。這些研究結果證明了MSC分泌組在TBI中的神經保護作用，并表明前列腺素和犬尿氨酸是這一反應的關鍵介導因子。

圖一 條件培養基在創傷性腦損傷小鼠中的療效

作者最初評估了在TBI后收集的hAMSC分泌組的療效和特異性。TBI小鼠在損傷后3小時開始每天分別接受生理鹽水、神經基礎培養基（NB）或CM治療。NB治療作為對照，以排除培養基中營養成分可能帶來的影響。接受生理鹽水或NB治療的TBI小鼠在損傷后3天和7天的神經評分和SNAP測試中表現出相似的行為障礙。然而，接受CM治療的小鼠在這兩項測試中均表現出顯著的早期感覺運動功能改善。同樣，在Y迷宮測試中的認知評估顯示，生理鹽水和NB治療組的小鼠沒有顯示出記憶保留能力；而CM治療組的小鼠表現出認知功能的改善，表現為在新臂停留的時間更長。各組之間在運動活動或焦慮樣行為方面未觀察到差異。這些數據表明，CM通過hAMSC釋放的特定分子促進了感覺運動和記憶功能的恢復。為了研究CM在損傷后急性期對微環境的影響，在TBI后第3天對生理鹽水治療組和CM治療組小鼠的挫傷周圍皮層組織進行了RNA測序分析。基因集富集分析（GSEA）結果顯示，CM誘導了與膠原降解和細胞外基質降解相關的通路上調，表明CM治療引發了活躍的細胞外基質調控。作者進一步評估了CM在更長時間內的治療效果。CM治療的小鼠在感覺運動功能方面表現出持續改善，并且挫傷體積和海馬損傷明顯減少。組織病理學分析顯示，CM在病灶周圍皮層中具有神經元保護作用和血管挽救作用。這些結果表明，hAMSC來源的CM在實驗性TBI后體內具有保護作用。為了探索直接腦內給藥是否可以增強治療效果，作者在損傷后3小時將CM通過腦室內注射方式給予小鼠。雖然ICV治療的小鼠在感覺運動功能上有所改善，但其效應大小低于多次腹腔注射的效果，且未觀察到挫傷體積的顯著減少。

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圖二 合成混合物在體外創傷性腦損傷后的療效

基于已鑒定的代謝物，作者利用一種合成混合物（SYNT）使用新開發的體外三維TBI模型（利用器官型腦切片）測試了SYNT的療效。對皮層切片實施TBI后，在損傷后1小時給予SYNT治療。結果顯示，SYNT顯著降低了病灶核心區域的細胞死亡率；神經絲輕鏈（NfL）釋放量減少也進一步驗證了其對神經元的保護作用。值得注意的是，將前列腺素和犬尿氨酸的濃度降低至原始劑量的十分之一時，SYNT的保護作用消失；而1倍和10倍劑量均能顯著減少細胞死亡，且高劑量并未帶來額外的增強效果。這些結果表明SYNT在較高劑量下仍具有良好的安全性。在測試各單一成分的作用時，無論是單獨使用前列腺素還是犬尿氨酸，均未顯著減少細胞死亡，這表明兩種成分聯合使用時具有協同效應。基因表達分析進一步表明SYNT誘導的神經保護作用。SYNT能夠逆轉TBI引起的NeuN和BDNF mRNA表達的下調。此外，SYNT還調控了小膠質細胞反應，降低了其激活標志物CD11b的表達，以及促炎因子IL-6和CD86的水平，同時上調了抗炎標志物Arginase1的表達，表明小膠質細胞向有益表型轉化。在分析星形膠質細胞相關標志物時，發現TBI組和SYNT治療組在GFAP總標志物的表達上相似；鑒于犬尿氨酸在不同代謝通路激活下可能具有神經保護或神經毒性作用，作者檢測了TBI及SYNT治療后培養基中犬尿氨酸代謝產物的變化。在對照組或TBI組腦切片的培養基中，犬尿氨酸水平與NB培養基相似，表明皮層切片在培養條件下并不釋放犬尿氨酸。SYNT治療組（培養基+SYNT）中含有較高濃度的犬尿氨酸。但在TBI+SYNT組中犬尿氨酸含量明顯下降，說明其被吸收并進入代謝途徑。值得注意的是，TBI+SYNT組中神經保護性代謝物犬尿喹啉酸（KYNA）水平升高，而神經毒性代謝物3-羥基鄰氨基苯甲酸（3HAA）則未被檢出，表明犬尿氨酸代謝路徑向保護性分支發生了偏移。

圖三 創傷性腦損傷后CM和SYNT治療的慢性效應

作者隨后在體內測試了SYNT的效果，并將其與完整的CM治療進行了比較。TBI小鼠連續五周每天接受生理鹽水、CM或SYNT治療。之后停止治療，繼續觀察至傷后6個月。CM和SYNT均表現出良好的安全性。傷后6個月內小鼠的體重增長曲線顯示，TBI導致體重增長下降，但各治療組與未治療組之間無明顯差異，表明治療本身未引起系統性毒性。同樣，在處死時各組小鼠的脾臟重量也無顯著差異，排除了脾腫大或慢性炎癥的可能性。此外還進行了血漿生化分析，檢測了多項健康指標包括總體健康狀況（如總蛋白、白蛋白、葡萄糖）、腎功能（如尿素氮、肌酐）、肝功能（如天冬氨酸氨基轉移酶、膽紅素）以及心臟/肌肉功能（肌酸激酶）。所有參數均處于正常范圍內，且各組之間無顯著差異，進一步證實了CM和SYNT多次給藥的安全性。CM和SYNT均顯著改善了感覺運動功能，其效果可持續至傷后6個月。在Y迷宮測試中，CM治療組和SYNT治療組的小鼠均表現出認知功能的明顯改善，但在6個月時，這種改善僅在CM治療組持續存在。在傷后4個月和6個月進行的曠場測試顯示，各組在運動活動方面沒有差異。TBI小鼠表現出焦慮樣行為增加（在邊緣區域停留時間更長），但CM和SYNT治療并未對此產生影響。MRI分析顯示，在生理鹽水治療組中，挫傷體積隨著時間推移逐漸增大；而CM治療有效阻止了挫傷的進展，在傷后5個月時解剖損傷顯著減輕。然而，SYNT治療并未表現出這一效果。

研究MSCs分泌組及其關鍵生物活性代謝產物在創傷性腦損傷后的長期神經保護作用，不僅有助于揭示新的治療機制，還為替代細胞療法提供了新途徑。此外，該研究促進了個性化醫療的發展，并推動了基礎研究成果向臨床應用的快速轉化。這對于改善TBI患者的預后和生活質量具有深遠的影響。

文章來源

DOI:10.1002/advs.202415508