经血干细胞移植联合运动训练促进大鼠脊髓损伤康复的转录组学分析

目的通过转录组测序分析探讨经血干细胞(menstrual blood-derived stem cells,MenSCs)移植联合运动训练治疗脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)大鼠的潜在干预靶点和分子机制。方法选用SPF级2月龄雌性SD大鼠,采用第十胸椎(T10)处半切方式构建SCI模型后,分为SCI后MenSCs移植联合运动训练组[简称细胞与跑步机训练(cell and treadmill training,CTMT)组]和SCI组(作为对照),每组12只大鼠。其中,CTMT组大鼠在建模后1周于损伤局部显微注射MenSCs 1×10^(5)个,随后进行为期2周的减重有氧运动训练。选取损伤处的脊髓组织进行转录组测序分析,获得SCI组和CTMT组大鼠的脊髓组织中mRNA表达数据,进行基因表达差异分析、GO功能富集分析、KEGG通路富集分析和蛋白质互作网络分析。同时,采用BBB评分评估两组大鼠的运动功能康复情况,苏木精-伊红(hematoxylin and eosin,HE)染色评估两组大鼠损伤局部的组织病理学改善程度,采用实时荧光定量PCR法和蛋白质印迹法对差异基因表达进行验证。结果转录组测序分析差异基因的表达数据显示,与SCI组相比,CTMT组有247个上调基因及174个下调基因,其中Bdnf、Hmox1、Sd4、Mmp3和Cd163等基因显著上调[|log2(FoldChange)|≥0.66,P<0.05]。KEGG通路富集分析与GO功能富集分析提示,这些差异基因主要参与了生长发育、代谢反应及免疫炎症过程,例如轴突生长、电子传递链等。其中,Bdnf基因富集在PI3K-Akt信号通路。BBB评分显示,MenSCs移植联合运动训练显著提高SCI大鼠的运动能力。HE染色提示治疗组大鼠的损伤局部病理变化程度显著减轻。实时荧光定量PCR法和蛋白质印迹法证明,CTMT组脊髓组织中脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)mRNA和蛋白表达水平均显著高于SCI组(P<0.001)。结论MenSCs移植联合运动训练治疗可能通过上调BDNF表达促进SCI大鼠运动功能的恢复,这为SCI的临床康复治疗提供了一个新思路。