感觉神经元外泌体引起髓核干细胞衰老促进椎间盘退变发生的作用机制

来源：中华骨科杂志2024年第08期北京时间：

作者：彭一中,刘胜,陈松峰,李康路,浦飞飞,吴蔚,卿湘城,林辉,陈烜左,邵增务

单位：华中科技大学同济医学院附属协和医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院,郑州大学第一附属医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院,武汉市第一医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院,华中科技大学同济医学院附属协和医院

摘要：目的 探讨感觉神经元外泌体（sensory neuron-derived exosomes，nExo）介导椎间盘退变的作用及分子机制。方法 构建大鼠椎间盘退变（intervertebral disc degeneration，IDD）模型，将nExo注入椎间盘，4周后应用组织学染色评估椎间盘退变程度及免疫荧光染色评估组织中髓核干细胞的衰老表型。应用nExo或外源性硫氧还蛋白1（thioredoxin 1，TXN）处理髓核干细胞24 h，利用免疫印迹、流式细胞周期分析、衰老相关β-半乳糖苷酶染色评估细胞的衰老表型。转录组学分析筛选并验证介导nExo调控细胞衰老的关键分子。向大鼠椎间盘退变模型中注入nExo和TXN，4周后评估椎间盘退变程度。结果 nExo提高了大鼠椎间盘组织退变等级，IDD组髓核组织中TEK p16 及TEK p21 双阳细胞比例分别为36.32%±4.04%和33.69%±4.56%，IDD+nExo组提升至56.41%±5.26%和50.14%±8.49%（ =7.420， <0.001； =4.184， <0.002）；nExo促进髓核干细胞的p16及p21蛋白表达，并提高了衰老相关β-半乳糖苷酶染色阳性细胞率，自7.32%±1.73%提高至58.22%±11.38%（ =7.658， =0.002）；nExo下调了G2/M期细胞百分比，从18.10%±1.32%下调至1.60%±0.67%（ =19.290， <0.001）。转录组学分析显示空白对照组和nExo组差异基因与细胞衰老密切相关，与数据库中的衰老基因集交集筛选出关键基因，即TXN。nExo下调髓核干细胞中的TXN，而补充外源性TXN下调了衰老相关蛋白的表达，降低衰老相关β-半乳糖苷酶染色阳性细胞率从58.84%±3.99%降低至21.68%±8.16%（ =7.048， =0.021）；将G2/M期细胞百分比从1.21%±0.34%上调至15.26%±2.60%（ =9.259， =0.001）。TXN降低了椎间盘组织退变等级，nExo组退变组织学评分为（14.33±0.82）分，nExo+TXN组为（ 8.17±1.17）分，差异有统计学意义（ =10.590， <0.001）；增加细胞外基质的含量，nExo组为（10.94±4.35） μg/mg，nExo+TXN组提高至（50.55±12.16） μg/mg，差异有统计学意义（ =7.512， <0.001）；减少组织中TEK p16 及TEK p21 双阳细胞比例，nExo组分别为54.92%±4.21%和60.31%±9.02%，nExo+TXN组下降至27.93%±3.26%和33.75%±8.07%，差异有统计学意义（ =12.430， <0.001； =5.375， <0.001）。 结论 nExo通过下调髓核干细胞中的TXN，促进细胞衰老和椎间盘退变。

关键词：椎间盘退行性变;神经元;外泌体;干细胞;细胞衰老

基金资助：国家自然科学基金82202764，81974352