《Neurochemistry International》：Short-term infusion of GDF11 after SCI attenuates pericytes loss and BSCB damage to promote recovery of spinal cord function
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脊髓损伤后GDF11通过调控TGF-β/SMAD3信号通路增强血脊髓屏障完整性，促进成纤维细胞前体细胞修复，改善运动功能。
沈宏浩|刘江涛|杜明豪|秦庚|李建妮|卢一晨|高洪谦
西安交通大学西安中心医院药学系，中国陕西省西安市710003
摘要
为了研究GDF11在急性神经损伤中的作用，本研究重点探讨了GDF11对脊髓损伤（SCI）后周细胞和血脊髓屏障（BSCB）的影响。我们建立了小鼠SCI模型，并连续三天给予GDF11输注。在损伤后早期收集脊髓样本，通过病理形态学分析、Western blotting、免疫荧光和透射电子显微镜评估BSCB的完整性。结果表明，GDF11输注显著降低了SCI后7天的BSCB损伤，表现为细胞间连接结构的改善和周细胞覆盖率的增加。由于神经血管通讯是BSCB的关键功能，我们进一步评估了不同组别中的神经元存活情况和髓鞘完整性。此外，我们分离了中枢神经系统原代微血管周细胞，并通过氧糖剥夺（OGD）培养模拟SCI，同时使用GDF11及其关键受体TGF-β受体（TGFR）拮抗剂ACE-536进行处理。通过流式细胞术和迁移实验评估了各组周细胞的活力和迁移能力。研究发现，GDF11/TGFR/SMAD3信号通路介导了GDF11对SCI的有益作用。由于功能恢复是SCI后临床结果的关键指标，我们在后期进行了行为评估。结果表明，早期GDF11输注显著改善了功能恢复，表现为步态表现和游泳能力的提升。因此，早期针对周细胞以调节BSCB完整性的GDF11输注可能为SCI恢复提供一种有前景的治疗方法。
引言
创伤性脊髓损伤（SCI）对患者影响深远，导致长期的感觉、运动和神经功能障碍，严重影响身体健康、心理健康甚至职业发展[1]、[2]。SCI由脊髓最初的机械性损伤引起，这会导致神经元损伤和血脊髓屏障（BSCB）的破坏[3]。这种初始损伤之后会引发一系列复杂的继发性损伤，包括炎症、氧化应激和细胞死亡，从而加剧组织损伤的程度。SCI后脊髓微血管系统迅速受损，使得炎症细胞和细胞因子得以渗透，而出血则加重肿胀，造成额外的机械性压迫。继发性损伤过程通常比初始创伤更具破坏性，在SCI的进展及其长期后果中起着关键作用[4]、[5]、[6]。
BSCB由内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞组成，是脊髓与外周血管系统之间的重要接口。它调节血液与脊髓之间的选择性物质交换，从而维持体内平衡[7]。内皮细胞之间的紧密连接形成物理屏障，防止有害物质（包括大分子和免疫细胞）进入脊髓[8]。位于内皮细胞间隙中的周细胞在该屏障的完整性中起着关键作用。它们通过细胞相互作用帮助维持血脑屏障（BBB）并调节内皮细胞的功能[9]、[10]。SCI后BSCB的破坏会导致严重的继发性损伤，包括出血、氧化应激和炎症反应。增强BSCB的完整性和促进修复可以显著改善SCI后的功能恢复和组织修复[11]、[12]。
近年来，由于周细胞在中枢神经系统（CNS）中的关键作用，它们受到了越来越多的关注[13]。与外周血管系统相比，CNS中周细胞的高密度强调了它们在维持血管稳定性和神经血管单元（NVU）功能中的重要性[14]。周细胞支持内皮细胞的旁细胞屏障功能，促进血管生成，并在组织修复过程中稳定微血管结构[15]。在创伤性脑损伤（TBI）后，周细胞有助于神经干细胞的再生[16]；在SCI的情况下，它们向损伤部位迁移，在组织修复和血管重塑中发挥重要作用[17]、[18]。因此，周细胞是维持BSCB完整性和促进SCI后恢复的关键因素。
在过去十年中，生长分化因子11（GDF11）因其潜在的抗衰老和再生作用而成为一种有前景的治疗剂[19]、[20]。早期研究表明，GDF11可以逆转心脏肥大[21]、促进神经血管再生[22]、改善代谢状态[23]，并对肌肉、神经和造血系统产生积极影响。然而，后续研究存在一些争议，有证据表明高水平的GDF11可能抑制肌肉修复并导致肌肉萎缩[24]。此外，GDF11在衰老相关过程中的作用也存在争议，关于老年人血浆中GDF11水平的检测结果并不一致[25]。尽管如此，人们认为GDF11主要通过TGF-β/SMAD信号通路发挥其生物学作用，这可能具有重要的治疗潜力[26]。尽管有这些有希望的观察结果，但GDF11的作用机制仍不完全清楚，其实际应用需要进一步探索。
本研究旨在探讨GDF11在SCI背景下对周细胞的保护作用。我们重点研究了GDF11如何通过激活TGF-β受体（TGFR）/SMAD3信号通路来调节BSCB的完整性。我们的发现为GDF11的生物学作用提供了新的见解，并表明它可能成为促进SCI后恢复的新治疗策略。
章节片段
动物
C57BL/6小鼠，年龄6至8周，体重20至25克，来自西安交通大学实验动物中心。这些小鼠在受控条件下（温度：23 ± 1°C，湿度：55-60%，12小时光照-黑暗周期）适应了动物行为实验室三天，在此期间它们可以自由摄取食物和水。建立脊髓损伤（SCI）模型后，继续常规喂养小鼠，未出现伤口感染或脱毛现象。
GDF11输注减少了SCI后的炎症浸润，并在后期改善了功能恢复
为了研究GDF11在改善SCI方面的潜力，我们首先建立了SCI模型，并在术后给予GDF11治疗，随后测量血清损伤标志物（图1A）。与对照组相比，GDF11输注有效降低了SCI后7天血清中NSE、VCAM-1和ET-1的水平（这些标志物被认为是BSCB损伤的指标）（图1B）。接下来，为了明确GDF11对SCI后小鼠的影响，用HE和Nissl对组织进行染色。
讨论
周细胞是BSCB不可或缺的组成部分，对血管稳定性和神经血管稳态具有结构和旁分泌作用。最近的单细胞测序研究揭示了周细胞的异质性，发现了具有收缩性、成纤维细胞样和炎症表型的亚群[32]、[33]、[34]、[35]。这种多样性表明周细胞在SCI后可能表现出阶段依赖性和环境依赖性的功能[36]、[37]。我们的研究表明早期
结论
SCI的临床治疗仍然具有很大挑战性，由此产生的神经功能缺陷严重影响了患者的生活质量。最近，周细胞和BBB在神经系统疾病进展中的重要性受到了越来越多的关注。在本研究中，我们首次报告了SCI后早期给予GDF11对周细胞和BBB完整性的治疗效果。然后我们分析了这些效果如何影响神经功能损伤
CRediT作者贡献声明
李建妮：可视化、监督、概念构思。秦庚：资源获取、研究、概念构思。杜明豪：可视化、软件使用、项目管理、资金筹措。刘江涛：方法学、研究、数据分析、概念构思。高洪谦：写作-审稿与编辑、监督、概念构思。卢一晨：写作-初稿撰写、监督、方法学。沈宏浩：写作-初稿撰写、可视化、监督、研究、数据分析
资助
本研究由陕西省自然科学基础研究计划（2024JC-YBMS-1027）资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。
