《Neuroscience》：Trichostatin A-primed spinal cord organoids alleviate oxidative stress and improve recovery after spinal cord injury involving the NRF2/HO-1 signaling pathway
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王一聪|王坤|王子茹|李一恒|蒋帅|徐廷刚|杨敏|顾一帆皖南医学院第一附属医院（皖南医学院弋矶山医院）创伤骨科，中国安徽省芜湖市柘山路2号，241001摘要氧化应激是创伤性脊髓损伤（SCI）后继发性损伤级联反应的根本病理驱动因素。尽管泛组蛋白去乙酰化酶抑制剂Trichostati
王一聪|王坤|王子茹|李一恒|蒋帅|徐廷刚|杨敏|顾一帆
皖南医学院第一附属医院（皖南医学院弋矶山医院）创伤骨科，中国安徽省芜湖市柘山路2号，241001
摘要
氧化应激是创伤性脊髓损伤（SCI）后继发性损伤级联反应的根本病理驱动因素。尽管泛组蛋白去乙酰化酶抑制剂Trichostatin A（TSA）在多种情况下表现出神经保护作用，但其调节人体脊髓微环境中内源性NRF2/HO-1抗氧化防御系统的能力仍有待阐明。在本研究中，我们利用人类诱导多能干细胞衍生的脊髓类器官（hSCOs）这一高度相关的人体模型来探讨这些机制。体外分析显示，TSA预处理显著增强了hSCOs对氧化损伤的抵抗力，表现为细胞存活率提高、活性氧和丙二醛积累减少以及超氧化物歧化酶活性增强。机制研究表明，这种保护作用是通过NRF2核转位和随后的HO-1上调实现的，而这种效应在NRF2被药物抑制后完全消失。此外，将TSA预处理的hSCOs封装在GelMA水凝胶中并移植到大鼠挫伤模型中后，观察到结构和功能的显著恢复。与未经处理的类器官移植相比，TSA处理的hSCOs显著促进了运动功能恢复，减少了损伤空洞形成，增强了神经元存活，并减轻了胶质细胞瘢痕形成、神经炎症和轴突退化。这些发现表明，TSA的药物预处理通过激活NRF2/HO-1途径优化了类器官移植的治疗效果，为临床神经再生提供了一种极具前景的联合策略。
引言
脊髓损伤（SCI）是对中枢神经系统的严重创伤，常导致永久性的运动和感觉功能障碍（Barbiellini Amidei等人，2022年）。全球约有2700万人患有SCI，面临严重的并发症风险和终生的护理负担（Ismael等人，2021年）。目前的临床管理手段仍然非常有限，主要依赖于手术减压。同时，受伤后短时间内给予高剂量甲基泼尼松龙仍存在很大争议，因为其疗效不确定且副作用明显（Asher等人，2000年；Bracken等人，1984年；Fournier和Strittmatter，2001年）。因此，迫切需要开发新的、有效的治疗策略，直接针对SCI的核心病理机制。
初次机械损伤后，继发性损伤级联反应是导致神经功能逐渐恶化的主因（Oyinbo，2011年；Di等人，2025年）。在此阶段，由微环境破坏引发的氧化应激起着关键作用。活性氧（ROS）的过度积累迅速超出内源性抗氧化防御系统的能力，导致脂质过氧化、蛋白质和DNA损伤以及线粒体功能障碍（Ashammakhi等人，2019年；Islam等人，2015年）。这些事件最终通过凋亡和焦亡导致神经元和胶质细胞死亡。因此，旨在减轻氧化应激途径的治疗干预措施被认为具有很大潜力。
Trichostatin A（TSA）是一种特征明确的泛组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂。先前的研究表明，SCI后神经元中的HDACs（尤其是HDAC2）异常上调，导致表观遗传失调和继发性损伤加剧（Mardi等人，2021年；Yu等人，2012年；Li和Zhang，2024年）。通过抑制HDAC活性，TSA可以减轻氧化应激、抑制神经炎症，并在多种神经系统疾病模型中限制凋亡细胞死亡，从而发挥强大的神经保护作用（Seo等人，2022年）。然而，TSA是否通过调节NRF2/HO-1信号通路（一种关键的内源性抗氧化防御系统）来发挥其治疗作用，目前仍需进一步研究。
传统的药物筛选平台，如单层细胞培养或啮齿动物模型，由于物种间生理差异显著以及无法准确复制复杂的三维（3D）人体微环境而受到限制（Salzinger等人，2025年；Bhatia等人，2025年）。为解决这一问题，人类诱导多能干细胞（hiPSC）衍生的脊髓类器官（hSCOs）的出现彻底改变了SCI研究（Huang等人，2024年；Pazzin等人，2024年）。这些类器官在三维结构（Choi等人，2023年）、细胞异质性和功能特性方面与天然人体脊髓组织高度相似。因此，它们成为阐明病理机制和评估临床前研究治疗候选物的理想模型（Guanche等人，2025年；Quezada和Franz，2026年；Xue等人，2023年）。
基于我们团队关于TSA与hSCOs之间潜在相互作用的最新发现（Li等人，2025年；Zhou等人，2023年），我们假设TSA可能通过激活NRF2/HO-1信号通路来增强内源性抗氧化防御，从而减轻SCI后的氧化应激介导的继发性损伤。为此，我们使用hiPSC衍生的hSCOs建立了H2O2诱导的氧化损伤模型，并使用特定的NRF2抑制剂ML385（Bashir等人，2025年；Sheng等人，2025年）系统评估了TSA的神经保护作用，并探讨了NRF2通路的必要性（Guo等人，2025年）。为了体内验证，将TSA预处理的hSCOs移植到大鼠SCI挫伤模型中，以评估其在促进神经和功能恢复方面的治疗效果。本研究旨在提供强有力的临床前证据和新的机制见解，为SCI的临床治疗中的TSA预处理类器官移植策略铺平道路。
章节片段
干细胞培养
本研究中使用的人类诱导多能干细胞（hiPSCs）由厦门IMMOCELL生物技术有限公司从美国类型培养收集中心（ATCC）获取。细胞在Matrigel?涂层的T25培养瓶（Corning）中培养，使用hESC/iPSC完全培养基（IMMOCELL，#IMM-014），培养条件为37°C和5% CO2环境，每天补充培养基。当细胞密度达到约80%时，使用iPSC传代消化液（IMMOCELL，#IMC-014-E）进行解离。
人类脊髓类器官（hSCOs）的分化
为了模拟复杂的三维人体脊髓微环境，采用分阶段诱导方案将人类诱导多能干细胞（hiPSCs）分化为脊髓类器官（图1A，B）。分化第14天，免疫荧光分析证实类器官成功建立了背腹模式，并强烈表达了关键的前体细胞标记物：OLIG2（腹侧运动神经元前体标记物）、NKX6.1（腹侧神经
讨论
在本研究中，我们系统地研究了Trichostatin A（TSA）预处理增强hSCOs抗氧化抵抗力的能力及其修复脊髓损伤（SCI）的治疗潜力，使用了体外三维类器官模型和体内大鼠SCI模型。我们的发现表明，TSA对hSCOs的氧化损伤保护作用具有特征性的浓度依赖性双相模式，其中5?μM浓度效果最为显著
结论
总之，本研究表明，用最佳浓度的TSA预处理可显著增强人类脊髓类器官对氧化应激和凋亡的抵抗力——这种保护作用与NRF2/HO-1信号通路的激活有关。此外，将这些预处理的类器官移植到大鼠脊髓损伤模型中，通过协同机制更有效地促进了运动功能恢复。
CRediT作者贡献声明
王一聪：撰写——原始稿件、方法学、数据管理。王坤：验证、项目管理、研究。王子茹：监督、软件操作。李一恒：方法学。蒋帅：数据可视化。徐廷刚：验证、软件操作。杨敏：资源获取、资金申请。顾一帆：撰写——审稿与编辑、监督。
伦理批准和参与同意
所有动物实验方案均获得了皖南医学院实验动物福利与伦理委员会的批准（批准编号WNMC-AWE-2023455），并严格遵循机构关于实验动物护理和使用的指南。对于人源材料，本研究中使用的人类诱导多能干细胞（hiPSCs）最初由厦门IMMOCELL生物技术有限公司从美国类型培养收集中心（ATCC）获取。
资助
本研究得到了安徽省高等教育科学研究项目（项目编号2023AH040265）、安徽省临床医学研究转化项目（项目编号202304295107020007）、安徽省高等教育科学研究项目（项目编号2025AHGXZK31385）、皖南医学院优秀学者项目（项目编号YR202226）、弋矶山医院科技登山计划以及皖南医学院（项目编号PF2019005）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
