視神経圧迫動物モデルにおける血管内皮成長因子の役割の違いを介して低酸素環境下でのプラセンタ由来間葉系幹細胞が視神経軸索を救う

Hypoxia-Preconditioned Placenta-Derived Mesenchymal Stem Cells Rescue Optic Nerve Axons Via Differential Roles of Vascular Endothelial Growth Factor in an Optic Nerve Compression Animal Model.

• Heejung Kwon
• Mira Park
• Sarmila Nepali
• Helen Lew

抄録

視神経損傷からの回復が可能なヒト胎盤由来幹細胞（hPSCs）が報告されています。私たちは最近、hPSCsが低酸素障害に対する保護能力を有することを実証しました。hPSCsの能力を向上させるために、我々は低酸素チャンバーを用いて低酸素前処理株（HPPCs）を樹立した。hPSCsを2.2%Oと5.5%COの短期低酸素条件に曝露した。また、視神経損傷ラットモデルを用いて、HPPCsの回復効果を実証するためのin vivo実験を行った。ナイーブhPSCs（およびHPPC）を視神経に注入した。1、2、4週間後に視神経組織の標的タンパク質の変化を解析しました。網膜において、GAP43発現は、ナイーブhPSCsおよびHPPCsの両グループと偽コントロールとの比較で高かった。hPSC注入後2週間後には、すべてのhPSC注入群で損傷を受けた網膜のtuj1発現の回復が認められた。また、同じモデルを用いて網膜におけるGFAPの発現を決定した。視神経組織では、HIF-1αレベルは損傷1週間後にHPPC注入群で有意に低下し、4週間後にはhPSC注入群でThy-1レベルが高くなっていました。また、HPPC注入後のThy-1発現の回復も高かった。さらに、低酸素環境に曝露したR28細胞は、ナイーブなhPSCに比べてHPPCの回復が促進され、生存率が改善された。VEGFタンパク質はHPPCによって制御される標的タンパク質のアップレギュレーションを介して回復経路のメディエーターとなっていた。これらの結果は、HPPCが外傷性視神経損傷の治療のための細胞治療の候補となる可能性を示唆している。

Human placenta-derived stem cells (hPSCs) with the therapeutic potential to recover from optic nerve injury have been reported. We have recently demonstrated that hPSCs have protective abilities against hypoxic damage. To improve the capacity of hPSCs, we established a hypoxia-preconditioned strain (HPPCs) using a hypoxic chamber. The hPSCs were exposed to short-term hypoxic conditions of 2.2% O and 5.5% CO. We also performed in vivo experiments to demonstrate the recovery effects of HPPCs using an optic nerve injury rat model. Naïve hPSCs (and HPPCs) were injected into the optic nerve. After 1, 2, or 4 weeks, we analyzed changes in target proteins in the optic nerve tissues. In the retina, GAP43 expression was higher in both groups of naïve hPSCs and HPPCs versus sham controls. Two weeks after injection, all hPSC-injected groups showed recovery of tuj1 expression in damaged retinas. We also determined GFAP expression in retinas using the same model. In optic nerve tissues, HIF-1α levels were significantly lower in the HPPC-injected group 1 week after injury, and Thy-1 levels were higher in the hPSC-injected group at 4 weeks. There was also an enhanced recovery of Thy-1 expression after HPPC injection. In addition, R28 cells exposed to hypoxic conditions showed improved viability through enhanced recovery of HPPCs than naïve hPSCs. VEGF protein was a mediator in the recovery pathway via upregulation of target proteins regulated by HPPCs. Our results suggest that HPPCs may be candidates for cell therapy for the treatment of traumatic optic nerve injury.