FGF21を過剰発現する間葉系幹細胞は、実験的虚血性脳卒中における血液脳関門の完全性を保存します

血液脳関門（BBB）の破壊は、脳卒中における顕著な病態生理学的メカニズムです。間葉系幹細胞（MSC）の移植により、虚血性脳卒中後のBBBの完全性が保存されます。線維芽細胞成長因子21（FGF21）は、神経炎症を減らし、BBB漏れを防ぐ強力な神経保護剤であることが示されています。この研究では、虚血誘発性神経障害およびBBB分解に対するFGF21（MSCS-FGF21）を過剰発現するMSCの移植の影響を評価しました。MSCS-FGF21は、中大脳動脈閉塞（MCAO）手術の24時間後に脳室内ルートを介してラット脳に注入されました。行動性能は、修正された神経学的重症度スコアとY迷路テストを使用して評価されました。BBBの破壊は、Evans Blue染色、IgG血管拡散、および脳水の含有量を使用して測定されました。タイトジャンクションタンパク質、アクアポリン4、および神経炎症マーカーのレベルを、ウエスタンブロッティングと免疫組織化学によって分析しました。マトリックスメタロプロテイナーゼ-9（MMP-9）の活性は、ゼラチンザイモグラフィを使用して決定されました。MCAO手術後の5日目に、MSCS-FGF21の脳室内注射は、神経学的欠陥とBBBの破壊を有意に緩和することがわかった。ZO-1、Occludin、Claudin-5を含むTight Junctionタンパク質のMCAO誘発性喪失、および浮腫誘導因子Aquaporin 4のアップレギュレーションも著しく阻害されました。さらに、脳梗塞量、炎症誘発性タンパク質発現、およびMMP-9の活性化が効果的に抑制されました。これらのMCAO誘発性の変化は、FGF21を過剰発現しなかったMSC-MCherryでの治療によってのみわずかに改善されました。FGF21の過剰発現により、虚血性脳卒中の治療におけるMSCの治療効果が劇的に改善されました。その複数の利点と長い治療窓を考えると、MSC-FGF21療法は虚血性脳卒中の有望な治療戦略である可能性があります。

Blood-brain barrier (BBB) disruption is a prominent pathophysiological mechanism in stroke. Transplantation of mesenchymal stem cells (MSCs) preserves BBB integrity following ischemic stroke. Fibroblast growth factor 21 (FGF21) has been shown to be a potent neuroprotective agent that reduces neuroinflammation and protects against BBB leakage. In this study, we assessed the effects of transplantation of MSCs overexpressing FGF21 (MSCs-FGF21) on ischemia-induced neurological deficits and BBB breakdown. MSCs-FGF21 was injected into the rat brain via the intracerebroventricular route 24 h after middle cerebral artery occlusion (MCAO) surgery. The behavioral performance was assessed using modified neurological severity scores and Y-maze tests. BBB disruption was measured using Evans blue staining, IgG extravasation, and brain water content. The levels of tight junction proteins, aquaporin 4, and neuroinflammatory markers were analyzed by western blotting and immunohistochemistry. The activity of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) was determined using gelatin zymography. At day-5 after MCAO surgery, intraventricular injection of MSCs-FGF21 was found to significantly mitigate the neurological deficits and BBB disruption. The MCAO-induced loss of tight junction proteins, including ZO-1, occludin, and claudin-5, and upregulation of the edema inducer, aquaporin 4, were also remarkably inhibited. In addition, brain infarct volume, pro-inflammatory protein expression, and MMP-9 activation were effectively suppressed. These MCAO-induced changes were only marginally improved by treatment with MSCs-mCherry, which did not overexpress FGF21. Overexpression of FGF21 dramatically improved the therapeutic efficacy of MSCs in treating ischemic stroke. Given its multiple benefits and long therapeutic window, MSC-FGF21 therapy may be a promising treatment strategy for ischemic stroke.