Mesenchymal Stem Cells Maintain Blood-Brain Barrier Integrity by Inhibiting Aquaporin-4 Upregulation After Cerebral Ischemia

水通道蛋白4 下调和上调 基因敲除 星形胶质细胞 小胶质细胞 生物 缺血 血脑屏障 小干扰RNA p38丝裂原活化蛋白激酶 细胞凋亡 细胞生物学 癌症研究 免疫学 医学 病理 炎症 信号转导 内科学 内分泌学 MAPK/ERK通路 中枢神经系统 转染 细胞培养 生物化学 基因 遗传学
作者
Guanghui Tang,Yan Liu,Zhijun Zhang,Yifan Lu,Yang Wang,Jun Huang,Yaning Li,Xiaohong Chen,Xiang Gu,Yongting Wang,Guo‐Yuan Yang
出处
期刊:Stem Cells [Oxford University Press]
卷期号:32 (12): 3150-3162 被引量:138
标识
DOI:10.1002/stem.1808
摘要

Abstract Rationale: Cerebral ischemia upregulates aquaporin-4 expression, increases blood-brain barrier (BBB) permeability, and induces brain edema. Mesenchymal stem cells (MSCs) can repress inflammatory cytokines and show great potential for ischemic stroke therapy. However, the effect of MSCs regarding the protection of ischemia-induced BBB break down is unknown. Objective: We test whether MSCs therapy protects BBB integrity and explore the molecular mechanisms of aquaporin-4 on BBB integrity. Methods and Results: Two hundred and twenty-eight adult CD1 male mice underwent 90 minutes transient middle cerebral artery occlusion and received 2 × 105 MSCs intracranial transplantation. The neurological severity score was improved and both ischemia-induced brain edema and BBB leakage were reduced in MSC-treated mice. MSCs therapy reduced astrocyte apoptosis and inhibited ischemia-induced aquaporin-4 upregulation. In addition, small-interfering RNA knockdown of aquaporin-4 after cerebral ischemia effectively reduced aquaporin-4 expression, brain edema, BBB leakage, and astrocyte apoptosis. Conditional medium from lipopolysaccharide (LPS)-activated microglia enhanced aquaporin-4 expression, p38 and JNK phosphorylation, and apoptosis of cultured astrocytes. MSC treatment reduced the expression of inflammatory cytokines in LPS-activated microglia, and subsequently reduced aquaporin-4 expression and apoptosis of astrocytes. Knockdown of aquaporin-4 in cultured astrocytes also reduced apoptosis. Treatment with p38 and JNK inhibitors showed that p38, but not the JNK signaling pathway, was responsible for the aquaporin-4 upregulation. Conclusion: MSCs protected BBB integrity by reducing the apoptosis of astrocytes after ischemic attack, which was due to the attenuation of inflammatory response and downregulation of aquaporin-4 expression via p38 signaling pathway. Stem Cells 2014;32:3150–3162
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