BDNF质粒水凝胶促进脑出血后神经保护与神经再生的实验研究

《Scientific Reports》：BDNF plasmid hydrogel promotes neuroprotection and neurogenesis in rats with intracerebral hemorrhage

　　本研究针对脑出血(ICH)后神经修复难题，创新性地采用壳聚糖-透明质酸自愈合水凝胶搭载BDNF质粒进行基因治疗。结果表明，该疗法可显著提高脑组织BDNF表达水平1.8倍，促进神经前体细胞增殖5倍，减少脑萎缩至2%（对照组6%），并改善大鼠运动功能。该研究为脑出血治疗提供了新型非病毒基因递送策略。

　　

当脑血管破裂导致血液进入脑组织，就会发生脑出血(Intracerebral Hemorrhage, ICH)，这是一种死亡率高达50%的危重疾病。幸存者中约75%在一年后仍无法独立生活，目前尚无任何经美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物能够促进神经修复。脑损伤包括原发性损伤（血肿机械压迫）和继发性损伤（血液成分毒性、炎症反应等），而现有手术仅能清除血块，无法修复受损的神经组织。

脑源性神经营养因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)作为最强的神经营养因子之一，虽在治疗神经退行性疾病中展现出潜力，却因难以穿透血脑屏障、体内半衰期短等问题限制了其临床应用。直接注射BDNF蛋白或移植表达BDNF的干细胞，其效果持续时间均不超过3周。为突破这一瓶颈，台湾大学研究团队在《Scientific Reports》上发表了创新性研究成果，开发了一种搭载BDNF质粒的自愈合水凝胶系统，为大鼠脑出血后的神经功能恢复提供了新思路。

研究团队采用的关键技术方法包括：通过流变学分析表征水凝胶的自愈合性能；建立胶原酶诱导的大鼠脑出血模型；采用立体定位注射技术进行水凝胶植入；通过实时定量聚合酶链反应(RT-PCR)检测BDNF mRNA表达；利用7T磁共振成像(MRI)动态评估脑组织形态；并通过免疫组化分析神经前体细胞（双皮质素DCX阳性）和炎症细胞（CD68阳性）的变化。

水凝胶的流变学特性

研究显示，该水凝胶的凝胶时间约为850秒，存储模量(G′)和损耗模量(G″)在约10 Pa时出现交叉点，适合神经组织应用。应变扫描表明水凝胶在450%应变下开始流动，具备注射性能。自愈合测试中，水凝胶在1%和500%应变交替作用下呈现可逆的凝胶-溶液转变，自愈合效率接近100%。

BDNF表达增强

RT-PCR结果显示，脑出血后第21天，接受BDNF质粒水凝胶治疗的大鼠纹状体BDNF mRNA表达水平较非转染组织提高1.8倍，且绿色荧光蛋白(GFP)表达证实了质粒的成功转染。两组在BDNF表达随时间变化的趋势上存在显著交互作用(p<0.0001)。

行为学改善

旋转棒和转角测试表明，仅搭载BDNF质粒和转染剂的水凝胶治疗组在两项行为学测试中均表现出显著改善(p<0.05)。而单独使用水凝胶或BDNF质粒的组别仅在一项测试中有改善，证明水凝胶对基因递送的关键作用。

脑组织保护

MRI显示，治疗14天后，BDNF水凝胶组脑萎缩率仅为2%，显著低于盐水组的6%(p<0.05)。水凝胶在植入两周后降解约44%，表明其在逐渐降解的同时持续发挥保护作用。

神经炎症减轻与神经再生增强

组织学分析显示，BDNF水凝胶治疗组中CD68阳性巨噬细胞数量减少一半(p<0.05)，而室管膜下区(SVZ)的DCX阳性神经前体细胞数量增加5倍(p<0.01)。这些细胞还向出血灶周围的白质区域迁移，表明促进了神经再生。

该研究首次在出血性脑卒中模型中验证了BDNF基因疗法与水凝胶结合的治疗潜力。非病毒基因递送系统避免了病毒载体的安全性问题，而自愈合水凝胶不仅作为基因载体，还通过其三维结构促进神经组织修复。研究证实，局部持续表达BDNF可有效调控神经炎症、促进内源性神经再生，从而改善神经功能。这种联合策略不仅为脑出血治疗提供了新方向，还有望应用于缺血性脑卒中、创伤性脑损伤及其他神经退行性疾病的治疗。尽管存在样本量有限等局限性，但这项研究为开发临床转化方案奠定了重要基础。