Cell Death Discov︱胡越/陈伟团队揭秘脂肪源性间充质干细胞治疗急性肺损伤的新机制

撰文︱胡  越

责编︱方以一，王思珍

编辑︱杨彬薇

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是一种常见的临床综合征，涉及全身急性炎症过程，导致肺屏障的破坏[1, 2]。严重者可能进一步发展成为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）。ALI和ARDS都是重症患者发病和死亡的主要原因。中国每年约有6000-7000万例ALI病例，病死率高达40-70%；但目前可用的临床治疗手段有限，并没有非常有效的治疗策略。因此，如何有效减少肺泡上皮和内皮的炎症损伤至关重要。既往研究表明间充质干细胞是治疗急性肺损伤(ALI)的一种很有前景的细胞疗法，然而相关分子机制尚不清楚；深入认识并阐明间充质干细胞治疗急性肺损伤(ALI)的机制具有重要的临床意义。

2022年12月5日浙江大学医学院第二附属医院呼吸与重症医学科胡越副主任医师和浙江省中医药研究院/浙江省立同德医院陈伟教授携团队在Nature Publishing Group旗下Cell Death Discovery上发表了题为“Protection of adipose-derived mesenchymal stromal cells during acute lung injury requires autophagy maintained by mTOR”的研究。该研究结果发现脂肪源性间充质干细胞（adipose-derived mesenchymal stem cells,ADSC）能通过抑制肺泡上皮细胞哺乳动物雷帕霉素靶点（the mammalian target of rapamycin,mTOR）上调细胞自噬，从而对ALI起到保护作用。该研究对ALI的治疗意义和治疗策略有了更全面地理解。

间充质干细胞(MSC)是一种源自中胚层的多能干细胞，具有自我更新能力和多向分化的能力；自噬与MSC的增殖、分化、抗炎、自我更新等过程密切相关[3-5]，抑制细胞自噬可通过诱导细胞内活性氧(ROS)积累和DNA损伤、激活mTOR信号通路和破坏线粒体功能来促进MSC细胞死亡[6-8]，而自噬对MSC保护ALI的作用和机制尚不清楚，ADSC调节抗炎作用的分子机制需要进一步阐明。课题组推断MSCs具有促进受损细胞的修复和再生，调节免疫反应，提高组织的抗炎和抗感染能力，并假设ADSC能上调肺上皮细胞自噬水平从而增加抗炎作用。为了证明该推测，首先课题组从小鼠腹股沟脂肪组织中成功分离出ADSCs并在体外进行扩增培养，验证其表型和功能（图1）。为评估ADSCs治疗ALI的效果，通过气道给予脂多糖（LPS）建立了小鼠模型。将PBS或体外培养的ADSC注射到ALI小鼠的尾静脉中。LPS诱导的ALI导致小鼠在8天内仅存活40%，而ADSC组将该存活率提高至80%（图2A）。此外，ADSC治疗组显着减轻了肺组织损伤和促炎因子的表达（图2B-G）。表明ADSCs对LPS诱导的ALI具有治疗作用。

图1 ADSCs的分离培养、功能和表型验证

（图源：Y. Hu, et al., Cell Death Discov, 2022）

图2 ADSCs对LPS诱导的小鼠ALI的治疗效果

（图源：Y. Hu, et al., Cell Death Discov, 2022）

进一步为了证实细胞自噬参与了ADSCs对肺泡上皮细胞的抗炎过程，作者利用Transwell系统将肺泡上皮细胞(MLE-12)与ADSC共培养模型。结果表明，敲除ADSC中Becn-1会降低其抗炎功能（图3A）。此外，其自噬体和自溶酶体的数量显着减少，p62的水平增加（图3B-D）。

图4 自噬对ADSCs抗炎功能的作用

（图源：Y. Hu, et al., Cell Death Discov, 2022）

由于mTOR是自噬抑制剂的其中一种，为了明确mtor-自噬信号通路是否调控ADSC的抗炎作用。利用III型磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)处理ADSC后与MLE-12细胞共培养，LPS干预后其炎症因子较前明显升高（图4A）。由于ADSCs的自噬活性已经处于高水平，雷帕霉素干预ADSC后略微提高其抗炎作用（图5A）。这些结果表明ADSCs对肺泡上皮细胞抗炎作用依赖于细胞自噬。

图5 ADSC中自噬调节的潜在机制

（图源：Y. Hu, et al., Cell Death Discov, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究证实了ADSCs减轻了LPS诱导的ALI中的炎症反应和组织损伤。在体内进一步证明了自噬在ADSCs治疗效果中起着关键作用。体外实验表明，与肺泡上皮细胞共培养的ADSC依赖于自噬来实现显著的抗炎功能。此外，哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR)是该过程中自噬的关键调节因子。该研究结果表明ADSC对ALI的影响，尤其是对肺泡上皮细胞的影响，取决于mTOR介导的自噬维持，这为ALI治疗提供了新的靶点和实验基础。基于不同类型危险因素的实验性肺损伤小鼠模型已被用于研究潜在机制[9]，LPS 被认为是革兰氏阴性菌引起的脓毒症最重要的介质，在小鼠中全身使用 LPS 被认为是模拟细菌性脓毒症后果的经典方法。这正是为什么选择 LPS 诱导的 ALI 模型来研究 ADSCs 治疗效果的原因。然而，对于以其他方式诱发的ALI，动物模型在致病性方面可能不合适。细胞移植作为ALI的替代方法有待进一步研究。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41420-022-01267-z 

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参考文献（上下滑动阅读）

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本文完