间充质干细胞移植对急性肺损伤小鼠肺脏Ly6Chi单核细胞的调节及机制研究

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背景急性呼吸窘迫综合征(Acute respiratory distress syndrome,ARDS)是一种高病死率的疾病,急性肺损伤(Acute lung injury,ALI)是ARDS重要病因之一。ALI过程中巨噬细胞分泌炎性因子和趋化因子,促进中性粒细胞招募,放大级联反应加重肺损伤。ALI的治疗主要包括呼吸支持治疗和药物治疗,由于ALI过程中免疫失调,目前细胞免疫治疗正逐渐成为研究热点。间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)是具有自我更新和分化潜能的多能干细胞,可以跨胚层分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和肺泡细胞等细胞。MSCs组织来源丰富,免疫原性低有望成为ALI新型生物治疗方法。目前文献提示MSCs可以通过多种可溶性分子如前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2),吲哚胺-2,3-双加氧酶(Indoleamine2,3-dioxygenase,IDO),肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor,HGF)等促进单核巨噬细胞系统(Mononuclear macrophage system,MNPs)从M1型向M2型转化,以及降低炎症因子表达来改善损伤组织,促进组织细胞修复,减轻ALI严重程度。但是MNPs是一群具有高度异质性的细胞群,包括浆细胞样树突状细胞(Plasmacytoid DCs,p DCs),CD103+CD11b+树突状细胞(CD103+DCs),肺泡巨噬细胞(Alveolar macrophages,AMs),Ly6Chi单核细胞,Ly6Clow单核细胞,间质来源的巨噬细胞,CD11b+DC等。其中Ly6Chi单核细胞是MNPs的主要亚群之一,尤其是ALI后Ly6Chi单核细胞的丰度和数量急剧增加。目前MSCs移植治疗调节Ly6Chi单核细胞的机制仍未明确。方法构建脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)诱导的ALI小鼠模型,通过检测肺泡灌洗液(Bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中炎症因子的表达水平,肺组织病理以及小鼠肺组织免疫细胞数量变化评估ALI严重程度和MSCs治疗效果。流式细胞术鉴定MNPs和Ly6Chi单核细胞,并测定MNPs和Ly6Chi单核细胞在LPS损伤或者MSCs治疗后的丰度和数量变化。采用单细胞转录组测序在转录组水平比较LPS损伤组和MSCs治疗组中Ly6Chi单核细胞的基因表达差异,探索Ly6Chi单核细胞在ALI进展和MSCs治疗后的功能变化。通过CCR2(Chemokine(C-C motif)receptor 2)拮抗剂构建移除Ly6Chi单核细胞小鼠ALI模型,比较LPS损伤组和MSCs治疗组中小鼠移除Ly6Chi单核细胞后的肺脏病理、炎症因子表达差异来进一步验证移除Ly6Chi单核细胞后对ALI的影响。结果通过形态学、成骨、成脂定向诱导分化以及流式表面标志物鉴定,成功分离MSCs,且分离培养的MSCs活率>95%。MSCs减少ALI小鼠肺组织中性粒细胞数量、降低BALF中炎症因子(干扰素-γ,肿瘤坏死因子-α和白介素-6)表达、改善小鼠肺脏病理损伤并降低了小鼠的病死率。小鼠CD45+免疫细胞主要包含T淋巴细胞,B淋巴细胞,自然杀伤淋巴细胞(Nature killer,NK),中性粒细胞和MNPs,通过CD3,CD19,CD49b以及Ly6G设门,获得MNPs细胞群。LPS损伤后,MNPs在CD45+免疫细胞中的丰度和数量均明显增加,T,B,NK淋巴细胞的丰度均减少,提示ALI过程中MNPs被招募至损伤的肺组织中。MNPs包含p DCs,CD103+DCs,AMs,Ly6Chi单核细胞和Ly6Clow单核细胞,通过标志物CD11b、CD11c、Siglec F、Ly6G、CD49b、BST2、MHCII、CD103和Ly6C在MNPs中分离并鉴定出这5个亚群。其中Ly6Chi单核细胞数量在LPS损伤后显著增加,在MSCs治疗后降低。选择性移除Ly6Chi单核细胞后ALI的程度减轻,MSCs治疗组的小鼠移除Ly6Chi单核细胞后肺组织中性粒细胞数量也显著减少。移除Ly6Chi单核细胞增强了MSCs对ALI的保护作用。进一步研究ALI过程Ly6Chi单核细胞的表型变化发现PBS对照组中Ly6Chi单核细胞不表达CD38,LPS损伤后CD38+Ly6Chi单核细胞明显增加,并且CD38+Ly6Chi单核细胞细胞高表达i NOS,表现为M1表型。通过单细胞转录组测序从转录组水平观察Ly6Chi单核细胞的功能变化。结果提示与CD38-Ly6Chi单核细胞相比,LPS损伤组CD38+Ly6Chi单核细胞中Ccl2,Ccl3,Ccl4等趋化因子基因明显上调。MSCs治疗后,Ccl2,Ccl3,Ccl4,Ccl5,Cxcl2等趋化因子基因显著下调。结论MSCs移植通过抑制Ly6Chi单核细胞的募集以及Ly6Chi单核细胞的M1极化缓解LPS诱导的急性肺损伤。
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