MSCs旁分泌TGF-β1诱导巨噬细胞极化在脓毒症中的作用及机制研究

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第一部分MSCs旁分泌TGF-β1通过Akt/FoxO1信号通路诱导LPS刺激的巨噬细胞向M2型极化目的:明确间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)旁分泌的TGF-β1在诱导LPS刺激的巨噬细胞向M2型极化时的作用及其相关机制。方法:(1)使用不同浓度的LPS刺激巨噬细胞,采用CCK-8法检测LPS对巨噬细胞活力的影响,明确LPS诱导巨噬细胞极化的最佳刺激浓度;合适浓度的LPS刺激巨噬细胞不同时间,检测巨噬细胞表型以及炎症因子表达。(2)LPS刺激的巨噬细胞与MSCs在Transwell系统中进行间接共培养,再联合TGF-β1受体抑制剂处理后,检测巨噬细胞表型和炎症因子的表达。(3)将重组的TGF-β1与LPS刺激的巨噬细胞进行共培养,检测巨噬细胞表型和炎症因子的表达。(4)采用蛋白芯片筛查MSCs旁分泌TGF-β1诱导LPS刺激的巨噬细胞向M2型极化的潜在机制,联合Akt抑制剂和FoxO1抑制剂预处理,检测通路蛋白与巨噬细胞表型的变化。(5)通过流式细胞术检测MSCs诱导巨噬细胞向M2型极化过程中巨噬细胞吞噬能力的变化。结果:(1)LPS 500 ng/ml可显著提高巨噬细胞的活力,而LPS浓度达到1000ng/ml时巨噬细胞的活力明显降低;与Control组相比,LPS 500 ng/ml作用24h可明显诱导巨噬细胞向M1型极化,伴有促炎性细胞因子(IL-6和IL-1β)表达增加,且呈时间依赖性(p<0.05)。(2)MSCs通过旁分泌作用诱导LPS刺激的巨噬细胞向M2样表型极化,抑制IL-6和IL-1β的表达,增加抗炎性细胞因子IL-10的表达,而TGF-β1受体抑制剂可逆转上述改变(p<0.05)。(3)重组TGF-β1诱导LPS刺激的巨噬细胞向M2样表型极化,抑制IL-6和IL-1β的表达,增加IL-10的表达(p<0.05)。(4)蛋白芯片和Western blot证实MSCs旁分泌的TGF-β1激活Akt/FoxO1通路,MSCs旁分泌的TGF-β1促使下游的Akt通路发生磷酸化,进而诱导FoxO1核转位并在细胞质中表达显著增加。采用Akt抑制剂以及FoxO1抑制剂预处理明显抑制MSCs旁分泌的TGF-β1对LPS刺激的巨噬细胞的表型调控作用。(5)MSCs旁分泌的TGF-β1通过Akt/FoxO1信号通路影响LPS刺激的巨噬细胞的吞噬能力。结论:MSCs旁分泌TGF-β1通过激活Akt/FoxO1信号通路诱导LPS刺激的巨噬细胞向M2型极化,减轻炎症反应。第二部分高表达TGF-β1的MSCs对脓毒症小鼠组织损伤以及炎症反应作用的研究目的:明确过表达TGF-β1的MSCs对脓毒症小鼠组织损伤以及全身炎症反应的影响。方法:获取实验室已成功构建的高表达TGF-β1的MSCs(MSC-TGF-β1)。(1)通过荧光显微镜检测细胞中GFP的表达、RT-PCR法检测TGF-β1m RNA的表达以及ELSIA检测细胞培养上清中TGF-β1的浓度来验证转染效率。(2)采用盲肠结肠穿孔法复制Sepsis小鼠模型,在复制模型后6h按分组进行不同处理。24h后处死小鼠,留取各组小鼠的肺脏和肝脏组织标本,H&E染色后通过组织病理学检查评估各组织的损伤程度;计算小鼠肺湿重与体重比(LWW/BW)评估肺水肿情况。(3)同时留取外周血,ELISA法检测外周血中IL-6,IL-1β和IL-10表达评估全身炎症程度;(4)通过免疫组化法评估组织中巨噬细胞的浸润情况。(5)通过免疫组化法与流式细胞术同时检测MSC-TGF-β1移植对脓毒症小鼠肺组织中巨噬细胞表型的影响。(6)体外检测MSC-TGF-β1对巨噬细胞表型的调控作用以及炎症因子表达的影响。(7)采用盲肠结肠穿孔法复制Sepsis小鼠模型,经尾静脉输注MSC-TGF-β1预处理的巨噬细胞,H&E染色行组织病理学检查评估组织的损伤程度,计算LWW/BW评估肺水肿情况。(8)采用氯膦酸二钠脂质体耗竭小鼠肺组织中的巨噬细胞,采用CLP复制脓毒症小鼠模型,经尾静脉输注MSC-TGF-β1,24h后处死小鼠,留取各组小鼠的肺脏组织标本,H&E染色后通过组织病理学检查评估各组织的损伤程度。结果:(1)慢病毒介导高表达TGF-β1的MSCs,荧光显微镜结果显示转染后转染效率高达90%以上,与未转染的MSCs相比,MSC-TGF-β1其TGF-β1在m RNA的表达水平较未转染的MSCs明显增加(p<0.05);与未转染的MSCs相比,MSCTGF-β1其TGF-β1在蛋白的表达水平较未转染的MSCs明显增加(p<0.05)。(2)MSC-TGF-β1移植对脓毒症小鼠肺脏和肝脏组织病理的影响:与过表达对照MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1移植后24h,脓毒症小鼠的肺脏和肝脏组织病理损伤明显降低(p<0.05);MSC-TGF-β1移植对脓毒症小鼠肺血管通透性的影响:与过表达对照MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1移植后24h,脓毒症小鼠的 LWW/BW明显降低(p<0.05)。(3)MSC-TGF-β1移植对脓毒症小鼠全身炎症的影响:与过表达对照MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1治疗组小鼠血浆中IL-1β和IL-6的表达水平明显降低(p<0.05),而IL-10的水平明显增加(p<0.05)。(4)MSC-TGF-β1移植对脓毒症小鼠肺脏和肝脏组织中巨噬细胞浸润的影响:与过表达对照MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1移植后脓毒症小鼠的肺脏和肝脏组织中巨噬细胞的表达明显降低(p<0.05)。(5)MSC-TGF-β1移植对脓毒症小鼠肺组织巨噬细胞表型的影响:与过表达对照MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1移植后脓毒症小鼠肺组织中M1表型标记物(CD86和i NOS)的表达显著降低,而M2型表型标记物(CD206和Arg-1)的表达明显增高(p<0.05)。(6)体外实验中,与过表达对照MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1组明显抑制LPS刺激的腹腔巨噬细胞中M1型巨噬细胞的表达,促进M2型巨噬细胞的表达(p<0.05);此外,与MSC-GFP组相比,MSC-TGF-β1组中IL-1β和IL-6的表达水平明显降低(p<0.05),而IL-10的水平明显增加(p<0.05)。(7)输注MSC-TGF-β1预处理的巨噬细胞对脓毒症小鼠肺脏、肝脏和脾脏组织病理的影响:与MSC-GFP预处理的巨噬细胞输注组相比,输注MSC-TGF-β1预处理的巨噬细胞改善脓毒症小鼠的肺脏和肝脏损伤、降低组织损伤评分,LWW/BW明显降低(p<0.05)。(8)流式细胞结果显示,氯膦酸二钠脂质体可以明显降低小鼠肺组织中巨噬细胞的表达。MSC-TGF-β1可以显著改善脓毒性小鼠的肺组织损伤损伤,而MSC-TGF-β1的治疗效果在巨噬细胞耗竭组被明显的削弱。结论:过表达TGF-β1的MSCs有利于减轻CLP诱导的脓毒症小鼠组织病理损伤和过度的炎症反应;过表达TGF-β1的MSCs的组织保护效应可能是其通过抑制巨噬细胞在脓毒症小鼠组织中的浸润以及诱导巨噬细胞向M2极化实现的。
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