Int Immunopharm| 苏大无锡九院葛新/隋利军:HSF1通过外泌体增加间充质干细胞对失血性休克肺损伤的保护作用

2024-06-11 09:15
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急性肺损伤(Acute lung injury,ALI)是失血性休克(Hemorrhagic shock,HS )最常见的并发症之一。并发急性肺损伤显著增加失血性休克患者的住院时间及死亡风险。近年来,动物模型中间充质干细胞(Mesenchymal stem cell,MSCs)对失血性休克导致的急性肺损伤的保护作用被多次报道。外泌体在其中扮演了重要角色并被广泛关注。
近日,苏州大学附属无锡九院重症医学科葛新教授及心内科隋利军教授团队International Immunopharmacology上发表题为”HSF1 enhances the attenuation of exosomes from mesenchymal stem cells to hemorrhagic shock induced lung injury by altering the protein profile of exosomes”的研究论文(2023 Jul 26;123:110693),探究了热休克转录因子1(Recombinant Heat Shock Transcription Factor 1,HSF1)过表达的MSCs分泌的外泌体蛋白谱的改变,及其减轻HS导致的ALI的相关机制。苏州大学附属无锡九院重症医学科的贾迪及宦陟榕为共同**作者,重症医学科葛新教授及心内科隋利军教授为共同通信作者。

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课题组首先从8-12周龄雄性C57BL/6小鼠股骨分离提取了原代骨髓MSCs,进行培养传代,采用流式细胞仪进行鉴定。然后通过构建HSF1过表达质粒、空载体质粒转染骨髓MSCs培养传代后离心获取不同的外泌体,并采用透射电镜、微粒直径测量以及蛋白印迹(Western blot)方法测定外泌体特异性蛋白等方法对外泌体进行鉴定(图1)。
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图1、 骨髓MSCs及外泌体的鉴定结果
然后采用8-12周龄雄性C57BL/6小鼠建立恒压失血性休克复苏模型,依据使用不同外泌体提前雾化吸入7天作为分组依据分为三组(Control-EVs) VS (空质粒转染Plasmid-EVs )VS (HSF1过表达质粒转染HSF1-EVs),另设Sham组、HS组共计5组。结果表明HSF1过表达的外泌体(HSF1-EVs)可显著减轻HS导致的ALI(图2)。
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2、外泌体可减轻HS导致的肺组织病理损害、降低肺水肿、改善蛋白渗漏,HSF1过表达增加了上述效应
课题组进一步通过ELISA检测各组肺泡灌洗液的IL-1β、IL-16、MCP-1及HMGB-1水平,免疫组化检测肺组织MPO水平,双氢乙啶染色法检测小鼠肺组织中活性氧水平,结果显示HSF1-EVs可显著抑制HS导致的肺组织的炎症反应和氧化应激(图3)。
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3、外泌体可减轻HS导致的肺组织的炎症反应及氧化应激,HSF1过表达增加了上述效应
课题组通过TUNEL染色及蛋白印迹(Western blot)方法检测凋亡相关蛋白等方法比较了各组的肺组织细胞凋亡情况,证实了HSF1-EVs可显著抑制HS导致的肺组织细胞的凋亡(图4)。
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4Tunel染色显示外泌体显著改善了HS导致的肺组织细胞的凋亡,下调了促凋亡蛋白的表达上调了抗凋亡蛋白的表达,过表达HSF-1进一步增加了外泌体的上述效应
课题组还通过免疫组化、Western blot进一步检测了肺上皮细胞反应屏障功能的连接蛋白(E-cadherin, ZO-1, Occludin),结果显示HSF1-EVs可显著减轻HS导致的肺泡上皮的屏障受损(图5)。
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5、外泌体显著改善了HS导致的肺组织E-cadherin, ZO-1, Occludin蛋白的减少,过表达HSF-1进一步增加了外泌体的上述效应
为探究HSF-1过表达的外泌体与普通外泌体在改善肺损伤上的差异的机制,课题组对空质粒转染的MSCs和HSF1过表达的MSCs的外泌体进行了蛋白质组学数据分析。与空质粒转染的MSCs相比,HSF1过表达的MSCs的外切体中有118个蛋白质上调,64个蛋白质下调,蛋白谱存在显著差异(图6A~C)。
课题组进一步对差异表达基因进行了基因本体(Gene Ontology ,GO)富集分析,结果显示差异表达基因主要参与有丝分裂细胞周期(GO:0000278)、角质形成细胞分化(GO:0030216)、胆固醇外流(GO:0033344)和核小体组装(GO:0006334)等生物过程;在细胞组分方面主要富集于线粒体结构和功能(GO:0005743、GO:0042645)、脂蛋白(GO:0034362、GO:0034365)等方面;在分子功能方面主要富集于抗氧化活性(GO:0016209)和NADP结合(GO:0050661)(图6D~F)。与前述HSF1-EVs减轻HS导致的肺组织细胞凋亡、氧化应激相呼应。另外通路富集分析结果也显示,差异表达基因主要富集于氧化应激相关通路(图G~H)。
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6生信分析相关结果
参考文献:
HSF1 enhances the attenuation of exosomes from mesenchymal stem cells to hemorrhagic shock induced lung injury by altering the protein profile of exosomes, Int Immunopharmacol.2023 Jul 26;123:110693.   doi: 10.1016/j.intimp.2023.110693.

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