iPSC来源的CD146+间充质干细胞生物学特性及治疗溃疡性结肠炎的疗效与机制研究

作     者：田旅 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宗敏茹

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 10[医学] 

主      题：CD146 iPSC来源的间充质干细胞 溃疡性结肠炎 

摘      要：背景与目的: 溃疡性结肠炎是一种免疫介导的慢性炎症性疾病,以腹痛、腹泻和便血为特征。间充质干细胞(MSCs)已成为治疗溃疡性结肠炎的一种新型治疗方法。然而,由于MSCs的异质性、培养条件的差异、不同的给药途径和剂量等因素,MSCs治疗相关疾病的临床疗效有待提高。研究表明,iPSC来源的间充质干细胞(iMSCs)具备更优越的干细胞特性,兼备了iPSCs和MSCs的优势;CD146,又被称为黑色素瘤细胞黏附分子(MCAM或MUC18),是一种免疫球蛋白超家族的黏附分子,主要调节细胞间或细胞与细胞外基质之间的黏附。研究表明,CD146+MSCs具有更出色的细胞因子分泌、迁移、归巢、成骨成脂分化和免疫调控能力。然而,目前CD146+iMSCs对溃疡性结肠炎的疗效、恢复肠道免疫细胞平衡以及修复上皮屏障的分子机制有待研究。因此,本研究旨在探讨CD146+iMSCs的生物学特性及治疗溃疡性结肠炎的疗效和潜在机制。 方法: 在细胞实验中,我们从脐带中分离培养了脐带间充质干细胞(UCMSCs),然后利用磁珠分选iMSCs和UCMSCs得到了CD146+iMSCs和CD146+UCMSCs。随后,我们检测了这两个干细胞亚群的表面标志物,并比较了它们的成骨成脂分化能力、增殖能力和对巨噬细胞M1/M2型极化的调节能力,通过转录组测序进一步比较了两个干细胞亚群的生物学差异。在动物实验方面,我们利用葡聚糖硫酸钠构建了溃疡性结肠炎小鼠模型。随后,我们腹腔注射CD146+iMSCs治疗小鼠,评价了小鼠的体重、疾病活动指数、结肠长度、组织病理学变化、外周血象和免疫细胞分型等指标,并对结肠进行了转录组学测序。此外,我们从GEO数据库中选择了四个关于溃疡性结肠炎的数据集(GSE9452、GSE87466、GSE36807和GSE47908),使用R语言进行数据清洗和处理。随后,我们对筛选出的差异表达基因进行了富集分析、蛋白互作分析和免疫浸润分析。最后,我们构建了CD146+iMSCs分别与人肠上皮细胞(HIEC)、大鼠小肠隐窝上皮细胞(IEC-6)以及巨噬细胞(RAW264.7)共培养的细胞炎症模型,在细胞模型和小鼠溃疡性结肠炎组织中分别验证了富集分析、蛋白互作分析和免疫浸润分析的结果。 结果: 生物学特性: (1)CD146+iMSCs和CD146+UCMSCs均表现出间充质干细胞的基本生物学特征,有着相同的表面标志物,但CD146+iMSCs个体稍小,具有稍强的成脂成骨分化能力和增殖速率。 (2)两个干细胞亚群均可抑制巨噬细胞M0亚型向M1亚型极化,促进巨噬细胞M1亚型向M2亚型转化,但在调控巨噬细胞极化的能力方面没有显著差异。 (3)转录组测序结果显示两干细胞亚群存在2720个差异表达基因,这些基因富集于多种不同的信号通路和基因功能。 疗效评价和机制研究: (1)小动物活体成像示踪实验的结果表明,腹腔注射CD146+iMSCs的小鼠的荧光信号更强,荧光持续时间更长。 (2)CD146+iMSCs治疗显著改善了溃疡性结肠炎小鼠体重下降趋势、疾病活动指数、结肠充血水肿的程度以及结肠病理的组织学评分。 (3)CD146+iMSCs治疗可以降低促炎细胞因子的表达水平、调节外周血免疫细胞平衡。 (4)富集分析、蛋白互作分析、免疫浸润分析的结果显示,溃疡性结肠炎与IL-17信号通路、9个HUB基因的表达(ISG20、GBP1、PSMB8、ISG15、IFITM1、GBP2、GBP5、CXCL10、OAS2)、巨噬细胞的浸润显著相关。 (5)CD146+iMSCs可以抑制HIEC细胞以及IEC-6细胞炎症模型、溃疡性结肠炎小鼠结肠组织和外周血中IL-17的表达。 (6)CD146+iMSCs能够降低HIEC细胞炎症模型和IEC-6细胞炎症模型中9个HUB基因的表达。 (7)CD146+iMSCs能够下调巨噬细胞炎症模型中c GAS蛋白的表达。 结论: 本研究发现两种干细胞亚群的生物学特性不尽相同,CD146+iMSCs可能有着更好的治疗潜力。转录组测序结果显示,两种细胞亚群治疗相同疾病时可能具有不同的疗效和作用机制;在治疗溃疡性结肠炎时,干细胞的首选给药途径是腹腔注射;ISG20和GBP2有望成为溃疡性结肠炎新的诊断标志物与治疗靶点;CD146+iMSCs可以通过IL-17信号通路、调控9个HUB基因以及c GAS-STING通路改善溃疡性结肠炎。CD146+iMSCs有望研发成为治疗溃疡性结肠炎的新型间充质干细胞产品。