人脐带间充质干细胞外泌体通过诱导铁死亡治疗系统性硬化症

作     者：赵柯林 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李萍

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：系统性硬化症 人脐带间充质干细胞外泌体 成纤维细胞 铁死亡 纤维化 

摘      要：背景: 系统性硬化症(Systemic sclerosis,SSc)是一种严重的自身免疫性疾病,其显著特征为成纤维细胞的异常增殖和胶原蛋白积累,导致皮肤及内脏器官的广泛纤维化和细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)堆积,进而引发组织损伤和器官功能障碍。作为一种新型细胞死亡机制,铁死亡(Ferroptosis)由细胞铁代谢失调和脂质过氧化累积引发,已成为纤维化研究的热点。已有研究表明,间充质干细胞(Mesenchymal stem cell,MSC)通过释放纳米级膜结构的外泌体(Exosome,Exo),展现了对SSc的治疗潜力。本研究旨在探讨间充质干细胞衍生的外泌体(MSC-Exos)在诱导铁死亡、减轻SSc相关纤维化方面的潜在治疗效果。 目的: 本研究探讨MSC-Exos是否能通过诱导成纤维细胞的铁死亡来抑制SSc的纤维化进程。 方法: 在本研究中,我们首先培养人脐带间充质干细胞收集细胞上清,通过低温超速离心法提取MSC-Exos,并对MSC-Exos进行了全面的表征。通过局部注射的方法构建了SSc小鼠模型,并在造模4周后利用MSC-Exos进行治疗。治疗4周后,病理组织染色、羟脯氨酸和纤维化标志物检测等指标评估MSC-Exos的抗纤维化效果。同时,在动物皮肤组织中,我们观察了线粒体形态和测定了脂质过氧化、组织铁离子、谷胱甘肽(Glutathione,GSH)等铁死亡相关指标。体外模型中,我们使用转化生长因子1(TGF-β1)诱导的皮肤成纤维细胞评估了MSC-Exos的体外抗纤维化效果。进行了MSC-Exos诱导铁死亡发生的验证实验,同时检测了铁代谢以及GSH功能稳态相关标志物表达情况。随后采用铁死亡PCR阵列检测并分析出相关差异基因。明确MSC-Exos在体内和体外对SSc的作用及机制。 结果: 我们成功提取了MSC-Exos,并对其进行了形态、粒径和外泌体标志物的表征。且成功构建了系统性硬化症小鼠模型,并观察到MSC-Exos治疗明显改善了SSc小鼠模型的皮肤纤维化。皮肤组织病理切片染色表现为表皮-真皮层厚度减少;皮肤羟脯氨酸含量测定结果表明胶原含量降低;q PCR和Western blot结果显示肌动蛋白α-SMA和波形蛋白Vimentin的RNA和蛋白表达减少。此外,我们还发现MSC-Exos治疗能够降低SSc小鼠血清和皮肤组织中炎症因子的表达,从而抑制了SSc的广泛炎症反应。在细胞模型中,MSC-Exos能够抑制皮肤成纤维细胞的活化和纤维化标志物的表达。研究发现,MSC-Exo治疗的系统性硬化症小鼠显示了皮肤和活化成纤维细胞中线粒体形态和功能的改变,伴随着铁离子含量的增加和GSH含量的减少,提示了铁死亡的发生。PCR阵列结果显示,MSC-Exos处理组与BLM模型组在铁代谢和还原体系相关基因的表达上存在显著差异。这些发现为MSC-Exos在治疗系统性硬化症中的应用提供了有力的科学依据,并强调了铁死亡在此过程中的重要作用。 结论: 我们的研究揭示了MSC-Exos介导的铁死亡涉及的分子机制,并发现这些囊泡主要依赖于铁超载和抑制还原体系,从而抑制成纤维细胞活化。MSC-Exos对纤维化过程的多方面影响为SSc提出了一种有前景的治疗方法。