低氧预处理小细胞外囊泡调节巨噬细胞极化减轻脊髓损伤

doi:10.4103/1673-5374.391194

摘要/Abstract

摘要：

有研究表明，骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡可通过携带微小核糖核酸（microRNA）诱导巨噬细胞表型的变化，从而减轻炎症。作者课题组在以往研究中，总结了干细胞来源的小细胞外囊泡携带 miRNAs 可调节巨噬细胞极化从而降低组织炎症。因此，实验探讨了低氧预处理的骨髓间充质干细胞来源小细胞外囊泡在大鼠脊髓损伤后巨噬细胞免疫调节中的作用及其在脊髓修复中的意义。通过密度梯度超速离心从骨髓间充质干细胞上清液中分离出小细胞外囊泡或骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡。体内实验验证了常氧预处理骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡和低氧预处理的骨髓间充质干细胞来源小细胞外囊泡均能减轻脊髓损伤，促进脊髓损伤大鼠的运功功能，这种现象与脊髓中巨噬细胞向 M2 型极化相关；进一步的体外实验结果显示，相较于小细胞外囊泡，低氧预处理的骨髓间充质干细胞来源小细胞外囊泡更有益于促进M2型巨噬细胞极化，减轻脊髓炎症。为了探寻这种疗效差异的原因，实验进一步完成了小细胞外囊泡和低氧预处理的骨髓间充质干细胞来源小细胞外囊泡中的 miRNA高通量测序，结合差异分析结果并查阅miRNA相关数据库（miRBase），确定了 miR-146a-5p 作为骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡疗效的关键因子之一。最后的过表达或者抑制miRNA的体外研究表明，miR-146a-5p可以促进M2型巨噬细胞极化，并与下调IRAK1/TRAF6/NF-κB通路相关。该研究成果为低氧预处理的骨髓间充质干细胞来源小细胞外囊泡作为脊髓损伤治疗工具的应用提供了新的见解。

https://orcid.org/0000-0002-4483-7465 (Chunmei Chen); https://orcid.org/0000-0002-4490-0380 (Chunhua Wang)

Abstract: Spinal cord injury is a disabling condition with limited treatment options. Multiple studies have provided evidence suggesting that small extracellular vesicles (SEVs) secreted by bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) help mediate the beneficial effects conferred by MSC transplantation following spinal cord injury. Strikingly, hypoxia-preconditioned bone marrow mesenchymal stem cell-derived SEVs (HSEVs) exhibit increased therapeutic potency. We thus explored the role of HSEVs in macrophage immune regulation after spinal cord injury in rats and their significance in spinal cord repair. SEVs or HSEVs were isolated from bone marrow MSC supernatants by density gradient ultracentrifugation. HSEV administration to rats via tail vein injection after spinal cord injury reduced the lesion area and attenuated spinal cord inflammation. HSEVs regulate macrophage polarization towards the M2 phenotype in vivo and in vitro. MicroRNA sequencing and bioinformatics analyses of SEVs and HSEVs revealed that miR-146a-5p is a potent mediator of macrophage polarization that targets interleukin-1 receptor-associated kinase 1. Reducing miR-146a-5p expression in HSEVs partially attenuated macrophage polarization. Our data suggest that HSEVs attenuate spinal cord inflammation and injury in rats by transporting miR-146a-5p, which alters macrophage polarization. This study provides new insights into the application of HSEVs as a therapeutic tool for spinal cord injury.

Key words: bone marrow mesenchymal stem cells, hypoxia preconditioning, interleukin-1 receptor-associated kinase 1, macrophages, mesenchymal stem cells, small extracellular vesicles, spinal cord injury

. 低氧预处理小细胞外囊泡调节巨噬细胞极化减轻脊髓损伤[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 19(10): 2259-2269.

Zeyan Liang, Zhelun Yang, Haishu Xie, Jian Rao, Xiongjie Xu, Yike Lin, Chunhua Wang, Chunmei Chen. Small extracellular vesicles from hypoxia-preconditioned bone marrow mesenchymal stem cells attenuate spinal cord injury via miR-146a-5p-mediated regulation of macrophage polarization[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 19(10): 2259-2269.

参考文献

引言

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延伸阅读

NRR：福建医科大学附属协和医院陈春美团队揭示低氧预处理间充质干细胞来源小细胞外囊泡减轻脊髓损伤的机制

中国福建医科大学附属协和医院陈春美团队最新研究发现，低氧预处理骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡（BMSC-HSEV）通过携带miR-146a-5p抑制IRAK1/TRAF6/NF-κB通路调节巨噬细胞极化，从而减轻脊髓损伤。

骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡中常含有丰富的核酸，在改变受体细胞的表型、功能方面起着至关重要的作用。根据文献报道，骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡可通过携带微小核糖核酸（microRNA）诱导巨噬细胞表型的变化，从而减轻炎症。MicroRNAs (miRNAs) 是一类长约19-24个核苷酸的非编码RNA，并不编码蛋白。它们与靶点信使RNA结合，从而抑制蛋白翻译。在以往研究中，该团队已经总结了干细胞来源的小细胞外囊泡携带 miRNAs 调节巨噬细胞极化从而降低组织炎症。此外，氧浓度在间充质干细胞的增殖、分化和自我更新过程中很重要。有研究表明BMSC-HSEV携带的 miRNA 含量和类型与常氧预处理的骨髓间充质干细胞产生的小细胞外囊泡不同，并且更有利于抗炎过程。

这项研究构建了稳定的大鼠脊髓损伤模型，在体内验证了常氧预处理骨髓间充质干细胞来源的小细胞外囊泡（SEV）和HSEV均能减轻脊髓损伤，促进脊髓损伤大鼠的运功功能，这种现象与脊髓中巨噬细胞向 M2 型极化相关；进一步的体外实验结果显示比起 SEV，HSEV更有益于促进M2型巨噬细胞极化，减轻脊髓炎症。为了探寻这种疗效差异的原因，他们进一步进行了 SEV 和 HSEV 中的 miRNA高通量测序，结合差异分析结果并查阅miRNA相关数据库（miRBase），确定了 miR-146a-5p 作为 HSEV 疗效的关键因子之一。最后的过表达或者抑制miRNA的体外研究表明miR-146a-5p可以促进M2型巨噬细胞极化，并与下调IRAK1/TRAF6/NF-κB通路相关。

文章发表在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2024年10期。

团队介绍

通讯作者：陈春美，教授、博士生导师。福建医科大学附属协和医院神经外科行政副主任，神外党支部书记。担任中华医学会神经外科学分会脊柱脊髓学组副组长、AO spine中国神经教育官员、《NEUROSURGERY中文版》编委会--编委兼学术秘书、福建省医学会神经外科学分会青年委员会副主任委员。已发表SCI论文50余篇，主持多项国家级省级课题。荣获中华医学会教育技术优秀成果奖二等奖、福建五一劳动奖章、福建省五四青年奖章等荣誉，福建医科大学国家级精品课程《颈腰椎健康保健及防治常识》主要负责人。