HOXB4 在保護(hù) BMSCs 對(duì)抗 ALI/ARDS 中的作用

敗血癥是一種生理、生物學(xué)和生化異常的復(fù)雜臨床綜合征。它由宿主對(duì)感染的失調(diào)反應(yīng)發(fā)展而來(lái)。肺是最容易感染敗血癥的器官，并可發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。肺泡 II 型上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞 (EC) 損傷是急性肺損傷 (ALI)/ARDS 發(fā)展的主要潛在原因。以往的研究集中于肺泡II型上皮細(xì)胞，但越來(lái)越多的證據(jù)表明肺泡毛細(xì)血管EC損傷可能在促進(jìn)ALI/ARDS進(jìn)展中發(fā)揮更關(guān)鍵的作用。

間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 是一個(gè)重要的干細(xì)胞家族，具有巨大的治療潛力�；�于 MSC 的細(xì)胞療法由于多種因素，包括多種旁分泌因子的分泌、協(xié)助組織修復(fù)、免疫調(diào)節(jié)和減少細(xì)菌感染的嚴(yán)重程度而成為一種有潛力的治療ARDS的方法。迄今為止，一些臨床研究已經(jīng)證實(shí)了 MSCs 對(duì) ARDS 的治療效果，包括由 2019 年冠狀病毒 (COVID-19) 引起的 ARDS。

近日，由中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心以及中山大學(xué)肺部疾病研究所的專家團(tuán)隊(duì)對(duì)此領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在脂多糖 (LPS) 相關(guān)ALI/ARDS動(dòng)物模型中，用 Ghrelin（生長(zhǎng)激素釋放肽）預(yù)處理骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (BMSCs) 可顯著增強(qiáng)其治療效果。肺泡腔滲出液的顯著減少證明了這一點(diǎn)，通過(guò)對(duì) Ghrelin 預(yù)處理的 BMSCs 上清液的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，同源框 B4 (HOXB4) 顯著上調(diào)。

HOXB4 是同源盒 (HOX) 基因家族的成員，在細(xì)胞更新和分化的調(diào)控中具有重要作用。然而，關(guān)于 ALI/ARDS 中 HOXB4 與 BMSCs 之間相互作用的研究很少。此外，尚不清楚HOXB4是否能增強(qiáng)BMSCs對(duì)ALI/ARDS的治療效果，其潛在的分子機(jī)制值得研究。因此，該研究旨在探討 HOXB4 在保護(hù) BMSCs 對(duì)抗 ALI/ARDS 中的作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在 Journal of Inflammation Research 題為《Overexpression of HOXB4 Promotes Protection of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Against Lipopolysaccharide-Induced Acute Lung Injury Partially Through the Activation of Wnt/β-Catenin Signaling》。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

共培養(yǎng)方案在 Transwell 室中建立，上室分別與野生型（WT）BMSCs、BMSCs載體（Vector ）和HOXB4過(guò)表達(dá)BMSCs孵育，下室與ECs共同孵育。實(shí)驗(yàn)分為五組：對(duì)照組、EC+LPS組、BMSC^WT+EC+LPS組、 BMSC^Vector+EC+LPS組、 BMSC^HOXB4+EC+LPS組。

BMSC ^HOXB4共培養(yǎng)促進(jìn)ECs增殖、遷移和成管能力

EdU 增殖實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，LPS刺激后ECs的增殖能力明顯降低。與不同組BMSCs共培養(yǎng)后，EC增殖能力顯示差異性增加，與BMSC^WT和BMSC^Vector共培養(yǎng)組相比，BMSC^HOXB4共培養(yǎng)顯著提高LPS誘導(dǎo)損傷后EC的增殖能力（圖1 A、B）。

劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，LPS刺激后ECs的遷移能力降低，與不同組的 BMSCs 共培養(yǎng)后增加。與BMSC^WT和BMSC^Vector共培養(yǎng)組相比，BMSC^HOXB4共培養(yǎng)組ECs的遷移能力顯著增強(qiáng)（圖1 C、D）。

最后，為了評(píng)估 BMSC^HOXB4在體外血管生成中的作用，進(jìn)行了EC 管形成試驗(yàn)。如圖1 E，LPS 組幾乎沒(méi)有管形成。然而，與BMSC^WT和BMSC^Vector共培養(yǎng)組相比，與BMSC^HOXB4共培養(yǎng)顯著促進(jìn)EC管形成能力（圖1 F）。
 

圖 1

BMSC^HOXB4共培養(yǎng)減弱 ECs 的凋亡和血管通透性

采用TUNEL 和 AV-FITC/PI 檢測(cè)BMSC^HOXB4在 LPS 誘導(dǎo)的 EC 細(xì)胞凋亡中的作用。

LPS 刺激后 EC 細(xì)胞凋亡顯著增加，TUNEL 陽(yáng)性細(xì)胞的增加證明了這一點(diǎn)；BMSC 共培養(yǎng)表現(xiàn)出不同程度的抗 EC 凋亡；與BMSC^WT和BMSC^Vector共培養(yǎng)組相比，BMSC^HOXB4組顯著降低EC凋亡（圖2 A、B)。同樣，AV-FITC/PI 檢測(cè)結(jié)果顯示，與 BMSC^WT（凋亡率：44.31%）和 BMSC^Vector（凋亡率： 43.10%) 共培養(yǎng)組相比，BMSC^HOXB4 共培養(yǎng)組的凋亡率（凋亡率：28.62%）顯著降低（圖2 C、D）。

血管通透性是衡量ECs屏障功能的指標(biāo)之一。因此，我們通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞滲漏試驗(yàn)測(cè)量了血管通透性（圖2 E)，發(fā)現(xiàn)LPS處理后ECs的通透性顯著增加，與BMSCs共培養(yǎng)后ECs的通透性顯著降低，其中BMSC^HOXB4共培養(yǎng)組的血管通透性顯著低于BMSC^WT和BMSC^Vector共培養(yǎng)組（圖2 F）。
 

圖 2

BMSC^HOXB4共培養(yǎng)通過(guò)激活 Wnt/β-Catenin 通路防止LPS 誘導(dǎo)的 EC 損傷

為了研究 HOXB4 對(duì) ECs 保護(hù)作用的分子機(jī)制，采用蛋白質(zhì)印跡評(píng)估了 β-catenin、VE-cadherin、BAX 和 BCL-2 的表達(dá)（圖3 A）。

與LPS和BMSC^WT共培養(yǎng)組相比，BMSC^HOXB4共培養(yǎng)組ECs中β-catenin和VE-cadherin的表達(dá)顯著升高；抗凋亡蛋白 BCL-2 的表達(dá)顯著增加，而凋亡蛋白 BAX 的表達(dá)顯著降低（圖3 B-E）。值得注意的是，與對(duì)照組相比，LPS 組中 β-catenin 的表達(dá)水平降低（圖3 B），表明 LPS 誘導(dǎo)的 EC 損傷與 Wnt/β-catenin 通路的抑制密切相關(guān)。

接下來(lái)研究了 BMSC^HOXB4 共培養(yǎng)是否在 LPS 誘導(dǎo)的 EC 損傷中調(diào)節(jié) Wnt/β-catenin 通路。研究表明 LPS 誘導(dǎo)的 Wnt/β-catenin 通路抑制被 BMSC^HOXB4 共培養(yǎng)減弱，導(dǎo)致 β-catenin 水平顯著高于LPS 組。相反，Wnt/β-catenin 通路的特異性抑制劑 XAV-939 可逆轉(zhuǎn)保護(hù)作用，伴隨著 BAX 的上調(diào)，以及 BCL-2 和 VE-cadherin 的下調(diào)。
 

圖 3

炎癥因子的測(cè)量

ELISA法測(cè)定細(xì)胞培養(yǎng)液中炎癥因子的水平（圖 4）。LPS處理后，促炎因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）升高，與 BMSCs 共培養(yǎng)后，IL-1β、IL-6、TNF-α水平存在差異性降低（圖4 A-C）。

與BMSC^WT 相比，BMSC^HOXB4共培養(yǎng)組 IL-6和TNF-α水平顯著降低，而IL-1β的水平在BMSC^HOXB4和BMSC^WT 共培養(yǎng)組中沒(méi)有差異。

同樣，LPS刺激后抗炎因子IL-4和IL-10顯著降低（圖4 D、E），與 BMSC^WT 共培養(yǎng)組相比，BMSC^HOXB4 共培養(yǎng)組 IL-10 水平顯著升高，但 BMSC^HOXB4和 BMSC^WT 共培養(yǎng)組的IL-4 水平無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

圖 4

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

總之，該研究結(jié)果表明，LPS 誘導(dǎo)的 EC 損傷歸因于 β-catenin 的減少，而與 BMSC^HOXB4共培養(yǎng)顯然逆轉(zhuǎn)了 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的失活。這表明 BMSCs 可以通過(guò)改變 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路來(lái)保護(hù) ECs 免受 LPS 誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷。而未來(lái)需要進(jìn)一步的體內(nèi)研究來(lái)確定 BMSC^HOXB4 的植入是否可以成為治療 ALI/ARDS 的有吸引力的策略。

參考文獻(xiàn)：Lin S, Chen Q, Zhang L, Ge S, Luo Y, He W, Xu C, Zeng M. Overexpression of HOXB4 Promotes Protection of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Against Lipopolysaccharide-Induced Acute Lung Injury Partially Through the Activation of Wnt/β-Catenin Signaling. J Inflamm Res. 2021 Jul 27;14:3637-3649. doi: 10.2147/JIR.S319416. PMID: 34349541; PMCID: PMC8326777.

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