牙髓干细胞调节口腔黏膜下纤维化中的上皮-T细胞相互作用

DPSCs regulate epithelial-T cell interactions in oral submucous fibrosis.

作者信息S Y Wang, S J Zhang, H F Meng, H Q Xu, Z X Guo, J F Yan, J L Gao, L N Niu, S L Wang, K Jiao
PMID38650025
发布时间2024-04-23
DOI10.1186/s13287-024-03720-5

实验完整度

包含scRNA-seq、体外细胞共培养、临床样本验证和动物模型等多层次实验,并进行了功能验证和机制研究。

主要模型

OSF患者口腔黏膜组织 HOK细胞系(Epi1.2细胞模型) 人原代CD3+T细胞 Sprague-Dawley大鼠OSF模型

重点核对

scRNA-seq样本:1例对照组和1例OSF组新鲜组织 Epi1.2细胞模型:60 µg/mL槟榔碱处理HOK细胞24小时 T细胞共培养:Epi1.2细胞与CD3+T细胞共培养24小时 MIF抑制剂ISO-1浓度:1 µM 动物实验分组:Control, OSF, OSF+PBS, OSF+GC, OSF+DPSC,每组6只

摘要

背景:口腔黏膜下纤维化(OSF)是一种以纤维组织沉积为特征的癌前病变,其发病率与槟榔咀嚼频率呈正相关。长期咀嚼槟榔会损害口腔黏膜上皮的完整性,导致慢性炎症和局部免疫紊乱。然而,目前驱动纤维发生和功能障碍的潜在细胞事件尚未完全了解,因此OSF的治疗选择很少且治疗效果有限。牙髓干细胞(DPSCs)因其抗炎和抗纤维化能力而被认可,使其有望治疗一系列免疫、炎症和纤维化疾病。然而,DPSCs在OSF中的应用尚无定论。因此,本研究旨在探索OSF的发病机制,并在此基础上探索新的治疗选择。方法:使用单细胞RNA测序构建了口腔黏膜组织的人类细胞图谱,以深入探讨潜在机制。对上皮细胞进行重新聚类,以观察OSF上皮细胞的异质性及其与免疫细胞的通讯。结果在体外、临床病理切片和动物模型中得到验证。在体内,通过组织学染色、免疫组织化学染色、扫描电子显微镜和原子力显微镜表征了DPSCs的治疗效果和机制。结果:一个独特的上皮细胞群Epi1.2,具有促炎和促纤维化功能,主要在OSF中发现。Epi1.2细胞还通过巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)-CD74和C-X-C基序趋化因子受体4(CXCR4)之间的受体-配体串扰,与T细胞相互作用,诱导成纤维细胞的纤维化过程。此外,我们开发了OSF动物模型,并使用DPSCs模拟了大鼠颊黏膜的临床局部注射过程,以评估其治疗影响和机制。在OSF大鼠模型中,DPSCs显示出优于阳性对照(糖皮质激素)的治疗效果,包括减少胶原沉积和促进血管再生。DPSCs主要通过调节KRT19+MIF+上皮细胞的数量和通过上皮-基质串扰来介导免疫稳态。结论:鉴于目前OSF病因的模糊性和有限的治疗选择,我们的研究揭示了上皮细胞及其与T细胞的串扰在OSF机制中发挥重要作用,并提示了DPSCs的治疗前景。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探讨口腔黏膜下纤维化中驱动纤维发生和功能障碍的细胞机制,并评估牙髓干细胞(DPSCs)的治疗潜力。
核心机制
Epi1.2上皮细胞通过MIF-CD74/CXCR4配体-受体对与T细胞相互作用,激活T细胞并促进成纤维细胞活化,进而加剧纤维化;DPSCs通过旁分泌作用下调KRT19+MIF+上皮细胞及CD74+/CXCR4+T细胞,从而减轻纤维化。
主要证据
scRNA-seq鉴定出Epi1.2亚群;体外共培养实验证明Epi1.2细胞与T细胞互作激活T细胞并上调α-SMA;动物模型显示DPSCs治疗减少胶原沉积、增加血管、降低组织硬度,并下调KRT19+MIF+上皮细胞和CD74+/CXCR4+T细胞。
研究意义
研究揭示了上皮-免疫细胞互作在OSF发病中的新机制,并提示DPSCs作为OSF治疗策略的潜力,为临床治疗提供参考。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组图谱构建

解析OSF口腔黏膜组织的细胞组成和异质性

对健康对照和OSF患者口腔黏膜组织进行scRNA-seq,鉴定主要细胞类型并分析细胞比例变化。

2

上皮细胞亚群分析

探索OSF中上皮细胞的异质性,寻找关键亚群

对上皮细胞进行重聚类,鉴定出Epi1.2亚群,并通过免疫组化验证其标记物KRT19在临床样本中的表达。

3

细胞间通讯分析

预测Epi1.2细胞与T细胞之间的相互作用配体-受体对

使用CellChat分析scRNA-seq数据,预测Epi1.2细胞与T细胞之间的受体-配体相互作用,并鉴定出MIF-CD74/CXCR4对。

4

构建体外Epi1.2细胞模型并验证功能

验证Epi1.2细胞与T细胞的相互作用及其对炎症和纤维化的影响

用槟榔碱处理HOK细胞建立Epi1.2细胞模型,与T细胞共培养,检测细胞因子分泌、T细胞活化标志物和成纤维细胞活化情况,并用MIF抑制剂ISO-1进行干预。

5

建立OSF大鼠模型并评估DPSCs治疗效果

在体内验证Epi1.2细胞在OSF中的作用,并评估DPSCs治疗的效果和机制

用槟榔碱局部涂抹建立OSF大鼠模型,分成5组:Control、OSF、OSF+PBS、OSF+GC、OSF+DPSC,每周注射治疗,4周和8周后取材检测。

6

体内机制验证

验证DPSCs是否通过下调Epi1.2细胞和T细胞受体表达来缓解OSF

通过免疫组化和免疫荧光检测各组大鼠中KRT19+MIF+上皮细胞和CD74+/CXCR4+T细胞的表达,并在体外用DPSC条件培养基处理共培养细胞进行验证。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
10x Genomics Chromium10x Genomics--
NovaSeq6000Illumina--
胰蛋白酶Thermo Fisher Scientific25200-072
脱氧核糖核酸酶ISigma11284932001
杜氏磷酸盐缓冲液Thermo Fisher Scientific14190144
胎牛血清Thermo Fisher ScientificA3161001C
红细胞裂解液Thermo Fisher Scientific00-4333-57
台盼蓝Thermo Fisher Scientific15250061
Countess II自动细胞计数器Thermo Fisher Scientific--
MojoSort人CD3 T细胞分离试剂盒BioLegend480022
X-VIVO15培养基----
Dynabeads人T细胞活化磁珠CD3/CD28Life Technologies11131D
HOK-16BZLZTzl-040906
人牙龈成纤维细胞ProcellCP-H205
DMEM培养基Gibco--
槟榔碱----
ISO-1Med Chem ExpressHY-16692
细胞计数试剂盒-8ElabscienceE-CK-A362
Cytofix/Cytoperm固定/破膜试剂盒BD Biosciences554714
CytoTell红650AAT Bioquest22255
PE抗人CD25Biolegend302606
APC抗人CD69Biolegend310910
FITC抗人/小鼠颗粒酶BBiolegend396404
PE抗人CD73BioLegend344003
PE抗人CD90BioLegend328109
PE抗人CD105BioLegend323205
PE抗人CD11bBioLegend982606
PE抗人CD34BioLegend343505
PE抗人CD45BioLegend304007
FITC抗人CD19BioLegend302205
FITC抗人CD3BioLegend300306
Transwell板NEST724101
IL-6 ELISA试剂盒ServicebioGEH0001
IL-1β ELISA试剂盒ServicebioGEH0002
IL-17 ELISA试剂盒MultiSciencesEK117/2-96
TGF-β ELISA试剂盒MultiSciencesEK981-96
TNF-α ELISA试剂盒ServicebioGEH0004
IFN-γ ELISA试剂盒ServicebioGEH0006
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript逆转录试剂盒Takara Bio--
7500实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
成骨分化试剂盒ScienCell7531
成脂分化试剂盒ScienCell7541
茜素红SSigma-Aldrich--
油红OSigma-Aldrich--
异氟烷RWD--
槟榔碱SolarbioSA9640
KRT19抗体Proteintech60187-1-lg
α-SMA抗体GeneTexGTX100034
CD31抗体ServicebioGB113151
CD3抗体Proteintech17617-1-AP
DAPIInvitrogen--
MIF抗体Proteintech20415-1-AP
CD74抗体ProteintechGTX110477
CXCR4抗体Proteintech60042-1-Ig
Nikon A1R共聚焦显微镜Nikon--
Coulter-XL流式细胞仪Beckman Coulter--
场发射扫描电子显微镜S-4800Hitachi--
Keysight 5500原子力显微镜Keysight Technologies--
PPP-NCLR-20Nanosensors--
SD-Sphere-CONT-m-10Nanosensors--
0.22微米滤器Millex-GP--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
单细胞测序
样本量:对照组1例、OSF组1例;组织消化条件:0.25%胰蛋白酶和10 µg/mL DNase I,37°C,50 rpm,约40分钟
阅读提示:见Methods 'Preparation of samples for scRNA-seq'
Epi1.2细胞模型建立
细胞系:HOK;槟榔碱浓度:60 µg/mL;处理时间:24小时
阅读提示:见Methods 'Cell culture' 和 Results 'Epi1.2 cells promoted...'
T细胞共培养
T细胞来源:健康志愿者外周血PBMCs;共培养比例:Epi1.2细胞2×10^6,T细胞1×10^6;共培养时间:24小时
阅读提示:见Methods 'Isolation and activation of T cells' 和 'Transwell assay'
MIF抑制实验
抑制剂:ISO-1;浓度:1 µM;处理时间:24小时
阅读提示:见Methods 'In vitro suppression assays'
动物实验
动物:8周龄雄性SD大鼠;模型诱导:15 mg/mL槟榔碱涂抹颊黏膜,每天40次,持续12周;分组:Control, OSF, OSF+PBS, OSF+GC, OSF+DPSC,每组6只;治疗:OSF+GC组注射20 mg/mL GC,OSF+DPSC组注射1×10^6 cells/mL DPSC悬液50 μL,每周一次;观察时间:4周和8周
阅读提示:见Methods 'Establishment of animal models, interventions, and measurements'
DPSC条件培养基
DPSCs接种密度:3×10^6/ml;血清饥饿时长:48小时;收集后离心2500 rpm 3分钟,0.22 µm过滤
阅读提示:见Methods 'Preparation of conditioned media'