预处理的缺血性大鼠心脏提取物的间充质干细胞来源的外泌体通过递送DMBT1促进血管生成。

Exosomes Derived From Mesenchymal Stem Cells Pretreated With Ischemic Rat Heart Extracts Promote Angiogenesis via the Delivery of DMBT1.

作者信息Yi Xiao, Ye Zhang, Yuzhang Li, Nanyin Peng, Qin Liu, Danyang Qiu, Justin Cho, Cesario V Borlongan, Guolong Yu
PMID35726847
发布时间2022-01-31
DOI10.1177/09636897221102898

实验完整度

包含体外细胞功能实验(MTT、伤口愈合)、蛋白组学(iTRAQ)、siRNA敲低验证机制,以及动物MI模型提取物制备,证据层级多样。

主要模型

大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs) 人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 大鼠急性心肌梗死(MI)模型

重点核对

MSC-Exo分离参数(超速离心100,000×g、蔗糖垫30%) MSCE-Exo处理HUVECs的浓度(100 μg/mL)和时间(24小时) siRNA敲低DMBT1的转染浓度(50 nM) MI模型建立方法(LAD永久结扎) IL-22、VEGF等ELISA检测时间点(MI后24小时)

摘要

间充质干细胞来源的外泌体(MSC-Exos)已被证明能促进血管生成。用缺血性大鼠脑提取物处理MSCs足以增强其在卒中中的益处。然而,迄今为止尚无类似的关于缺血性心脏提取物的分析。我们旨在确定来自经缺血性大鼠心脏提取物预处理的MSCs的MSC-Exos是否能促进血管生成,并阐明其潜在机制。心脏提取物的ELISA显示,在心肌梗死(MI)建模后24小时,血管内皮生长因子(VEGF)显著增加,而缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)随时间依赖性降低。MTT和伤口愈合实验显示,与MSCN-Exo处理相比,MSCE-Exo(来自经MI后24小时缺血性心脏提取物预处理的MSC的外泌体)处理后,人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的迁移和增殖增加。对MSCE-Exo和MSCN-Exo进行蛋白质组学分析,以筛选促进血管生成的货物蛋白。结果显示MSCE-Exo中多个血管生成相关蛋白上调,包括DMBT1(恶性脑肿瘤缺失蛋白1)。当DMBT1在MSCs中被沉默时,用MSCDMBT1 RNAi-Exo处理的HUVECs表现出增殖和迁移活性受损,以及DMBT1、p-Akt、β-连环蛋白和VEGF的减少。为了探索缺血性心脏提取物如何发挥作用,ELISA显示MI建模后24小时IL-22显著增加。与MSCN相比,MSCE中P-STAT3、IL22RA1、DMBT1和VEGF蛋白增加,而MSCE-Exos中VEGF和DMBT1增加。总之,这些结果表明,缺血性心脏提取物中IL-22的上调可以增加MSCs中的DMBT1。来自这些MSCs的外泌体将DMBT1递送至HUVECs,从而增强其迁移和增殖活性。

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
缺血性心脏提取物预处理能否增强MSC-Exos的促血管生成作用,其机制如何?
核心机制
缺血性心脏提取物中IL-22通过IL22RA1/STAT3通路上调MSCs的DMBT1,外泌体递送DMBT1至HUVECs,激活PI3K-Akt/GSK3β/β-catenin/VEGF信号,促进增殖和迁移。
主要证据
ELISA显示MI后24小时IL-22和VEGF升高;Western blot显示MSCE中p-STAT3、IL22RA1、DMBT1、VEGF和β-catenin升高;siRNA敲低DMBT1后HUVECs增殖和迁移减弱。
研究意义
首次证明缺血性心脏提取物可作为细胞外策略增强MSCs功能,为心肌梗死的无细胞治疗提供了新思路。

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

MSC分离培养和鉴定

获取并确认骨髓MSCs的特性。

从SD大鼠骨髓分离MSCs,流式检测表面标记,培养至P3-P5。

2

急性MI模型建立及心脏提取物制备

获取缺血性心脏提取物用于预处理MSCs。

对SD大鼠进行LAD永久结扎,在MI后1、3、7天收集心脏组织并制备提取物。

3

MSC预处理和MSC-Exo分离鉴定

比较缺血或正常心脏提取物预处理的MSC外泌体特性。

MSCs用心脏提取物处理24小时,收集培养基并超速离心分离外泌体,通过TEM、qNano和Western blot鉴定。

4

MSC-Exo促HUVEC增殖和迁移功能检测

验证MSCE-Exo对HUVECs血管生成功能的影响。

用MSC-Exo处理HUVECs,进行MTT增殖检测和伤口愈合迁移实验。

5

蛋白质组学筛选关键促血管生成蛋白

寻找MSCE-Exo中与血管生成相关的差异表达蛋白。

iTRAQ定量蛋白质组学分析MSCE-Exo和MSCN-Exo,发现DMBT1和VEGF等上调。

6

DMBT1敲低验证其功能

验证DMBT1是否介导MSCE-Exo的促血管生成功能。

用siRNA敲低MSCs中DMBT1,收集外泌体处理HUVECs,检测增殖、迁移和相关蛋白表达。

7

上游机制:IL-22诱导DMBT1上调

探索缺血性心脏提取物中上调DMBT1的关键因子和信号通路。

ELISA检测IL-22水平,Western blot检测MSCs中IL22RA1/STAT3通路蛋白和下游效应蛋白。

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
DMEM/F12培养基Hyclone--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素HyClone--
胰蛋白酶Sigma--
0.22 μm无菌过滤器Millipore--
透射电子显微镜Hitachi H-7650--
qNano系统Izon--
2-D定量试剂盒GE Healthcare Life Science--
Strata X C18固相萃取柱Phenomenex--
TMT 6-plex试剂盒Sigma--
Agilent 300 Extend C18色谱柱Agilent--
Acclaim PepMap预柱Thermo--
Acclaim PepMap RSLC分析柱Thermo--
EASY-nLC 1000超高效液相色谱系统Thermo--
Q Exactive质谱仪Thermo--
Lipofectamine 2000转染试剂Life Technologies--
si-DMBT1Genepharma--
DiI荧光染料Invitrogen--
DAPI染液Invitrogen--
MTT溶液Sigma-Aldrich--
二甲基亚砜Sigma-Aldrich--
PI/RNase染色液Cell Signaling Technology--
BD FACSCalibur流式细胞仪BD Bioscience--
HIF-1α、VEGF和IL-22 ELISA试剂盒Elabscience Biotechnology Co.--
SurePAGE预制胶--M00653
StartingBlock封闭液Thermo Fisher Scientific#37538
Immobilon ECL Ultra Western HRP底物Millipore--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--

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
MSC培养和鉴定
MSC来源(SD大鼠骨髓)、培养条件(DMEM/F12+10%FBS)、表面标记(CD90阳性,CD11b/c和CD45阴性)、代数(P3-P5)
阅读提示:见“Cell Isolation and Culture”部分
急性MI模型和心脏提取物制备
SD大鼠体重(200-250 g)、麻醉剂量(水合氯醛20 mg/kg)、LAD结扎、提取物制备浓度(150 mg/mL)和离心条件(10,000g 10分钟)
阅读提示:见“Acute MI Model Establishment”和“Ischemic Rat Heart Extract Preparation”部分
MSC预处理和外泌体分离
预处理比例(1:10萃取物:培养基)、时间(24小时)、超速离心参数(100,000g、75分钟、30%蔗糖垫)
阅读提示:见“Ischemic Rat Heart Extract Preparation and MSC Treatment”和“MSC-Exo Isolation and Identification”部分
HUVECs功能检测(增殖和迁移)
外泌体浓度(100 μg/mL)、处理时间(24小时增殖、12小时迁移)、MTT细胞数(5×10^3/孔)、接种密度(2×10^5/孔)
阅读提示:见“MTT Assay”和“Wound Healing Assay”部分
DMBT1敲低实验
siRNA浓度(50 nM)、转染试剂(Lipofectamine 2000)、转染时间(24小时)、DMBT1引物序列(文中提供)
阅读提示:见“Small Interfering RNA–Mediated Gene Knockdown”部分
机制验证(IL-22/STAT3通路)
ELISA检测时间点(MI后24小时)、Western blot检测蛋白(p-STAT3、IL22RA1、DMBT1、VEGF等)
阅读提示:见“Enzyme-linked immunosorbent assays”和“Western Blotting”部分