胎盘间充质干细胞通过IL-10/STAT3/NLRP3轴在急性肺损伤中抑制炎症并促进M2样巨噬细胞极化

Placental mesenchymal stem cells suppress inflammation and promote M2-like macrophage polarization through the IL-10/STAT3/NLRP3 axis in acute lung injury.

作者信息Zhihao Nie, Qinglu Fan, Wanli Jiang, Shujian Wei, Renwei Luo, Haifeng Hu, Gaoli Liu, Yufei Lei, Songping Xie
PMID39620220
发布时间2024-11-15
DOI10.3389/fimmu.2024.1422355

实验完整度

包含体外巨噬细胞炎症模型、大鼠ALI模型、临床前验证及GEO数据集分析,并进行了功能验证(IL-10敲低/过表达、STAT3抑制剂)和机制验证。

主要模型

大鼠腹膜巨噬细胞 Sprague-Dawley大鼠LPS诱导ALI模型 pMSCs与巨噬细胞共培养体系

重点核对

LPS浓度5 μg/mL处理4小时,ATP 5 mM处理1小时 pMSCs(第3-5代)与巨噬细胞共培养48小时 IL-10敲低和过表达pMSCs STAT3抑制剂5,15-DPP(50 μM)处理 NLRP3抑制剂MCC950处理(体外1 μM,体内50 mg/kg)

摘要

急性肺损伤是一种临床严重的呼吸系统疾病,目前缺乏特异有效的药物治疗。M1/M2巨噬细胞极化失衡在ALI的发生和进展中至关重要。将巨噬细胞极化从促炎的M1表型转变为抗炎的M2表型可能是一种潜在的治疗策略。气管内给予胎盘间充质干细胞已成为治疗ALI的一种新颖且有效的方法。本研究旨在探讨pMSCs在ALI中重编程巨噬细胞极化以发挥抗炎作用的作用及下游机制。方法:本研究使用脂多糖在细胞和大鼠模型中诱导炎症。测试了气管内给予pMSCs作为治疗干预。从Gene Expression Omnibus数据库收集了与LPS处理的巨噬细胞共培养的MSCs的表达数据集,以预测下游调控机制。通过体外和体内实验验证了pMSCs对巨噬细胞极化和炎症的影响。结果:体外和体内实验均验证了pMSCs促进M2巨噬细胞极化并减少炎症因子的释放。进一步分析显示,pMSCs通过分泌白细胞介素-10激活信号转导和转录激活因子3信号通路,导致STAT3磷酸化和核转位增加。这种激活抑制了NLRP3炎症小体的激活,促进M2巨噬细胞极化并抑制炎症反应。结论:研究得出结论,pMSCs通过抑制M1巨噬细胞极化和促炎因子分泌,同时促进M2巨噬细胞极化,减轻了LPS诱导的ALI模型中的肺损伤。这种效应是通过IL-10/STAT3/NLRP3轴介导的,为ALI治疗提供了一种新的治疗途径。

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
pMSCs是否通过IL-10/STAT3/NLRP3轴调节巨噬细胞极化从而减轻LPS诱导的急性肺损伤?
核心机制
pMSCs通过分泌IL-10激活STAT3信号通路,促进STAT3磷酸化和核转位,进而抑制NLRP3炎症小体激活,从而促进M2巨噬细胞极化并抑制炎症反应。
主要证据
体外巨噬细胞炎症模型和大鼠ALI模型中,pMSCs处理降低促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-18)水平,升高IL-10水平,增加M2标志物(CD163、CD206)表达,减少M1标志物(CD40、CD54)表达,并下调NLRP3、ASC、caspase-1等炎症小体组分;IL-10敲低或STAT3抑制剂逆转这些效应。
研究意义
本研究阐明了pMSCs调节M1/M2巨噬细胞极化平衡的分子机制,为ALI治疗提供了新的抗炎靶点和理论依据。

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

建立LPS诱导的腹膜巨噬细胞炎症模型

确定LPS的最佳刺激浓度和时间,以建立体外炎症模型。

用不同浓度LPS(1、2、5 µg/mL)处理大鼠腹膜巨噬细胞不同时间(0、0.5、1、2、4、24 h),通过ELISA检测TNF-α和IL-10水平。

2

验证pMSCs在体外对巨噬细胞炎症和NLRP3炎症小体的影响

探究pMSCs是否通过抑制NLRP3炎症小体减轻LPS/ATP诱导的巨噬细胞炎症反应。

将腹膜巨噬细胞分为四组(对照、LPS+ATP、LPS+ATP+pMSCs、LPS+ATP+MCC950),检测炎症因子释放、巨噬细胞极化标志物和NLRP3炎症小体组分表达。

3

生信分析预测pMSCs的下游调控机制

通过公共数据集分析MSCs与LPS处理的巨噬细胞共培养后的转录组变化,预测可能的下游机制。

从GEO数据库下载GSE198806数据集,比较MSCs单独培养、与PBS处理的巨噬细胞共培养(MR组)、与LPS处理的巨噬细胞共培养(MRL组)的基因表达,进行GO、KEGG富集分析和GSEA。

4

验证IL-10在pMSCs抑制NLRP3炎症小体中的作用

确定pMSCs分泌的IL-10是否介导其对NLRP3炎症小体的抑制作用。

使用IL-10敲低(siRNA)和过表达(慢病毒)的pMSCs,以及IL-10Rα抗体,分组处理巨噬细胞,检测炎症因子、巨噬细胞极化和NLRP3炎症小体表达。

5

验证STAT3信号通路在IL-10抑制NLRP3炎症小体中的作用

确定IL-10是否通过激活STAT3信号通路来抑制NLRP3炎症小体。

使用STAT3抑制剂5,15-DPP处理LPS/ATP和IL-10刺激的巨噬细胞,检测STAT3磷酸化、核转位以及NLRP3炎症小体组分和巨噬细胞极化。

6

体内验证pMSCs对LPS诱导的ALI大鼠的治疗效果

在整体动物水平验证pMSCs的治疗效果及其对NLRP3炎症小体的抑制作用。

将大鼠随机分为四组:对照组(生理盐水)、LPS组(尾静脉注射7.5 mg/kg LPS)、LPS+pMSCs组(LPS注射后1小时气管内滴注105个pMSCs)、LPS+MCC950组(LPS注射前1小时静脉注射50 mg/kg MCC950),3天后收集BALF和肺组织,检测组织病理、炎症因子、巨噬细胞极化和NLRP3炎症小体表达。

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
脂多糖SolarbioL8880
ATP锂盐Sigma–Aldrich11140965001
STAT3抑制剂VIII,5,15-DPPSigma–Aldrich573109
MCC950MCEHY-12815
无动物源重组人IL-10ProteintechHZ-1145
IL-10Rα抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365374
IL-10抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365858
原代巨噬细胞培养体系ICell Bioscience Technology--
大鼠胎盘间充质干细胞ICell Bioscience TechnologyRAT-iCell-e001
大鼠TNF-α ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-EL-R2856
大鼠IL-10 ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-EL-R0016
大鼠IL-1β ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-EL-R0012
大鼠IL-18 ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-EL-R0567
Millicell细胞培养插入小室Sigma–Aldrich--
Fc阻断抗体BD BiosciencesD34-485
PE偶联抗小鼠CD40抗体BioLegendclone157506
APC偶联抗小鼠CD54抗体BioLegendclone
PE偶联抗小鼠CD163抗体BioLegendclone
APC偶联抗小鼠CD206抗体BioLegendclone
NovoCyte流式细胞仪Agilent Technologies--
RIPA裂解缓冲液Beyotime--
磷酸酶抑制剂Beyotime--
核浆蛋白提取试剂盒Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜Millipore--
抗NLRP3抗体Abcamab263899
抗ASC抗体Abcamab175449
抗GAPDH抗体Abcamab8245
抗Caspase1抗体Proteintech22915-1-AP
抗Histone H3抗体Proteintech17168-1-AP
抗cleaved-caspase-1抗体Cell Signaling Technology89332
抗STAT3抗体Cell Signaling Technology9139S
抗p-STAT3 (Tyr705)抗体Cell Signaling Technology9145S
抗小鼠HRP二抗ProteintechSA00001-1
抗兔HRP二抗ProteintechSA00001-2
ECL发光液Biosharp--
RNA提取试剂Servicebio--
第一链cDNA合成试剂盒Servicebio--
2×SYBR Green qPCR预混液Servicebio--
QuantStudio™ 1实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher Scientific--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
吉姆萨染液Beyotime--

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
体外巨噬细胞炎症模型
LPS浓度(5 µg/mL)和处理时间(4小时);ATP浓度(5 mM)和处理时间(1小时);pMSCs共培养时间(48小时);MCC950预处理浓度(1 μM)和时间(12小时);IL-10Rα抗体浓度(10 μg/mL);重组IL-10浓度(100 ng/mL);STAT3抑制剂浓度(50 μM);siRNA序列和转染条件。
阅读提示:Materials and methods 2.2 Cell treatment and transfection; Figure 3 legend
大鼠ALI模型
大鼠品系和性别(雄性Sprague-Dawley);年龄和体重(6周龄,220-250 g);LPS剂量(7.5 mg/kg)和给药途径(尾静脉);pMSCs数量(1×10^5)和给药途径(气管内滴注)及时间(LPS后1小时);MCC950剂量(50 mg/kg)和给药途径(静脉注射)及时间(LPS前1小时);处死时间(3天后);每组样本量(5只)。
阅读提示:Materials and methods 2.4 Lipopolysaccharide-induced ALI rat model; Figure 1A
巨噬细胞极化检测
M1和M2标志物的选择(CD40、CD54、CD163、CD206);抗体克隆号;流式细胞术的设门策略;MFI的量化方法。
阅读提示:Materials and methods 2.8 Flow cytometry analysis; Figure 1G legend; Supplementary Figure S2
分子表达检测
RT-qPCR引物序列(见表1);内参基因(GAPDH);Western blot抗体编号及稀释度;蛋白定量方法(BCA);核质分离方法。
阅读提示:Materials and methods 2.9 Western blotting; 2.10 RT-PCR; Table 1