来自miRNA-486过表达的牙髓干细胞的小细胞外囊泡通过PTEN/PI3K/AKT/eNOS通路减轻高原肺水肿

Small extracellular vesicles derived from miRNA-486 overexpressed dental pulp stem cells mitigate high altitude pulmonary edema through PTEN/PI3K/AKT/eNOS pathway.

作者信息Changyao Wang, Zhuang Mao, Drolma Gomchok, Xue Li, Huifang Liu, Jingyuan Shao, Hu Cao, Guanzhen Xue, Lin Lv, Junzhao Duan, Tana Wuren, Hua Wang
PMID39906863
期刊Heliyon
发布时间2025-01-14
DOI10.1016/j.heliyon.2025.e41960

实验完整度

包含大鼠HAPE模型体内验证、PMVEC细胞体外模型、miRNA mimic/inhibitor转染及通路抑制剂干预等多层级功能与机制验证。

主要模型

大鼠HAPE模型(Sprague-Dawley大鼠,模拟海拔6000米) 肺微血管内皮细胞(PMVEC) DPSC来源的小细胞外囊泡(sEVNull和sEVmiR−486)

重点核对

大鼠分组:Control、HAPE、sEVNull、sEVmiR−486,每组n=7,尾静脉注射1×10^10颗粒/100μL,第1天和第3天 PMVEC缺氧损伤模型:200μM CoCl2处理24小时 miRNA-486 mimic/inhibitor转染浓度:15nM PI3K抑制剂Ly294002处理浓度:20μM,处理30分钟

摘要

高原肺水肿(HAPE)是一种危及生命的非心源性肺水肿,具有起病急、死亡率高的特点。间充质干细胞来源的细胞外囊泡已被用于治疗多种肺部疾病,但其在HAPE中的应用报道仍不足。本研究探讨了miRNA-486修饰的牙髓干细胞来源的细胞外囊泡(sEVmiR−486)对HAPE的治疗潜力,旨在阐明相关分子机制。通过将大鼠暴露于专用舱室内的模拟高海拔低氧环境,建立大鼠HAPE模型。HAPE大鼠静脉注射sEVNull和sEVmiR−486,通过组织病理学分析、肺动脉压、肺含水量以及氧化应激和炎症标志物评估治疗效果。为补充体内研究结果,用氯化钴处理肺微血管内皮细胞(PMVEC)以模拟缺氧损伤,然后用sEVNull和sEVmiR−486处理以阐明作用机制。sEVNull减轻了HAPE大鼠肺部的病理变化,降低了肺动脉压和肺含水量,并缓解了氧化应激和炎症反应。此外,sEVNull增强了血管反应性,恢复了肺通透性和紧密连接完整性,这些效应在miRNA-486过表达后得到加强。值得注意的是,sEVmiR−486通过调节PTEN/PI3K/Akt/eNOS信号通路减轻了缺氧PMVEC细胞的氧化损伤。miRNA-486强化的DPSC-sEVs干预是HAPE的一种新型且有效的治疗策略。

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
探究过表达miRNA-486的牙髓干细胞来源的小细胞外囊泡(sEVmiR−486)对高原肺水肿的治疗效果及其分子机制。
核心机制
sEVmiR−486通过抑制PTEN表达,激活PI3K/Akt/eNOS信号通路,减轻氧化应激和炎症,恢复血管反应性和内皮屏障功能。
主要证据
在大鼠HAPE模型中,sEVmiR−486显著降低肺动脉压、肺含水量,减轻肺组织病理损伤,改善通透性;在PMVEC细胞中,miR-486 mimic降低ROS水平,抑制PTEN,上调p-Akt和eNOS,而PI3K抑制剂Ly294002部分逆转其抗氧化作用。
研究意义
sEVmiR−486有望成为HAPE的一种新型且有效的治疗策略。

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

sEVs的分离与鉴定

验证从DPSC培养上清中分离的sEVs的物理特性和标志物表达,并确认其可被细胞和肺组织摄取。

通过差速超速离心从Ad.Null或Ad.miR-486感染的DPSC培养上清中分离sEVs,使用NTA和TEM分析大小和形态,Western blot检测标志物,PKH26标记后与PMVEC共培养和尾静脉注射小鼠进行摄取实验。

2

大鼠HAPE模型的建立及sEV治疗

建立HAPE大鼠模型,评估sEVNull和sEVmiR−486的治疗效果。

成年雄性SD大鼠随机分为Control、HAPE、sEVNull和sEVmiR−486四组,通过模拟6000米海拔的低压缺氧舱建立HAPE模型,尾静脉注射sEV,检测肺动脉压、肺含水量、组织病理和蛋白含量。

3

氧化应激和炎症指标检测

评估sEV治疗对HAPE大鼠和缺氧PMVEC细胞氧化应激和炎症水平的影响。

检测肺组织匀浆中SOD活性、MDA水平,PMVEC中SOD2和CAT基因表达,Nrf2/Keap1/HO-1通路蛋白表达;ELISA检测肺组织和血清中炎性细胞因子水平。

4

紧密连接和通透性相关指标检测

探究sEV治疗对HAPE引起的紧密连接破坏和通透性异常的修复作用。

通过免疫荧光检测大鼠肺组织Occludin表达,Western blot检测PMVEC中ZO-1和Occludin,ELISA检测血浆中ET-1、TXA2、NO、PGI2,qPCR和Western blot检测AQP-1、AQP-5、Na+/K+-ATPase、TRPV4等表达。

5

miRNA-486调控PTEN/PI3K/Akt/eNOS通路验证

验证miRNA-486通过PTEN/PI3K/Akt/eNOS通路减轻氧化应激的分子机制。

KEGG富集分析sEV差异miRNA;在PMVEC中转染miR-486 mimic和inhibitor,检测PTEN、Akt1、PDK1、NOS3表达及Akt磷酸化、eNOS蛋白水平,并用流式细胞术检测ROS,用PI3K抑制剂Ly294002处理验证通路参与。

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培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
超速离心机(XPN-80)Beckman Coulter--
ZetaView PMX 110纳米颗粒分析仪Particle Metrix--
日立HT7800透射电子显微镜Hitachi--
PKH26染料MedChemExpressHY-D1451
RNA TransMate转染试剂Sangon BiotechE607402
Ly294002(PI3K抑制剂)MCEHY-10108
Vevo 3100 LT小动物超声成像系统VisualSonics--
异氟烷----
Pierce™ BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
荧光封片剂(BD-FM-1)BDHM--
Opal 520试剂盒BDHMBD52100
DAPI染料BDHMBD-DAPI-1
RIPA裂解液EpizymePC101
蛋白酶抑制剂EpizymeGRF101
磷酸酶抑制剂EpizymeGRF102
ECL底物Zomanbio--
Tanon成像系统Tanon--
RNA快速纯化试剂盒ES Science--
Evo M-MLV反转录试剂盒Acclurate--
qPCR SYBR Green I预混液Yeasen--
CFX Connect实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
活性氧工作液Byotime--
流式细胞仪BD--
抗水通道蛋白5抗体Abcamab78486
抗水通道蛋白1抗体Abcamab168387
抗血红素加氧酶1抗体Abcamab68477
抗Occludin抗体Abcamab167161
抗TSG101抗体Abcamab125011
抗CD63抗体Abcamab134045
抗CD9抗体Abcamab236630
抗βⅢ微管蛋白抗体Abcamab18207
抗eNOS抗体Abcamab5589
NRF2(E3J1V)兔单克隆抗体Cell Signaling33649
Keap1 (D6B12)兔单克隆抗体Cell Signaling8047S
PI3激酶P85兔抗体Cell Signaling4257T
磷酸化Akt (Ser473)兔单克隆抗体Cell Signaling4060S
Thy1/CD90 (D3V8A)兔单克隆抗体Cell Signaling13801S
Akt抗体Cell Signaling9272S
TRPV4抗体AffbiotechDF8624
ZO-1抗体AffbiotechAF5145
β-肌动蛋白兔多克隆抗体ZENBIO380624
山羊抗兔IgG (H+L)BosterBST18D06A8E54
一氧化氮(NO)比色法试剂盒ElabscienceE-BC-K035-M
前列环素(PGI2)ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0022c
大鼠内皮素1(ET-1)ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R1458c
血栓烷A2(TXA2)ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0057C
总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性检测试剂盒(WST-1法)ElabscienceE-BC-K020-M
丙二醛(MDA)比色法试剂盒(TBA法)ElabscienceE-BC-K025-M
大鼠IL-6 ELISA试剂盒ABclonalRK00020
大鼠IL-1β ELISA试剂盒ABclonalRK00009
大鼠白细胞介素1β(IL-1β)ELISA试剂盒MEIKEMK1588A
大鼠白细胞介素4(IL-4)ELISA试剂盒MEIKEMK6742A
大鼠白细胞介素6(IL-6)ELISA试剂盒MEIKEMK1731A
大鼠白细胞介素10(IL-10)ELISA试剂盒MEIKEMK1736A
大鼠白细胞介素12(IL-12)ELISA试剂盒MEIKEMK1681A
大鼠白细胞介素17A(IL-17A)ELISA试剂盒MEIKEMK7071A
大鼠肿瘤坏死因子α(TNF-α)ELISA试剂盒MEIKEMK1721A

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
大鼠HAPE模型建立
大鼠品系、性别、体重、分组、各组样本量、缺氧条件、给药途径、sEV剂量、给药时间点
阅读提示:Materials and methods 2.5 节
PMVEC缺氧模型
CoCl2浓度、处理时间、sEV处理浓度、加药时间顺序
阅读提示:Materials and methods 2.3 节
miRNA转染
mimic/inhibitor浓度、转染试剂、转染时间
阅读提示:Materials and methods 2.3 节
PI3K抑制剂处理
Ly294002浓度、处理时间
阅读提示:Materials and methods 2.3 节