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Circ Res:IL-10缺乏/炎症抑制内皮祖细胞外泌体的心肌修复作用

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发表于 2019-12-17 21:26:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
Circ Res:IL-10缺乏/炎症通过ILK富集抑制内皮祖细胞外泌体的心肌修复作用

近日,美国天普大学Raj Kishore教授研究组在Circulation Research杂志(影响因子15.862)上发表文章,报道了IL10敲除小鼠的内皮祖细胞(EPC)分泌的外泌体失去了它们的促血管生成和心脏修复特性。这些外泌体中整合素连接激酶(ILK)的特异性富集,这会诱导受体细胞中的NF-κB激活和NF-κB介导的炎症基因激活。抑制这些外泌体中的ILK抑制可以挽救炎症引起的其修复活性丧失。


心血管疾病在全球具有很高的发病率和死亡率,干细胞疗法在缺血性心脏修复和再生方面具有广阔的前景。骨髓来源的内皮祖细胞(EPC)已进入临床试验,效果虽然不是特别的好,但仍令人鼓舞。EPC/干细胞在心肌中的存活率低和整合度低,缺血性心脏病后的炎症也显著损害了EPC,并可能损害其在心肌修复中的修复功能。证据表明,心梗(MI)后近五分之一的患者患有严重的全身性炎症以及更高的死亡风险。患者的全身性炎症的特征在于循环中促炎细胞因子TNFα的水平较高,而抗炎细胞因子IL-10的水平较低。这些患者的EPC功能失调,细胞存活率降低,迁移和血管生成活性降低。了解炎症刺激如何调节EPC行为对于适当及时地遏制和解决炎症至关重要,从而增强基于EPC/祖细胞的心肌修复和再生。

最近的研究表明,干细胞介导的心肌修复在很大程度上与旁分泌作用有关。外泌体最近被确定为干细胞的主要旁分泌功能单位。外泌体从所有类型的细胞中分泌出来,并含有来源细胞特异性的小RNA和蛋白质,这些物质在很大程度上决定着外泌体的功能。干细胞衍生的外泌体显示出类似于其亲代细胞本身的心脏修复和再生特性。但是,所有外泌体,即使是由相同细胞分泌的,也不是相等的。已知不同的病理生理条件和对亲代细胞的刺激会改变外泌体含量并可能调节外泌体功能。该研究团队先前使用模仿系统性炎症条件的IL-10敲除小鼠进行的研究表明,IL-10缺陷型EPC分泌的外泌体缺乏体外促进细胞存活、迁移和血管生成的能力,其成分分析显示出不同的蛋白质和RNA表达模式。但是,尚不清楚全身性炎症如何导致EPC外泌体功能障碍。对于外泌体的利用以及这种无细胞疗法在心血管疾病中的应用,了解外泌体功能/功能障碍的分子机制非常重要。

NF-κB在调节炎症反应中起关键作用。作为主要的转录因子,在激活和核易位后,它与DNA反应元件结合并上调许多基因的表达,包括炎性细胞因子、趋化因子和粘附分子。整联蛋白连接的激酶(ILK)是一种细胞内丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在NF-κB激活中起重要作用。ILK可以利用细胞外基质与整联蛋白之间的相互作用或炎症刺激通过PI3K途径(LPS,TNFα等)激活。活化的ILK磷酸化NF-κB的p65亚基,触发NF-κB核易位和下游基因表达。随着p65的解离,κBα的抑制剂(IκBα)被IκB激酶(IKK)磷酸化,然后迅速泛素化并降解。还显示炎症刺激诱导的经典NF-κB信号传导(IκB-α磷酸化,NF-κB p65降解和核易位的途径)不需要ILK。相反,ILK通过在Ser536上直接进行p65磷酸化来利用NF-κB激活和转录活性的替代机制,并且是LPS诱导通过Ser536进行p65的反式激活所必需的。

ILK广泛分布于哺乳动物组织中,但其在心脏中的最高表达提示其在心脏功能调节中的重要作用。作为Akt和GSK3β途径的上游分子,它在细胞存活和增殖中起作用,但在心肌细胞中,它的作用似乎是促肥大性、促纤维化、促炎症,并且在心脏衰老过程中被诱导。该研究发现ILK高度富含在IL-10 KO-EPC衍生的外泌体和TNFα治疗的小鼠心脏内皮细胞衍生的外泌体中,表明其在外泌体介导的炎症反应中起重要作用。该研究探索了外泌体递送的ILK在受体细胞中NF-κB活化中的作用,以及富含ILK的外泌体如何参与炎症反应,以及外泌体中ILK的抑制是否可以挽救发炎的EPC来源的外泌体的心肌修复能力。

IL-10 KO-EPC-Exo中的ILK抑制可挽救其心脏修复和再生功能障碍

方法和结果:使用白细胞介素10(IL-10)敲除(KO)小鼠模拟系统性炎症条件,比较了从野生型EPC和IL-10 KO-EPC分离的外泌体的治疗效果和蛋白质成分。在小鼠心肌梗死(MI)模型中,WT-EPC-Exo治疗可显著改善左心室心脏功能,抑制细胞凋亡,减少MI疤痕大小并促进MI后新血管形成,而IL-10 KO-EPC-Exo治疗则显示减少和相反的效果。质谱分析显示WT-EPC-Exo和IL-10 KO-EPC-Exo包含不同的蛋白质表达模式。在差异表达的蛋白质中,整联蛋白连锁激酶(ILK)在IL-10 KO-EPC-Exo以及TNFα处理的小鼠心肌内皮细胞衍生的外泌体(MCEC +TNFα-Exo)中都高度富集。富含ILK的外泌体激活了受体内皮细胞中的NF-κB途径和NF-κB依赖的基因转录,并​​且这种作用在外泌体中通过ILK抑制而部分减弱。有趣的是,IL-10 KO-EPC-Exo中的ILK抑制可显著挽救其在心肌修复中的修复功能障碍,改善左心室心脏功能,减少MI疤痕大小并增强MI小鼠模型的MI后新生血管形成。

结论:IL-10缺乏/炎症通过上调外泌体中ILK的富集和受体细胞中ILK介导的NF-κB途径的激活而改变EPC衍生的外泌体功能、内容物和对心肌修复的治疗作用,而外泌体中的ILK抑制可减弱NF-κB的激活并降低炎症反应。该研究为炎症如何改变干细胞外泌体介导的心脏修复提供了新的认识,并将ILK鉴定为可改善基于祖细胞外泌体的心脏疗法的靶激酶。

总之,该研究的数据确定了ILK通过激活NF-κB途径在EPC-外泌体介导的炎症反应中的重要作用。敲低“发炎”外泌体中的ILK会减弱ILK富集的外泌体介导的炎症反应,抑制NF-κB途径的活化并增强缺血性心脏中EPC衍生的外泌体的修复活性。

该研究的新意:
  • IL-10基因敲除小鼠(全身性炎症)的外泌体失去了修复活性。
  • 炎症会改变EPC外泌体的蛋白质组成,包括整合素连接激酶(ILK)的富集。
  • 富含ILK的外泌体激活受体细胞中的NF-κB信号传导并诱导炎症基因表达。
  • 小干扰RNA(siRNA)介导的IL-10 KO EPC中ILK的敲除可恢复其心脏修复能力

参考文献:Yue Y, Wang C, Benedict CL, Huang G, Truongcao MM, Roy R, Cimini M, Garikipati VNS, Cheng Z, Koch WJ, Kishore R. Interleukin-10 Deficiency Alters Endothelial Progenitor Cell -Derived Exosome Reparative Effect on Myocardial Repair via Integrin-Linked Kinase Enrichment. Circulation Research. 2019 Dec 9. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.119.315829. [Epub ahead of print]  IF=15.862


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