IFN-γ诱导间充质干细胞代谢重编程在免疫调节表型转换的作用及分子机制研究

发布时间：2020-05-20 18:36

【摘要】：背景:间充质干细胞(MSCs)是一种多能干细胞,除了能分化为脂肪细胞、骨细胞和软骨细胞,还具有一定的免疫调节功能。炎症反应期间的各种信号刺激分子是MSCs发挥免疫调节能力的必要条件,并决定了MSCs免疫调节的命运。已有研究揭示MSCs的免疫调节有着很强的可塑性,这样的可塑性依赖于免疫细胞与MSCs之间通过细胞因子、趋化因子和一些小分子物质形成的调节网络。IFN-γ是一种主要由T细胞分泌的重要促炎因子,在一定浓度下可诱导MSCs产生抗炎因子(IDO、PD-L1等)抑制炎症反应。除此之外,我们还发现IFN-γ诱导的MSCs发生了糖代谢变化,由此可推断MSCs的免疫调节和糖代谢有着潜在的相关关系,且未见与此有关的任何报导。Warburg效应由德国生化学家Warburg于1920年发现并提出,即肝癌细胞糖酵解异常,表现为葡萄糖摄取率高,糖酵解活跃,并产生大量乳酸代谢产物,代谢特征为有氧糖酵解。目前已证实,大多数肿瘤细胞在糖代谢方面均表征为此效应。另外,已证实巨噬细胞向M2极化的过程中也发生了代谢变化,糖代谢的关键调控酶PDK1参与调控巨噬细胞的极化,当PDK1被敲低时,促进巨噬细胞向M2型转化。干细胞静息状态时以糖酵解为主要代谢途径,而IFN-γ诱导的免疫调节型MSCs是否发生代谢重编程,以及这种变化对其免疫调节功能的影响仍不甚清楚。因此,本研究旨在探讨糖代谢在MSCs免疫调节能力可塑性中的作用及其分子机制,并为临床上改善MSCs治疗效果提供依据。目的:本课题拟从分子机制和功能上对糖代谢方式转换与MSCs免疫调节能力的关系进行研究。一方面明确具体关系,以及糖代谢方式转换是否影响MSCs分泌抗炎因子;另一方面从功能上验证此关系,研究糖代谢方式转换对MSCs免疫调节能力的影响是否反映在对T细胞增殖的抑制上。方法:使用si PDHA1(丙酮酸脱氢酶α1亚基)处理MSCs,制备有氧氧化缺陷型MSCs。Seahorse、混合淋巴细胞实验检测经过或未经过IFN-γ处理的MSCs的糖代谢状态及其对T细胞的抑制效应,qPCR检测经过或未经过IFN-γ处理的MSCs的IDO和PD-L1在转录水平的表达,Western Blot实验检测经过或未经过IFN-γ处理的野生型或有氧氧化缺陷型MSCs的IDO和PD-L1的蛋白表达、以及添加ATP后经IFN-γ刺激的有氧氧化缺陷型MSCs的IDO和PD-L1的表达。结果:经IFN-γ诱导的MSCs表现出糖酵解减弱,氧化磷酸化增强,IDO和PD-L1表达上调,以及抑制T细胞增殖能力的提高。而si PDHA1处理能够显著削弱上述生物学现象,同时降低了MSCs的ATP水平,在此基础上回补ATP能够部分逆转其效应,从而恢复抗炎功能。结论:1.IFN-γ能诱导MSCs向抗炎表型转化,同时发生代谢重编程,糖酵解减弱,氧化磷酸化增强;2.PDH依赖于ATP参与调节IFN-γ诱导的MSCs免疫调节能力的可塑性。
【图文】：

人脐带,间充质干细胞,表面标志,重编程

图 1 人脐带间充质干细胞的鉴定（A: 正常培养的 hUC-MSCs; B~D: hUC-MSCs 的成脂、成骨和成软骨分化(依次为油红 O素红和阿尔新蓝染色)；E: 流式细胞仪检测干细胞表面标志物 CD29、CD34、CD44、CD45、CD CD105。）2.1.2.2 IFN-γ 诱导 MSCs 发生代谢重编程20ng/ml IFN-γ 刺激 MSCs 1h、6h、12h、24h 后，使用不同代谢检测药物进行有谢及糖酵解检测。实验结果显示，MSCs 经 IFN-γ 刺激，确实发生了代谢重编程CR（氧耗率）值升高，ECAR（产酸率）值降低，，除 IFN-γ 刺激 1h 组（P＞0.05）有显著差异（P＜0.05），说明氧化磷酸化作用增强，基础呼吸和最大呼吸均增强酵解作用减弱。

重编程,糖酵解,有氧代谢

16图 2IFN-γ 诱导 MSCs 发生代谢重编程（A-D：IFN-γ 处理 MSCs 1h、6h、12h、24h 的有氧代谢变化；E-H：IFN-γ 处理 MSCs 1h、6h、12h、24h 的糖酵解变化；I-L：IFN-γ 处理 MSCs 1h、6h、12h、24h 的基础呼吸和最大呼吸；M-N：IFN-γ 处理 MSCs 1h、6h、12h、24h 的糖酵解水平。ns 无显著差异，* P＜0.05, ** P＜0.01，*** P＜0.001、**** P＜0.0001，n=3。）
【学位授予单位】：中国人民解放军陆军军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R392

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