急性肺损伤（ALI）是一种以肺泡上皮和血管内皮严重损伤为特征的疾病，可能导致肺通透性增加、肺水肿和急性呼吸窘迫综合征，具有高死亡率，预后不良，探索新的治疗策略十分重要。肺泡巨噬细胞（AM）在ALI中发挥关键作用，其关键代谢产物衣康酸（ITA）具有改善炎症相关疾病的作用，目前已有研究证实来源于间充质干细胞的外泌体（MSC-exos）可通过调节肺泡巨噬细胞缓解ALI，但具体机制尚待探索。
2024年12月，四川大学华西医院梁宗安教授团队在Biology Direct上发表文章“Enhanced itaconic acid secretion from macrophages mediates the protection of mesenchymal stem cell-derived exosomes on lipopolysaccharide-induced acute lung injury mice”，该文章研究了ITA在介导MSC-exos保护作用中的特点，发现MSC-exos通过增加ITA分泌和促进AM 的M2极化，显著减轻脂多糖（LPS）诱导的肺微血管内皮细胞（PMVEC）损伤和ALI。
1.AM通过M1极化介导的炎症反应加重LPS诱导的PMVEC损伤
研究者以PBS为对照，在存在AM的情况下或者单独使用100 ng/mL LPS处理PMVEC，24小时后进行HRP渗漏测定、蛋白印迹分析、流式细胞术、TUNEL实验、ELISA测定等，结果显示在AM存在的情况下，加入LPS刺激使得PMVEC通透性增加，PMVEC + AM + LPS组HRP渗透性最高，并且LPS处理抑制了Claudin-5和ZO-1蛋白的相对表达，AM共培养组水平最低，LPS处理增加了PMVEC的凋亡率，升高了IL - 6和TNF-α水平，AM共培养使其进一步增加。这些结果表明，在AM存在下，LPS刺激诱导PMVEC更强的M1极化，加剧炎症反应。
2.MSC-exos通过促进AM的M2极化减轻LPS诱导的PMVEC损伤
研究者通过细胞标志物表达（TSG101、CD63）、分化潜力、外泌体形态（杯状形态）、尺寸分布（70-75nm）及纯度等初步证实了MSCs及其衍生外泌体的特性。然后将MSC - exos加入LPS处理的共培养系统评估其对PMVEC的影响，结果显示MSC - exos可减弱PMVEC渗透性、恢复紧密连接蛋白的表达、抑制细胞凋亡、降低炎症因子水平、减少M1极化、促进M2极化。此外，LPS处理使ITA浓度增加，MSC-exos进一步显著提高ITA浓度，表明MSC- exos的ITA分泌的增加可能与其保护作用有关。
图1.MSC-exos通过促进AM的M2极化减轻LPS诱导的PMVEC损伤
3.ITA介导MSC-exos对AM的保护作用
为了研究ITA是否介导MSC-exos对AMs的保护作用，研究者在MH-S细胞中使用siRNA敲除IRG1，通过PCR和蛋白印迹实验验证了敲低效率并选择最有效的一个用于后续测定。接着研究者设置了与si - NC转染细胞共培养系统和IRG1敲低细胞共培养系统，在各系统中加入MSC - exos处理，观察相关指标变化。结果显示，在si - NC转染细胞共培养系统中，MSC-exos能显著减少LPS诱导的PMVEC中的HRP渗漏，增加Claudin-5和ZO-1蛋白的表达，减少PMVEC凋亡，降低炎症因子IL-6和TNF-α浓度，降低M1极化标记物iNOS和Arg-1的表达，增加M2极化标记物CD206阳性细胞比例；而在IRG1敲低细胞共培养系统中，上述各项MSC - exos的作用消失或不显著。这些结果表明，AMs分泌的ITA介导MSC - exos对AMs的保护作用。
4.MSC-exos通过增加衣康酸分泌减轻LPS诱导的小鼠急性肺损伤
研究者通过使用C57BL/6野生型（WT）和Irg1基因敲除（Irg1 - /-）小鼠来研究衣康酸在体内对MSC - exos功能的影响。经MSC - exos治疗后，WT小鼠的肺泡结构破坏和肺组织炎症细胞浸润减轻；LPS组的Irg1 - /-小鼠肺组织损伤和炎症严重，MSC - exos治疗虽有一定缓解但仍存在明显损伤和炎症。在WT小鼠中，LPS + MSC - exos组的ITA水平显著高于LPS组；Irg1 - /-小鼠中无论是否用MSC - exos治疗，均几乎检测不到ITA。此外，在肺损伤相关指标评估中，WT小鼠MSC - exos治疗组结果较好，而Irg1 - /-小鼠几乎无显著性差异。上述结果表明，ITA的分泌对介导MSC - exos减轻LPS诱导的呼吸系统损伤起关键作用。
图2.MSC-exos通过增加衣康酸分泌减轻LPS诱导的小鼠急性肺损伤
5.MSC-exos通过调节AM的M2极化抑制LPS诱导的ALI小鼠炎症反应
为了评价MSC-exos的抗炎作用和ITA的潜在调节作用，研究者首先评估了炎性细胞因子。MSC-exos处理显著降低了WT小鼠支气管肺泡灌洗液（BALF）中LPS诱导的IL-6和TNF-α水平升高，而Irg 1 −/−小鼠中LPS和LPS + MSC-exos组之间几乎无差异。接着研究者进行了蛋白质印迹分析以评估M1极化，在WT小鼠中MSC-exos显著抑制iNOS和Arg-1，但MSC-exos治疗未能降低Irg 1 −/−小鼠中iNOS的表达。此外，在WT小鼠中由LPS处理引起的CD 206阳性细胞的增加比例被MSC-exos进一步提高。然而，在Irg 1 −/−小鼠中，各组均未发现显著变化，表明在不存在ITA的情况下，MSC-exos介导的M2极化促进作用受损。以上结果表明，MSC-exos通过调节AM的M2极化以抑制LPS诱导的ALI小鼠炎症反应。
图3.MSC-exos通过调节AM的M2极化抑制LPS诱导的ALI小鼠炎症反应
总之，本研究证明衣康酸分泌介导了MSC-exos对LPS诱导的PMVEC炎症和凋亡的保护作用，靶向衣康酸和调节肺巨噬细胞代谢可能是治疗ALI的可行选择。
本文作者：CT
责任编辑：TJY
全文链接：
https://biologydirect.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13062-024-00586-8
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