Foxm1调控骨髓间充质干细胞分化为II型肺泡细胞的机制及其在治疗脓毒症ARDS中的应用

Type II alveolar epithelial cells (AT Ⅱ) damage and apoptosis is an important cause of the formation and development in sepsis induced acute respiratory distress syndrome (ARDS), while bone marrow mesenchymal stem cells (BMSC) which can differentiate into AT Ⅱ are expected to be used in the treatment of ARDS. Our previous study has showed that BMSC had an anti-apoptotic effect when co-cultured with lung immune cells，and we has simultaneously established BMSC which highly expressed Foxm1 and differentiated into AT II. However, the detailed mechanism of how the BMSC differentiated into AT II, and its practically application and value in the treatment of septic ARDS in vitro and in vivo studies were rarely reported. Therefore, our project plans to keep investigating the molecular mechanism of how BMSC with differently expression of Foxm1 differentiated into AT II in the preliminary basis, at the same time, we will transplant the stably transfected BMSC into sepsis mouse model of ARDS in vivo, in order to verify whether it has an apparently biological effects on improving lung injury and survival rate in ARDS. This study aimed to explore the potential value of Foxm1 in the process of BMSC efficiently differentiating into AT II to treat septic ARDS mice, thus to provide theoretical and experimental basis for finding the new treatment methods of ARDS.

Ⅱ型肺泡上皮细胞（ATⅡ）的损伤和凋亡是脓毒症急性呼吸窘迫综合症（ARDS）发生发展的重要原因，可以定向分化为ATⅡ的骨髓间充质干细胞（BMSC）有望用于ARDS的治疗。我们前期研究证实BMSC和肺内免疫细胞共培养时具有显著的抗凋亡作用，并继而初步建立起诱导高表达Foxm1的BMSC分化为ATⅡ的细胞分化体系，但是，高表达Foxm1的BMSC分化为ATⅡ的详细机制，以及将其应用于治疗脓毒症ARDS的体内外研究，目前罕有报道，由此，本项目拟在前期基础上继续探索Foxm1对BMSC定向分化为ATⅡ的影响及其可能分子机制，同时将靶向上调或下调Foxm1表达的BMSC移植入脓毒症ARDS小鼠模型体内，验证其是否具有改善ARDS肺损伤的生物学作用。本研究旨在探索Foxm1在BMSC高效定向分化为ATⅡ并应用于治疗脓毒症ARDS的潜在重要价值，从而为寻找ARDS新型治疗方法提供理论和实验依据。

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是重症医学领域一种常见的疾病，是由致病因素所引起的急性弥漫性肺损伤以及所导致的急性呼吸衰竭，可严重影响患者的生命健康。利用间充质干细胞（MSCs）分化为肺泡上皮细胞或血管内皮细胞从而修复气-血屏障被认为是有效治疗ARDS的重要方法，但有关研究均发现外源性MSCs输注后存在向肺泡上皮细胞分化效率低下的问题。课题组按照项目合同书的内容，在充分了解前人研究基础上选择了与MSCs分化以及肺泡上皮细胞发育均密切相关的FoxM1基因作为靶基因，探讨过表达FoxM1基因对MSCs分化为肺泡上皮细胞的影响以及可能的调控机制，并利用脓毒症ARDS动物模型研究了输注过表达FoxM1基因的MSCs对治疗脓毒症介导ARDS的价值。同时，课题组结合现有研究结果及前期研究基础，对进一步探索了优化MSCs治疗ARDS的方法。主要研究结果如下：1)利用全骨髓贴壁培养法提取及纯化得到骨髓间充质干细胞（BMSCs），具有MSCs 特异性表面标志物，可以诱导分化成骨、软骨及脂肪；2)小气道上皮细胞生长培养基连续诱导培养7天可有效诱导MSCs 分化为II型肺泡上皮细胞，电镜下可见特征性超微结构板层小体，Ⅱ型肺泡上皮细胞表面标志物proSP-C、SP-B表达水平显著升高；3）过表达FoxM1的MSCs 经诱导后其proSP-C、SP-B的表达水平显著高于其他组，Wnt/β-catenin 通路特异性抑制剂XAV-939可部分抑制FoxM1对MSCs 分化为肺泡上皮细胞的促进作用，免疫共沉淀（Co-IP）结果显示FoxM1 蛋白与β-catenin 蛋白存在直接结合的相互作用，提示FoxM1 可能通过激活Wnt/β-catenin 通路促进MSCs 体外分化为肺泡上皮细胞。4）于气管内滴注脂多糖构建急性肺损伤小鼠模型，尾静脉输注MSCs，利用活体生物发光成像及肺组织冰冻切片技术发现BMSCs在肺部驻留时间较短，5天左右，但可提高MSCs对急性肺损伤的治疗作用、减轻脂多糖诱导肺泡上皮细胞损伤的程度。本项目完成了项目合同书规定的研究内容，回答了项目立项时所提出的科学问题，研究结果为认识MSCs分化为肺泡上皮细胞的具体机制增加了新的研究证据，并可为开发、优化ARDS创新治疗方法提供新的策略。