干细胞分泌外泌体传递miR-720调控内皮尖端细胞特化促进血管新生的作用及机制

Angiogenesis is essential for function recovery of the ischemic organ. Endothelial tip cell specification is a key step of angiogenesis. Current research showed that stem cell derived exosome promotes angiogenesis by miRNA transfer; however, the regulation of tip cell function by exosome has not been reported. Our previous study showed that stem cells derived exosomes could promote angiogenesis in ischemic hind limb. Microarray analysis showed that miR-720 is enriched in exosome. Block the function of miR-720 in exosomes attenuates angiogenesis induced by exosomes, and overexpression of miR-720 in endothelial cells facilitates tip cell specification. Therefore, we propose that exosomes derived from stem cells deliver miR-720 to endothelial cells to regulate tip cell specification and promote angiogenesis. We intend to investigate the function of miR-720 transferred by exosome in tip cell specification, and further clarify the molecular mechanism by which stem cell derived exosomes regulate angiogenesis in ischemic tissues. This study will provide new strategy and targets for therapeutic angiogenesis, and is of great significance for regenerative medicine.

血管新生对于缺血性疾病器官功能恢复至关重要。内皮细胞向尖端细胞特化是血管新生的关键步骤。最新研究表明外泌体通过向内皮细胞传递miRNA促进血管新生，然而外泌体如何调控尖端细胞功能尚未见报道。我们研究发现干细胞来源的外泌体可明显促进血管新生，修复缺血性损伤；芯片结果显示外泌体中含有高丰度的miR-720，抑制外泌体中miR-720的功能降低其促进血管新生的作用，内皮细胞中过表达miR-720可促进尖端细胞表型。据此我们推测干细胞来源的外泌体通过传递miR-720调控内皮尖端细胞特化，从而促进缺血组织血管新生。本项目拟通过体内体外实验明确干细胞分泌的外泌体通过传递miR-720等关键miRNA调控内皮尖端细胞特化的功能和作用途径，进一步阐明外泌体调控缺血组织血管新生的分子机制。该研究将为缺血性疾病的治疗性血管新生研究提供新的思路和干预靶点，对干细胞产品的临床转化也具有重要指导意义。

缺血性疾病因组织缺血缺氧而造成组织器官的功能受损，尽快促进组织血管新生，恢复缺血组织的血液供给，有助于缺血性损伤组织功能的修复。近年来研究发现干细胞来源的外泌体具有显著的促进血管新生的作用，对缺血性组织损伤具有很好的修复效果，然而其作用机制有待深入研究。本项目筛查了iPSC-MSC来源的外泌体中的miRNA，并深入分析了外泌体通过转运这些miRNA促进血管新生的作用机制。结果发现iPSC-MSC来源的外泌体中含有多种miRNA，其中miR-720的丰度最高。MiR-720能够促进内皮细胞增殖、迁移、成管能力等血管新生相关功能，并可以抑制内皮细胞凋亡。这些结果说明miR-720具有促进血管新生的作用。我们进一步通过对内皮细胞进行转录组测序及生物信息学分析，发现miR-720可以调控内皮细胞的Notch和Jak-stat信号通路，并通过一系列实验验证了该结论。这两个信号通路均为促进血管生成的重要调控通路，因此iPS-MSC来源的外泌体可通过传递miR-720调控内皮细胞Notch和Jak-stat信号通路，促进内皮细胞功能，从而促进血管新生。此外，我们发现外泌体中还有其他血管新生相关的非编码小RNA，并对其功能进行了初步探讨。在此基础上，围绕干细胞外泌体与血管新生，我们发现人内皮祖细胞来源的外泌体通过Erk1/2信号通路促进血管新生加速皮肤创面的修复；人胚胎干细胞来源的外泌体通过使内皮细胞年轻化促进衰老皮肤创面修复。本研究为干细胞外泌体修复组织损伤提供了理论依据，对干细胞再生医学的临床转化也具有重要的现实意义。