CD97/Ngn3轴在胞外囊泡促BMMSCs分化为胰岛β样细胞中的调控作用研究

Obtaining sufficient donor islet β-like cells is the key to islet transplantation for type 1 diabetes mellitus. Bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) are expected to be ideal sources to obtaining islet β-like cells, however the low differentiation rate is an urgent bottleneck that need to be solved. Extracellular vesicles (Evs) derived from insulinoma can differentiate BMMSCs into islet β-like cells, however the exact components and underlying mechanisms of their differentiation are not well studied. Previous studies of the applicant group have found that exosomes (Exos) had higher differentiation rate than Evs, and that the CD97 overexpressed Exos had higher differentiation rate than that of CD97 knockdown Exos. Therefore, the applicant propose the hypothesis that Exos may be the core component of Evs in differentiating BMMSCs into β-like cells, and that CD97 plays an important role in this process. The present project intends to further clarify the differentiation role of Exos in the Evs-induced β-like cell differentiation, and to clarify the regulation role of CD97/MAPK/Smad/Ngn3 pathway (CD97/Ngn3 axis) in the process. The implementation of this project can confer a new scientific basis and connotation of Evs-induced BMMSCs differentiation into islet β-like cells, which is expected to be a breakthrough in the basic research on obtaining islet transplantation donors.

获取足够的供体胰岛β样细胞是胰岛移植治疗1型糖尿病的关键，骨髓间充质干细胞（BMMSCs）可望成为分化β样细胞的理想来源，但提高其分化率是亟待解决的瓶颈问题。胰岛素瘤细胞外囊泡（Evs）能诱导BMMSCs分化为β样细胞，但其发挥诱导作用的确切成分及相关机制迄今未明。申请人课题组前期研究发现，Evs内含成分外泌体（Exos）较Evs具有更高的诱导β样细胞分化作用，且过表达CD97 Exos的诱导能力更强。申请人据此提出假说：Exos可能是Evs中诱导β样细胞分化的核心成分，CD97在该过程中发挥重要调控作用。本项目拟进一步明确胰岛素瘤Evs中Exos的诱导分化地位，论证并阐明CD97/MAPK/Smad/Ngn3通路（CD97/Ngn3轴）对该过程的调控作用。项目的实施将赋予Evs诱导BMMSCs成胰岛β样细胞分化新的科学依据与学术内涵，可望在胰岛移植供体高效获取的应用基础研究上有所突破。

1型糖尿病（T1DM）患者因胰岛β细胞被自身免疫细胞攻击，而不能产生足量的胰岛素，近年来患病率呈上升趋势。胰岛移植是可望治愈T1DM最有前景的方法之一，但受制于人胰岛供体匮乏、移植后免疫排斥等因素，目前胰岛移植并未大规模应用于T1DM的治疗。骨髓间充质干细胞(BMMSCs)有望成为分化胰岛β样细胞的理想来源，可有效克服胰岛移植所面临的供体短缺，移植后免疫排斥等问题，但提高其分化率是亟待解决的瓶颈问题。胰岛素瘤细胞外囊泡(Evs)能诱导BMMSCs分化为胰岛β样细胞，但其发挥诱导作用的确切成分及相关机制迄今未明。申请人课题组通过本项目的研究发现，Evs内含成分外泌体(Exos) 是Evs 中诱导BMMSCs向胰岛β样细胞定向分化的核心成分，而另一Evs组成成分细胞外大囊泡（Mvs）则无此诱导作用。本项目进一步的研究发现，CD97在该分化过程中发挥重要作用。体外研究证实，来源于过表达CD97母体细胞的 Exos（CD97+-Exos）能诱导BMMSCs分泌更多胰岛素，而CD97表达抑制细胞来源的Exos（CD97--Exos）诱导胰岛素分泌能力显著减弱。在体内研究中，本课题组通过构建BMMSCs免疫缺陷糖尿病小鼠皮下移植模型发现，经CD97+-Exos诱导的胰岛β样细胞可显著降低移植鼠的血糖水平，而经CD97--Exos诱导的胰岛β样细胞则无法有效控制糖尿病小鼠的血糖。进一步的研究证实CD97+-Exos能磷酸化BMMSCs细胞内的p38和ERK，提示CD97可能通过MAPK信号通路参与调控BMMSCs定向分化为胰岛β样细胞的过程。综上所述，通过本项目的研究，我们明确了Exos在胰岛素瘤EVs诱导BMMSCs分化为β样细胞过程中的诱导分化地位，初步论证并阐明了CD97通过MAPK信号通路对该过程的调控作用。本项目的实施赋予了Exos诱导BMMSCs成胰岛β样细胞分化新的科学依据与内涵，在胰岛移植供体高效获取的应用基础研究上有一定的突破。在后续研究中，本课题组将聚焦于由CD97激活的MAPK下游信号通路对胰岛β样细胞分化调控机制的研究，特别是MAPK下游Smad/Ngn3信号通路对该过程的调控作用，以进一步阐明Exos诱导BMMSCs向胰岛β样细胞定向分化的分子机制。