Beta防御素2基因修饰的脂源性干细胞干预铜绿假单胞菌下呼吸道感染的研究

Pseudomonas aeruginosa (PA) is one of the most common pathogens for hospital acquired lower respiratory tract infection and bronchiectasis. Lower respiratory infection caused by drug resistant PA is difficult to be cured by antibiotics. Stem cells have a function of injury repair and beta-defensin (BD2) shows a potent anti-bacteria effect. Based on previous studies, we will first separate and purify adipose-derived stem cells (ASCs), and transfer BD2 to ASCs. ASCs carrying BD2 will be used to treat drug resistant PA strain in vitro and in a mice model of chronic PA lower respiratory infection in vivo. The main observation items include the main virulence factors such as type III secretion system (TTSS) and biofilms of PA, bacterial load, lung injury, BD2 expression in lung tissue and other parameters. The effect of BD2 is also to be investigated in patients with bronchiectasis and chronic PA colonization and infection. This study is expected to figure out the efficacy of ASCs carrying BD2 and its specific mechanisms. ASCs are expected to play a role of anti-infection and repairing the lung injury in the lung microenvironment. This study is expected to provide a potential new way for the intervention of life-threatening lower respiratory infection caused by drug-resistant pathogens.

铜绿假单胞菌(PA)是院内下呼吸道感染最常见病原体之一；也是支气管扩张等结构性肺病的定植菌，并诱发反复感染。现有抗生素治疗对耐药PA下呼吸道感染作用有限。干细胞具有多向分化和潜在的修复作用，beta2防御素（BD2）则有强大的抗菌功能。基于前期基础，本研究拟首先分离培养并构建BD2稳定表达的脂源性干细胞（ASCs），观察BD2-ASCs对耐药PA株主要毒力因子的影响；其次借助慢性下呼吸道PA感染小鼠模型，经呼吸道滴入BD2-ASCs，检测BD2-ASCs的分化、目的基因的局部表达、细菌负荷及其毒力、肺部炎症反应、组织损伤程度以及动物生存状态；同时通过临床实验探讨BD2在慢性下呼吸道PA定植和感染中的作用及其机制。本研究不仅明确局部应用BD2-ASCs与PA定植感染控制的关系，而且有助于阐明以干细胞为载体进行基因治疗所发挥的抗感染及其相关作用，预期为耐多药下呼吸道感染的干预提供新途径。

背景：铜绿假单胞菌是医院获得性肺炎常见的致病菌，其在危重患者引起的医院获得性肺炎通常治疗十分困难。间充质干细胞是一群异源性细胞，具有自我更新能力和向多系细胞分化的潜能。在多种感染模型中，间充质干细胞都显示了有益的保护作用。目前脂肪组织来源的间充质干细胞（ASCs）对铜绿假单胞菌所致肺部感染的治疗作用尚无报道。.目标：通过铜绿假单胞菌所致小鼠肺部感染模型，本课题研究了ASCs对铜绿假单胞菌所致肺部感染的保护作用及机制。.结果：通过脂肪组织分离ASCs后，ASCs被证实具有多系分化能力，可被诱导分化成为脂肪细胞、成骨细胞和成软骨细胞。流式分析表明：ASCs表达CD90和CD105，不表达CD34和CD45。在铜绿假单胞菌所致小鼠肺部感染模型中，ASCs治疗具有保护作用，表现为：降低细菌负荷、抑制肺泡中性粒细胞聚集、减低肺泡灌洗液（BALF）中MPO、MIP-2和总蛋白水平、减轻肺损伤的严重程度。ASCs治疗可同时降低BALF和血清中PGE2水平。铜绿假单胞菌感染可通过上调COX2表达以及同时下调15-PDGH蛋白表达从而整体上调PGE2水平，而ASCs治疗可逆转这些改变从而抑制PGE2过表达。但注射ASCs再添加外源性PGE2会抵消ASCs对PGE2过表达的抑制作用。而单独注射外源性PGE2进一步增加PGE2的过表达。通过抑制PGE2过表达，ASCs可以改善巨噬细胞的吞噬和杀菌作用。通过COX2抑制或EP2受体抑制下调PGE2 通路表达也显示出相似的对肺部感染的保护作用。.科学意义：据我们所知，该研究是首例报道使用ASCs可对铜绿假单胞菌所致肺部感染具有保护作用的研究。该研究也首次报道ASCs在铜绿假单胞菌所致肺部感染保护作用的机制可能与抑制PGE2的过表达有关，ASCs通过抑制PGE2的过表达最终可增强巨噬细胞的吞噬和杀菌能力。相比于传统的骨髓来源间充质干细胞，ASCs的获取更为方便，采集效率更高，应用前景更广泛。故ASCs可能为铜绿假单胞菌肺部感染诱发的ARDS提供新的治疗策略。