iPSC-MSCs源性外泌体调控miR-21-5p/Smad7轴促胶原合成和诱导自噬重建细胞外基质治疗盆腔器官脱垂的机制研究

Pelvic organ prolapse (POP) affects the life quality of numerous women seriously. Human induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells (iPSC-MSC) could stimulate tissue repair, in which iPSC-MSC-derived exosomes (iMSC-Exo) may play a significant role. Our previous research demonstrated that there was a higher expression of miR-21-5p in iMSC-Exo than in iPSC-MSC, and Smad7 was the target gene of miR-21-5p. It was reported that Smad7 could suppress the phosphorylation of Smad2/3，and supressed Smad7 upregulated p-smad2/3 expression inducing the secretion of various collagens and the occurrence of autophagy. Moreover, the abnormal deposited fibronectin in POP could be degraded by the process of autophagy. According to this，we speculated that iMSC-Exo could rebuild ECM by provoking the secretion of elastin and collagens and inducing the occurrence of autophagy to reduce the storage of fibronectin via miR-21-5p/Smad7/p-Smad2/3 axis. In this study, we will unravel the potential mechanisms of reconstitution of ECM by iMSC-Exo, which will provide new strategies and translational medical evidence for the treatment of POP.

盆腔器官脱垂（POP）严重影响着大量女性的生活质量，人诱导多能干细胞源性间充质干细胞（iPSC-MSC）能促进多种组织修复，而其源性外泌体（iMSC-Exo）在此过程中扮演重要角色。我们研究发现miR-21-5p在iMSC-Exo中较iPSC-MSC丰度高，并靶向抑制Smad7表达。Smad7是Smad2/3磷酸化的抑制蛋白。下调Smad7能促进Smad2/3磷酸化、诱导多种胶原分泌和自噬发生。而POP中异常沉积的fibronectin可被自噬途径降解。据此提出如下科学假说：iMSC-Exo携带miR-21-5p抑制成纤维细胞Smad7表达进而上调p-Smad2/3，促进elastin、collagens等分泌，并激活自噬清除fibronectin沉积，重建ECM。本研究将通过细胞、动物和临床组织三个层次逐层探究iMSC-Exo重建ECM的相关机制，为POP的治疗提供新策略和转化医学证据。

盆腔器官脱垂（POP）是世界范围内的一种常见疾病，影响着许多女性的日常生活，并造成巨大的社会经济负担。我们通过分析POP患者和对照样本之间的差异表达基因（DEG），以确定可能参与POP发展的任何基因，以找到POP中涉及的关键基因及其生物信息学途径。我们共完成了两部分工作:（1）盆腔器官脱垂相关生物变化的生物信息学分析。我们使用三个GEO微阵列数据集，共获得92个上调的DEG；通过功能富集分析，共找到163个GO通路；从STRING在线数据库构建了一个PPI网络（包含70个节点和430条边）；使用Cytoscape软件的MCODE插件，获得了3个子聚类模块，并分析了其涉及的DEG的功能注释；使用Cytoscape中的插入式cytoHubba用于识别前10个基因作为中枢基因，分析功能富集分析显示：它们主要分布在5个生物过程中；通过免疫细胞浸润的研究选择了三个微阵列数据集进行CIBERSORT分析显示：CD8 T细胞和滤泡辅助T细胞、M2巨噬细胞相关。（2）痔病脱垂痔核组织的单细胞转录组分析。我们使用单细胞RNA-seq从HEM和对照样本中构建直肠脱垂痔核粘膜中54895个单个细胞的转录组图谱，并识别14种细胞类型。HEM样本检测到349个上调基因和205个下调基因；进一步分析了在全局水平存在表达差异的19个HEM相关基因。由于成纤维细胞、血管内皮细胞和单核巨噬细胞比其他细胞类型表现出更多的异常 DEG，我们进一步检测了HEM样本中这三种细胞类型中异常激活的转录因子。成纤维细胞和血管内皮细胞是HEM脱垂组织中最丰富的细胞类型，我们检测HEM样本成纤维细胞，并通过亚聚类获得了11种不同的亚型，并分析了其发育轨迹。我们检测血管内皮细胞分为5种不同的亚型，并分析了其发育轨迹。我们检测炎症细胞-巨噬细胞分为6种不同的亚型，并分析了其发育轨迹。本研究找到了POP中涉及的关键基因和途径，在实质细胞和免疫细胞类型中都发现了细胞外基质（ECM）失调和血管生成地参与，并发现一些与ECM和血管生成相关的转录因子在HEM中被激活。这项工作为破译细胞异质性和严重HEM的分子机制提供了宝贵的资源。