表面活性剂抑制肌成纤维细胞的作用机制研究

As reported, biosurfactant rhamnolipids could reduce the fibrosis of skin in rats with burning skin via inhibiting fibroblasts. We claimed that the anti-fibrotic function of rhamnolipids was attributed to the specific inhibition on myofibroblasts due to its surface activities because rigid myofibroblasts with high free surface energy are readily adsorb surfactants and then elicit damage on cell membrane and organoids. The project will explore the possible interaction between surfactants and rigid cells. Firstly, whether other surfactants possess the capability of rhamnolipids against survive of myofibroblasts transformed from epithelial cells/endothelial cells/fibroblast will be examined. The fluorescent surfactants will be synthesized for directly observing the interaction of surfactant with myofibroblasts. Afterwards, other cells with varying rigidity will be selected from differing tissues varying at stiffness for examining the relationship between cell stiffness and the toxicity. The mechanism on the sensitive toxicity of surfactant on rigid cells will be discussed. The finding will benefit the finding of the novel therapy strategy against fibrosis but also for development of the surface/interface science.

据报道，生物表面活性剂鼠李糖脂被认为通过抑制成纤维细胞而改善了大鼠在烫伤愈合中的皮肤疤痕形成。本课题组已证实鼠李糖脂确实可以抗皮肤纤维化，但其作用机制是选择性抑制硬度较大的肌成纤维细胞，并推测：1）最根本原因是“表面活性剂易损伤硬的肌成纤维细胞”；2）其作用过程是“硬的细胞具有高的表面自由能，容易吸附表面活性剂，从而改变细胞结构而影响细胞活率”。本项目拟探索表面活性剂选择性抑制肌成纤维细胞的作用机制。首先，验证化学表面活性剂同样具有鼠李糖脂的特性，可选择性抑制肌成纤维细胞，然后合成具有类似物化性质的荧光表面活性剂，直观观察荧光其与肌成纤维细胞之间的相互作用过程，最后，采用包括癌细胞在内的各种硬度细胞进一步阐述其硬度与表面活性剂毒性之间的内在规律。该作用机制的阐明，不仅有助于探索新的抗纤维化方法，更有助于丰富与发展表面/界面化学学科。

本项目旨在于阐释鼠李糖脂抗皮肤纤维化的作用机理，为开发抗纤维化药物提供理论基础。首先进行鼠李糖脂分离纯化，制备得到高纯度单/双鼠李糖脂，考察其在水溶液中的稳定性；并发展微流控制作方法，为细胞硬度分析奠定技术基础。然后分别采用TGF-β1分别处理成纤维细胞和肺上皮细胞，诱导其转化为肌成纤维细胞，测定双鼠李糖脂对各细胞的起始毒性浓度IC10，发现肌成纤维细胞毒性显著高于未转化细胞，单鼠李糖脂及化学表面活性剂SDS也具有类似规律，说明阴离子型表面活性剂在抗纤维化中起关键作用。合成系列的基于8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐（HPTS）、香豆素、异硫氰酸荧光素（FITC）等荧光分子的阴离子和非离子荧光表面活性剂，从中筛选得到适合细胞培养和示踪的阴离子荧光表面活性剂HPTS-Cn(n=8-18)和非离子荧光表面活性剂FITC-Pluronic，并与成纤维细胞共培养。细胞培养发现：1)阴离子表面活性剂HPTS-Cn具有细胞毒性，且其毒性与其表面活性呈正相关关系，其中HPTS-C16表现出最强的表面活性活性与膜吸附性,并可跨膜分布于内质网，造成内质网破裂；2）非离子荧光表面活性剂无细胞毒性，也无细胞膜吸着性，只能以胞吞方式进入胞内，最后富集于溶酶体中。同时，选择来源于不同硬度组织的细胞（如成骨细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、肺上皮细胞和血液细胞、K562癌细胞、中性粒细胞、由成纤维、肺上皮细胞分别转化得到的两种肌成纤维细胞），测定其细胞硬度和对双鼠李糖脂的毒性反应，确定细胞毒性与细胞硬度之间的正相关关系，此外，采用细胞膜张力调节剂（细胞松弛素、吐温80等）又进一步检验了鼠李糖脂细胞毒性随硬度变化的内在规律。最后，分子模拟和囊泡观察说明糖脂与细胞膜/内质网的相互作用，并结合细胞硬度的影响，可揭示双鼠李糖脂通过抑制硬的肌成纤维细胞而产生抗皮肤疤痕形成（纤维化）的作用机理。本研究所取得的成果有助于开发抗纤维化药物。