骨髓间充质干细胞源外泌体治疗肺纤维化的作用及机制研究

Pneumoconiosis is a progressive disease characterized by diffuse fibrosis of the lung. It is the most serious occupational disease in China. There are no effective drugs and methods. Bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) have a good effect on tissue injury and repair. However, because of their biological characteristics and mechanisms, the application is in a bottleneck. Therefore, we need to further improve and optimize the treatment strategy of BMSCs from a new perspective. Studies have shown that bone marrow mesenchymal stem cells derived exosome (BMSCs-Exo) have shown significant therapeutic effects in a variety of disease models, and it is expected to open up a new treatment for BMSCs. Therefore, this project intends to combine the in vivo and in vitro experiments, illustrate the BMSCs direct differentiation and paracrine effects on pulmonary fibrosis, and clarify treatment effect of BMSCs-Exo on pulmonary fibrosis. We will explore the effect of regulation on the occurrence and development of pneumoconiosis related signal pathway the BMSCs-Exo expression of miRNA in the spectrum through examine the BMSCs-Exo expression of miRNA in the spectrum and their effects to elucidate the biological mechanisms of BMSCs-Exo in the treatment of lung fibrosis. This study will provide important theoretical and experimental basis for developing BMSCs-Exo as a new therapeutic technology for pneumoconiosis and will have important economic and social significance for the prevention and treatment of pneumoconiosis.

尘肺病是一种渐进性的以肺弥漫性纤维化为主的疾病，是我国最为严重的职业病，目前尚无有效治疗药物和方法。骨髓间充质干细胞(BMSCs)对于组织损伤修复具有较好的疗效，但因其生物学特点所限，使推广陷入瓶颈，这就需要从新的视角进一步改良、优化BMSCs的治疗策略。研究表明骨髓间充质干细胞源外泌体(BMSCs-Exo)在多种疾病模型中起到显著治疗作用，有望为BMSCs开辟一条新的治疗思路。因此，本项目拟结合体内实验和体外实验，阐明BMSCs直接分化与旁分泌在治疗肺纤维化中的作用，明确BMSCs-Exo对肺纤维化的治疗效果；并通过检测BMSCs-Exo内miRNA表达谱，探讨其对尘肺发生发展相关信号通路的调控作用，阐明BMSCs-Exo治疗肺纤维化的生物学机制。本项研究将为BMSCs-Exo临床治疗尘肺肺纤维化提供重要的理论与实验依据，对尘肺的防治具有重要的经济价值和社会意义。

利用染矽尘大鼠模型，观察骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）源外泌体干预二氧化硅诱导肺纤维化的疗效，并初步探索其可能涉及的机制。将大鼠随机分为对照组、二氧化硅模型组、BMSCs 移植组和外泌体移植组，使用一次性非暴露式气管滴注法建立实验性矽肺肺纤维化大鼠模型（50mg/mL/只）。暴露二氧化硅后第二天，对照组和二氧化硅模型组的大鼠尾静脉回输 1.0mL 无菌 D-PBS，BMSCs 移植组的大鼠尾静脉回输 1.0mL BMSCs 悬液（2×106 /mL/只），外泌体移植组的大鼠尾静脉回输 1.0mL 外泌体悬液（200μg/mL/只）。干预外泌体 28 天后统一处死大鼠，探索外泌体干预实验性矽肺肺纤维化大鼠模型可能涉及的机制。研究发现，大鼠原代BMSCs 符合间充质干细胞及其外泌体都符合鉴定标准。暴露二氧化硅后，与对照组相比，二氧化硅模型组、BMSCs 移植组和外泌体移植组大鼠的肺系数显著增加。与二氧化硅模型组相比，外泌体移植组和BMSCs 移植组大鼠的肺系数降低，但三组的差异无统计学意义。与对照组相比，二氧化硅模型组大鼠肺组织中的 HYP 含量增加。H&E 和 Masson 染色结果显示，二氧化硅模型组大鼠的肺泡结构严重破坏，出现大量的炎性细胞浸润，伴有矽结节形成，蓝染的胶原纤维增加，肺纤维化病变程度加重。然而移植外泌体和 BMSCs后，炎性细胞浸润面积减小，矽结节的数量减少，蓝染的胶原纤维减少，肺泡结构和纤维化程度都有所改善。二氧化硅模型组肺组织的上皮标志物 CK19 和 E-cadherin 的表达减少，纤维化标志物 α-SMA 表达增加。而移植外泌体和 BMSCs 后，CK19 和 E-cadherin 的表达增加，α-SMA 的表达减少。外泌体移植可以发挥和 BMSCs 类似的抑制由二氧化硅诱导肺纤维化的疗效，表明外泌体可以单独作为一种无细胞干预手段用于矽肺纤维化治疗。外泌体移植可以后衰减了 Wnt/β-catenin 信号，抑制 EMT 的进展改善由二氧化硅诱导的肺纤维化，这可能是其抗纤维化涉及的机制之一。