Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells Reprogram M1 Macrophage Metabolism via PHD2/HIF-1a Pathway in Colitis Mice 

脂肪来源的间充质干细胞在结肠炎小鼠中，细胞通过PHD2/HIF -1a途径重编程M1巨噬细胞的代谢

期刊名：FRONT IMMUNOL；       

2022年影响因子：6.756

1、溃疡性结肠炎(UC)是一种在世界范围内发生的慢性炎症性肠病, 特征是直肠和结肠的表面黏膜炎症有限。促炎巨噬细胞(M1巨 噬细胞)的不过滤有助于肠道炎症的发生。间充质干细胞(MSCs)移植是一种很有前途的治疗策略，但其确切的机制尚不清楚。

2、肠道巨噬细胞在建立和维持肠道免疫稳态中具有重要作用。活化的巨噬细胞有两种主要表型，M1巨噬细胞和M2巨噬细胞。M1巨噬细胞具有促炎功能，因为它们可以分泌各种促炎细胞因子、趋化因子和 炎症介质。而M2巨噬细胞主要参与抗炎反应和组织修复。多项研究表明，UC患者和结肠炎动物模型的结肠组织中M1巨噬细胞的百分比增加。在炎症环境下， 这些巨噬细胞被激活到特定的表型，从而加重了肠道炎症反应，加速了UC的进展。

3、细胞代谢随着巨噬细胞的激活而发生显着变化 。糖酵解是 M1 巨噬细胞的主要能量事件，其中葡萄糖转化为丙酮酸，伴随着 ATP 的产生。过量的糖酵解会导致糖酵解代谢物的积累，从而发挥促炎作用。抑制糖酵解及其代谢物可以抑制巨噬细胞 M1 极化，调节炎症反应并恢复免疫稳态。 缺氧诱导因子1a(HIF1a)是决定葡萄糖是通过氧化磷酸化(OXPHOS)或糖酵解消耗的关键因子。然而，在常氧条件下，HIF1a被快速羟化，然后被脯氨酸羟化酶结构域 2(PHD2)降解，PHD2的羟化酶活性受到缺氧和某些分子等多种因素的调节。这些证据为UC的发病机制和治疗提供了新的视角。

4、间充质干细胞(MSCs)移植是一种安全且有前途的基于细胞的UC治疗策略。间充质干细胞被MSCs移植到宿主后，可以通过归巢到损伤组织原位修复受损细胞，也可以通过分泌抗炎细胞因子和趋化因子恢复免疫稳态。

5、局限性：获得骨髓间充质干细胞的方法相当有限，且具有侵袭性。脂肪来源的间充质干细胞(ADMSCs)是一 种从脂肪组织中分离出来的骨髓间充质干细胞。来自腹部 、大腿和臀部的皮下白色脂肪组织是ADMSCs分离最常见的组织来源。与其他类型的骨髓间充质干细胞相比， ADMSCs具有可及性大和组织来源丰富的优点。

多项研究表明，ADMSCs通过发挥抗细胞凋亡和抗炎作用的，可以缓解消化性溃疡和急性损伤。然而，ADMSCs是 否能治疗UC及其潜在的机制尚不清楚 。

研究意义：

① 在本文献中，发现ADMSCs移植移植减轻了dss诱导的结肠炎症，并抑制了M1巨噬细胞的浸润。具体来说， ADMSCs通过减少琥珀酸积累和增加PHD2来发挥这种抑制作用，以防止M1巨噬细胞过表达HIF1a，从而重新编程M1巨噬 细胞的糖酵解途径。

② M1巨噬细胞分泌的琥珀酸则触发ADMSCs反过来分泌PGE2，从而进一步使巨噬细胞从M1表 型向M2转移。研究结果为UC的治疗提供了一个新的视角。

ADMSCs是否能治疗UC及其潜在的机制是什么？

1、ADMSCs的特征:

根据MSC特征和鉴定标准评估ADMSCs的免疫表型。MSCs生物标志物CD90、CD73和CD105在ADMSCs中呈阳性，而白细胞标志物CD45、CD117和CD34均为阴性 。

2、ADMSCs移植可改善dss诱导的结肠炎，并抑制M1 巨噬细胞极化

（1）饮用DSS水溶液可导致小鼠体重持续下降，而ADMSCs移植可显著缓解由 DSS诱导的体重减轻(图2B)。

（2）ADMSCs移植也降低了 DAI评分测量的结肠炎严重程度指数(图2C)。

（3）结肠炎小鼠的另一个典型的形态学改变是结肠长度的减少。发现ADMSCs+DSS组小鼠的结肠长度与对照组小鼠接近，而DSS组小鼠的结肠长度显著减少(图2D)。

  (4) 为了更准确地评估结肠炎的严重程度，进行了组织病理学染色和分析。与DSS组相 比，ADMSCs+DSS组小鼠的结肠组织在黏膜侵蚀、隐窝破坏 和炎症细胞浸润方面的组织学评分较少，表明ADMSCs治疗 后结肠炎症显著缓解(图2E)

（5）考虑到肠道炎症的发生需要 M1巨噬细胞作为抗原提呈细胞，进一步研究了M1巨噬细胞的百分比(F4/80+诱导型一氧化氮合酶+)的免疫荧光染色法进行检测。值得注意的是，与对照组小鼠相比，结肠 F4/80的百分比+诱导型一氧化氮合酶+在dss处理的小鼠中 ，巨噬细胞显著增加，而在ADMSCs移植后，其比例降低(图 2F)。同时，M1巨噬细胞分泌的促炎细胞因子在ADMSCs处理 后也减少了(图2G)。

这些结果表明，ADMSCs可改善dss诱导 的结肠炎小鼠结肠炎症，抑制M1巨噬细胞极化。

3、ADMSCs通过重编程巨噬细胞中的糖酵解途径来抑制M1的极化

（1）利用ADMSCs和骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)共培养的体外系统，探讨了ADMSCs对M1巨噬细胞发挥抑制作用的潜在机制(图3A)。

（2）在与ADMSCs共培养前，在LPS和IFN-Y 刺激下极化为M1表型。与体内实验结果一致，BMDMs与 ADMSCs共培养时，M1特征的促炎细胞因子iNOS、IL-6和 TNFa的基因表达显著降低，证实ADMSCs在体外也能抑制M1 极化(图3B)。

（3）M1巨噬细胞发挥增强糖酵解，以满足其ATP需求。文献评估了BMDMs的OCR和ECAR值，作为 其OXPHOS和糖酵解的读数。与m1极化的bmdm相比，具有显著性 在与ADMSCs共培养的BMDMs中，OCR增加，ECAR减少，表明 ADMSCs可以抑制BMDMs中的糖酵解途径，减少细胞内ATP的 产生，从而抑制M1极化(图3C)

4、ADMSCs通过琥珀酸依赖的M1巨噬细胞中的 PHD2/HIF1a通路重编程糖酵解

（1）为了进一步研究其潜在的机制，评估了BMDMs的细胞内和细胞外代谢物的含量。在M1-BMDMs中，胞内和胞外的衣康酸和 琥珀酸均随着糖酵解的增强而增加，但只有琥珀酸在ADMSCs处 理后下降，而衣康酸保持不变(图4A，B)。因此，推测 ADMSCs 通过抑制细胞内和细胞外琥珀酸的积累，重新编程M1- BMDMs的糖酵解。

（2）HIF1a是决定葡萄糖是通过OXPHOS或糖酵解消耗的关键因素。当M1-BMDMs与 ADMSCs共培养时，当M1BMDMs共培养时，HMF-1a水平降低( 图4C)。

（3）发现与ADMSCs共培养可以提高PHD2的水 平，而PHD2可以介导HIF1a蛋白的降解，而添加琥珀酸可以 降低PHD-2的水平(图4D)。

（4）糖酵解酶，包括GLUT1、HK2、 LDHA等。在糖酵解中非常重要，因为它们可以促进细胞内葡萄糖的快速摄取和转化。文中发现ADMSCs降 低了m1极化的BMDMs中GLUT1、HK2和LDHA的水平，当短干扰 RNA(siRNA)使HIF-1a沉默时，ADMSCs对糖酵解酶的抑制作用被消除了(图4E)。

5、巨噬细胞来源的琥珀酸触发ADMSCs摄取琥珀酸并分泌pge2，进一步将巨噬细胞从M1表型转移到M2。

（1）鉴于琥珀酸是一种重要的细胞间信号分子，进一步探讨了琥珀酸是否能反过来调节ADMSCs的生理过程。琥珀酸 的主要受体，琥珀酸受体1(SUCNR1)，当药物在体外暴露于琥珀酸时没有统计学变化(图5A-C)。

（2）当琥珀酸处理 ADMSCs时，参与琥珀酸转运的SLC13A3和SLC13A5的水平显 著增加，与细胞内琥珀酸浓度的增加一致(图5D，E)。

（3）前列 腺素e2(pge2)是ADMSCs分泌的主要免疫调节因子。测定了ADMSCs培养基中pge2的浓度和前列腺素内过氧 化物合酶2(Ptgs2)的基因表达。在琥珀酸处理后，ADMSCs 中Pge2的浓度和Ptgs2的基因表达均增加，而SC- 58125(Ptgs2阻断剂)的预刺激挽救了琥珀酸诱导的增加(图 5F，G)。

（4）进一步研究了pge2对巨噬细胞极化的影响。这些ADMSCs 琥珀酸预处理后，m1特征细胞因子(iNOS、IL-6和TNF-a)的 基因表达减少，m2特征细胞因子(IL10、Arg1和CD206)的基 因表达增加，而所有这些改变均被SC-58125挽救(图5H)。

这些结果表明，ADMSCs分泌的pge2可以使M1巨噬细胞向M2 表型转移。

ADMSCs移植通过重编程巨噬细胞的代谢过程来抑制其M1极化。同时，M1巨噬细胞分泌的代谢物则触发ADMSCs分泌抗 炎细胞因子。我们的研究结果为UC的治疗和MSCs与巨噬细胞之间的相互作用提供了一个新的视角。

优点：

ADMSCs移植通过重编程巨噬细胞的代谢过程来抑制其M1极 化。同时，M1巨噬细胞分泌的代谢物则触发ADMSCs分泌抗 炎细胞因子。文献的研究结果为UC的治疗和MSCs与巨噬细 胞之间的相互作用提供了一个新的视角。

缺点：

文章结果显示，在ADMSCs治疗后，SUCNR1没有显著差异。文献中推测结肠炎小鼠的SUCNR1信号通路可能是通过增强SUCNR1蛋白活性而激活的，而不是如Gilissen等报道的蛋白水平。SUCNR1信号传导的机制仍有待进一步研究。