Wnt/β-catenin信号通路介导脐带间充质干细胞外泌体对慢性高氧肺泡损伤的修复作用及机制

Bronchopulmonary dysplasia (BPD) predominantly occurs in preterm infants and is closely related to poor alveolarization. Currently, there is a lack of effective interventions against BPD. Umbilical cord mesenchymal stem cells(hUC-MSCs) derived exosome may modulate alveolar repair. In our previous study, we found that Wnt/β-catenin signaling pathway was down-regulated in a model of chronic hyperoxia-induced lung injury, and hUC-MSC exosome may mediate this pathway and contribute to alveolar repair. This project intends to establish a cellular and an animal model of chronic hyperoxia-induced lung injury, and the cellular model will be achieved by co-culturing alveolar type II cells and fibroblasts. We will detect the efficacy of hUC-MSCs exosome in alveolar repair and the impacts of hUC-MSCs exosome on the expression of Wnt/β-catenin on alveolar type II cells. In order to further explore the role and the mechanisms of Wnt/β-catenin signaling pathway in alveolar repair by hUC-MSC exosome, we will block the Wnt/β-catenin signaling pathway to observe the function changes of exosome in alveolar repair. These findings will help to explore the key regulation signaling pathways of exosomes in the treatment of BPD via MSC and provide a scientific basis for the exploration of new therapeutic strategies of BPD.

早产儿支气管肺发育不良(BPD)与肺泡化障碍密切相关，缺乏有效干预措施。脐带间充质干细胞（hUC-MSC）外泌体具有潜在的肺泡修复作用。本项目组前期研究发现慢性高氧肺损伤后Wnt/β-catenin信号通路表达显著下调，调控该通路有望促进肺泡修复。本项目拟建立新生大鼠慢性高氧肺损伤BPD模型及离体肺泡上皮细胞、肺成纤维细胞共培养高氧损伤细胞模型，观察hUC-MSC外泌体促进肺泡上皮细胞发育及对肺损伤的修复作用；观察肺泡上皮细胞Wnt/β-catenin信号通路的表达变化，了解该信号通路在hUC-MSC外泌体促进肺泡损伤修复中的作用；然后阻断Wnt/β-catenin信号通路，进一步明确该信号通路介导hUC-MSC外泌体对慢性高氧肺泡损伤的修复作用及机制，以揭示外泌体治疗BPD的关键调控信号通路。本项目为优化MSC细胞移植治疗方法，发掘BPD防治新策略提供科学依据。

第一部分 脐带间充质细胞外囊泡对新生大鼠慢性高氧肺损伤的保护作用.项目背景及研究目的：支气管肺发育不良（BPD）是早产儿最常见的呼吸系统并发症，目前仍缺乏有效的治疗手段。间充质细胞（MSC）可能通过旁分泌细胞外囊泡（EVs）对支气管肺发育不良起到保护作用，但其给药方案及疗效还未确定。.研究内容：建立新生大鼠慢性高氧肺损伤模型，给予不同剂量MSC-EVs，观察新生大鼠慢性高氧损伤肺泡结构及肺血管发育的改善作用。.重要结果及关键数据：①成功建立新生大鼠慢性高氧肺损伤模型 ②MSC-EVs对新生大鼠慢性高氧肺损伤的保护作用③MSC-EVs经腹腔给药在大鼠肺组织分布情况：DiR标记的MSC-EVs于腹腔注射2小时后出现于肺组织，于注射6小时后达到高峰，注射24小时后仍可于肺组织停留。.科学意义：本研究首次发现生后早期单次经腹腔给予MSC-EVs对于慢性高氧大鼠肺泡发育及血管发育起到重要的保护作用，为MSC-EVs早期干预预防BPD提供重要的临床前基础。. .第二部分 脐带间充质细胞外囊泡对高氧诱导的大鼠肺泡二型细胞转分化的抑制作用及机制.研究背景及目的：肺泡二型上皮细胞（AT2）转分化是肺泡发育和损伤后修复过程中重要的病理生理过程。原代大鼠胎肺AT2细胞在体外培养过程中缓慢转分化成肺泡一型上皮细胞（AT1），体外高氧损伤能够促进AT2转分化。.研究内容：评估高氧和MSC-EVs干预对肺泡二型细胞转分化过程及转分化相关蛋白WNT5a的影响，以期明确MSC-EVs在肺泡二型细胞转分化过程的作用及其可能机制。.重要结果及关键数据：（1）体内研究：①高氧肺损伤模型中发生肺泡二型细胞转分化。②高氧暴露增加大鼠AT2细胞WNT5a表达。（2）体外研究：①体外研究：AT2细胞于体外正常培养下逐渐向AT1细胞转分化。②高氧损伤2天后AT2细胞凋亡增加 ③AT2细胞可以在体外摄取MSC-EVs。④高氧刺激促进AT2细胞转分化并上调转分化相关因子WNT5a。⑤MSC-EVs抑制高氧诱导的AT2细胞转分化并下调转分化相关因子WNT5a。.科学意义：本研究首次提出MSC-EVs具有体外调控AT2细胞转分化作用的生物学功能，为MSC-EVs保护肺泡发育机制研究提供了新的思路。