间充质干细胞移植于2型糖尿病模型后的转录组变化及其分子机制研究

In recent year, MSCs appear to hold great promise for diabetes therapy, but the mechanisms of MSCs' effect needs to be clarified. Our recent study found that MSCs can improve insulin sensitivity, and it might be the main cause of lowering blood glucose level. However, it is still unclear about the role of MSCs in insulin signal pathway. The key to answer these questions is to study the transcriptome of transplanted MSCs in the microenvironment of type 2 diabetes. Therefore, we plan to cooperate with Institute of Life Sicen of Tshing hua University, to analysis the transcriptome of transplanted MSCs by C1?Single-Cell Auto Prep System. This project will identify the key factors which play important role in insulin signal pathway after MSCs transplantation, and demonstrate the mechanism of MSCs in diabetes therapy.

近年来间充质干细胞（MSCs）治疗糖尿病的相关研究及临床实验发展迅猛，但是针对MSCs的作用机制研究还存在一系列焦点难点问题。本课题组近期研究发现，MSCs提高机体胰岛素敏感性是其降低血糖的重要原因，但是，MSCs在胰岛素信号通路中的作用及其机制尚无文献报道。研究MSCs移植后的转录组变化，为了解其在2型糖尿病微环境中的作用机制提供相对精准的线索，是解决这些焦点难点问题的关键环节。因此，本课题组拟于清华大学生命科学院合作，将单细胞转录组测序分析技术用于MSCs移植后的转录本研究，从而了解其在2型糖尿病微环境中的基因表达谱变化，揭示其在胰岛素信号调控网络中的作用及分子机制，为MSCs在糖尿病治疗的临床应用提供重要的理论依据。

为深入探讨间充质干细胞（MSCs）治疗糖尿病的作用机制，本课题组构建了稳定的2型糖尿病动物模型，并建立了稳定的移植后 MSCs二次分离、纯化鉴定方法，采用转录组测序技术深度分析MSCs移植前后的转录组谱系表达的情况，选择与胰岛素信号通路相关的关键因子进一步研究。结果提示，胰岛素靶组织中外源MSCs移植前后差异基因主要富集于PI3K-AKT和Focal adhesion信号通路，MSCs对胰岛素信号通路的调节与以下几个因素有重要相关性：（1）与泛素化蛋白家族中的misugumin 53（MG53）蛋白具有重要的互作关系，2型糖尿病大鼠骨骼肌中MG53异常高表达，而抑制MG53异常高表达是MSCs改善外周胰岛素抵抗的重要机制；（2）MSCs可促进脾脏合成和分泌IL-10，抑制2型糖尿病炎症损伤，从而改善胰岛素抵抗，达到缓解治疗2型糖尿病作用；（3）在糖尿病机体高糖炎症环境中，MSCs能够通过COX-2-PEG2通路促进巨噬细胞从促炎M1表型向抗炎M2表型转化，并分泌大量抗炎细胞因子，促进炎症的消退和损伤组织的修复。. 为进一步验证MSCs移植对糖尿病心脏病（糖尿病致死率最高的并发症）的疗效并探讨其机制，本课题组构建了大鼠糖尿病心肌病模型、体外细胞水平模拟糖尿病心肌病的慢性炎症状态，检测了血糖、血脂、心脏超声、心脏病理切片、心脏巨噬细胞表型以及炎症因子水平。结果显示，MSCs治疗大鼠血脂、血糖及基础代谢情况明显改善，心脏结构及功能得到改善，心脏炎症及胶原沉积明显减轻；MSCs治疗大鼠心脏组织中巨噬细胞数量增多以CD163+ M2型巨噬细胞增多为主，抗炎细胞因子IL-10的浓度明显增多。并证实MSCs能够通过COX-2-PGE2通路促进高糖慢性炎症条件下的巨噬细胞向M2方向极化，分泌抗炎细胞因子，从而减轻炎症反应。. 综上所述，本课题组阐释了MSCs在2型糖尿病微环境中的基因表达谱变化、MSCs对胰岛素信号通路网络中免疫细胞、蛋白因子、细胞因子的影响，为了解其在2型糖尿病微环境中的作用机制提供了相对精准的线索，为MSCs治疗糖尿病及并发症（糖尿病心脏病）的临床应用提供了重要的理论依据。