γ-羧基谷氨酸基质蛋白介导小鼠间充质干细胞对T细胞免疫抑制作用及机制研究

Mesenchymal stem cells (MSCs) have immunomodulatory effects and are important in the treatment of inflammatory bowel disease (IBD). However, the immunoregulatory mechanism of MSCs still not entirely clear. We screened and identified a new molecule using RNA-seq method, and found that was highly expressed in mouse MSCs and could mitigate symptoms of mouse colitis (Mol Ther. 2016); While another highly expressed γ-carboxyglutamic acid matrix protein (MGP) mediates the inhibitory effect of MSCs on T cell proliferation and promotion of Tregs differentiation in a juxtacrine manner; However, it is unclear whether MGP mediates the therapeutic effect of MSCs in mouse IBD model. It has been reported that MGP has a high affinity for Ca2+ to inhibit its calcification and played a regulatory role by inhibiting BMP protein and downstream signaling pathways. Therefore, this study intends to investigate the molecular mechanism of MGP-mediated immunoregulation, and to explore its relationship with calcium influx, BMP signaling pathway and immune regulation; further to study the therapeutic effect of MGP-mediated treatment of MSCs on IBD model, and continue to explore its mechanism. This study not only helps to fully understand the immunoregulation of MSCs, but also will greatly promote the clinical transformation of MSCs in the treatment of immune injury-related diseases.

间充质干细胞（MSCs）具有免疫调节作用，在炎症性肠病治疗中日受重视。但MSCs的免疫调节机制仍未完全明确。申请人利用表达谱测序方法筛选并鉴定了在小鼠MSCs中高表达并具有缓解结肠炎症状的新分子（Mol Ther. 2016）；而另一高表达的γ-羧基谷氨酸基质蛋白（MGP）以近分泌的方式介导MSCs对T细胞增殖的抑制作用，及可以促进Tregs的分化；那么MGP是否介导MSCs在小鼠炎症性肠病中的治疗作用尚不清楚。已有报道MGP与Ca2+有高度亲和力可以抑制其钙化，和MGP可抑制BMP及下游信号通路来发挥调控作用。因此本研究拟深入研究MGP介导免疫调节的分子机制，探讨其与钙内流、BMP信号通路及免疫调节间的关系；并进一步研究MGP介导MSCs治疗小鼠炎症性肠病的效果，探讨其作用方式和相关机制。本研究不仅有助于全面了解MSCs的免疫调节方式，而且将极大推动MSCs治疗免疫损伤性疾病的临床转化。

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）具有较强的自我更新能力、多向分化潜能，并能支持造血，最重要的是其具备免疫调节功能，因此在针对免疫相关疾病的细胞治疗领域具备较强的应用前景。克罗恩病（Crohn's disease，CD）是常见的结肠炎疾病中的一种，CD患者体内的效应T细胞与调节性T细胞严重失衡，导致肠道组织中有大量的T细胞浸润并释放大量的促炎因子，导致肠粘膜及其粘膜下肌层的严重损伤，发生溃疡、糜烂和出血的症状。目前，针对CD并没有有效的治疗手段，而使用MSCs进行治疗具有重大应用潜力。MSCs可通过旁分泌功能因子发挥免疫调节作用，如抑制效应T细胞的增殖、炎症因子分泌，促进效应T细胞的凋亡和调节性T细胞的分化。课题组前期的针对小鼠骨髓MSCs的mRNA测序结果发现，维生素K依赖性蛋白家族中部分成员的基因在免疫调节功能最强的小鼠MSCs亚群中高表达，而其中基质GLA蛋白（matrix gla protein， MGP）表达最高，因此推断MGP可能参与MSCs的免疫调节。本研究中，我们通过体外细胞共培养实验和慢病毒沉默MGP表达实验发现，MSCs分泌的MGP对于T细胞的增殖与多种炎症因子分泌具有显著抑制作用。此外，使用MSCs治疗小鼠CD模型实验表明，MSCs分泌的MGP可有效降低小鼠CD模型的临床表现，如缓解体重下降、生存率降低以及大体评分；同时也可改善组织病理学的症状和评分，抑制T细胞的组织浸润并有效抑制炎症因子的分泌。. 本研究首次揭示了MGP介导MSCs在治疗结肠炎动物模型中的免疫调节作用，阐述了具体的调控方式，加深了我们对于MSCs发挥免疫调节作用的分子机制的认识理解。同时，该研究也将为临床治疗克罗恩病提供一种行之有效的解决方案，其中MGP有可能成为潜在治疗靶点，也可能推动小分子药物的开发。