干細(xì)胞來源的外泌體與細(xì)胞焦亡

    焦亡是新近發(fā)現(xiàn)的程序性細(xì)胞死亡方式，可導(dǎo)致細(xì)胞快速裂解和炎癥物質(zhì)的釋放。circRNA是一類具有各種生物學(xué)功能的非編碼RNA，外泌體是不同類型的細(xì)胞分泌的包含許多非編碼RNA的細(xì)胞外囊泡，介導(dǎo)細(xì)胞間的通訊。外泌體circRNA與焦亡碰撞出哪些火花，這篇文章告訴你。

技術(shù)路線:

結(jié) 果:
1. 肌肉組織中circRNA分析
    缺血性肌肉組織和正常肌肉組織RNA測序，鑒定circRNA表達(dá)譜。源自HIPK3基因第2外顯子的circRNA（circHIPK3）在組織中具有高表達(dá)水平，表明circHIPK3可能在急性缺血誘導(dǎo)的骨骼肌損傷中發(fā)揮重要作用。

2. 外泌體在體內(nèi)傳遞circHIPK3促進(jìn)缺血性肌肉的修復(fù)
    外泌體治療缺血性后肢，發(fā)現(xiàn)circHIPK3的表達(dá)顯著上調(diào)，顯著增強(qiáng)灌注，改善肌肉力量和跑步距離，敲低circHIPK3后無效應(yīng)。表明間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體（UMSC-Exo）通過釋放circHIPK3促進(jìn)缺血性后肢修復(fù)。

3. 局部缺血肌肉中爆發(fā)炎癥反應(yīng)
    缺血和正常腓腸肌RNA測序篩選差異表達(dá)RNA，發(fā)現(xiàn)2743個(gè)差異表達(dá)mRNA，GO和KEGG分析發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)和NOD、Toll樣受體信號通路在缺血中明顯激活。接下來關(guān)注炎癥反應(yīng)途徑和相關(guān)分子。蛋白質(zhì)預(yù)測出80個(gè)差異表達(dá)蛋白質(zhì)，通過對缺血組和對照組的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析發(fā)現(xiàn)28個(gè)基因和相關(guān)蛋白發(fā)生類似變化。mRNA和蛋白質(zhì)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)NLRP3和IL-1β缺血性肌肉中均顯著增加。

4. circHIPK3抑制骨骼肌細(xì)胞焦亡
    缺血肌肉中IL-18和IL-18表達(dá)升高，提示誘導(dǎo)骨骼肌焦亡。外泌體治療減少細(xì)胞因子水平，可被si-circHIPK3逆轉(zhuǎn)，表明該能力依賴circHIPK3。缺血肌肉中NLRP3和caspase-1的表達(dá)水平升高，外泌體治療后降低。以上表明，外泌體可預(yù)防骨骼肌焦亡，這種有益效果由circHIPK3介導(dǎo)。

5. 外泌體通過釋放circHIPK3刺激C2C12細(xì)胞增殖并抑制NLRP3和caspase-1表達(dá)
    體外孵育鼠成肌細(xì)胞系C2C12細(xì)胞與外泌體，PKH26標(biāo)記的外泌體進(jìn)入C2C12細(xì)胞，細(xì)胞增殖增加。C2C12細(xì)胞用LPS預(yù)處理和誘發(fā)發(fā)炎小體形成，發(fā)現(xiàn)存在外泌體時(shí)，NLRP3和caspase-1明顯下調(diào)，并且si-circHIPK3逆轉(zhuǎn)外泌體的作用。這些表明外泌體通過傳遞circHIPK3增加細(xì)胞生長并防止炎性體產(chǎn)生。

6. circHIPK3用作miR-421的海綿
    生物信息學(xué)分析顯示，miR-421含有circHIPK3結(jié)合位點(diǎn)。C2C12細(xì)胞中的circHIPK3沉默導(dǎo)致miR-421的表達(dá)增加。Exo促進(jìn)細(xì)胞增殖，并被si-circHIPK3抑制；circHIPK3的沉默作用被miR-421抑制劑逆轉(zhuǎn)。在存在miR-421抑制劑時(shí)，C2C12細(xì)胞中NLRP3和caspase-1的表達(dá)減少。這些表明miR-421是circHIPK3的直接靶標(biāo)。

7. FOXO3a是miR-421的直接靶標(biāo)
    在缺血性后肢組織中升高的miR-421表達(dá)與FOXO3a的mRNA表達(dá)降低相關(guān)。生物信息學(xué)預(yù)測miR-421與靶基因的潛在結(jié)合位點(diǎn)，熒光素酶報(bào)道基因證實(shí)。miR-421 mimic抑制FOXO3a的表達(dá)，而miR-421 inhibitor增強(qiáng)FOXO3a的表達(dá)。Exo通過傳遞circHIPK3來增加FOXO3a的表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)FOXO3a是miR-421的直接靶標(biāo)。

總 結(jié)：
    1. circHIPK3作為miR-421海綿抑制炎癥，增加FOXO3a表達(dá)，并阻止炎癥小體NLRP3和caspase-1的激活；
    2.UMSC-Exo通過傳遞circHIPK3抑制骨骼肌細(xì)胞焦亡，增強(qiáng)缺血后肢修復(fù)。
    3.研究為缺血性損傷的治療提供一種有效的治療方法。