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为探究脓毒症相关肺纤维化（SAPF）中巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化（MMT）的机制，研究人员以脂多糖（LPS）诱导的小鼠模型和体外共培养体系开展研究。结果发现 LPS 抑制肺成纤维细胞中 PGC-1α 表达，促使含 mtDNA 的迁移小体释放，加速 MMT 和纤维化；激活 PGC-1α 可缓解。这为治疗 SAPF 提供新思路。
在人体的健康防线中，肺部是抵御外界病菌入侵的重要 “堡垒”。然而，当脓毒症发生时，这个 “堡垒” 会遭受猛烈攻击，脓毒症相关肺纤维化（SAPF）就是其中一个棘手的难题，它是脓毒症诱发急性呼吸窘迫综合征进程中的关键病理阶段。在肺纤维化的发展过程中，肺成纤维细胞的聚集和激活是关键起始因素，而巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化（MMT）作为成纤维细胞的新来源，其背后的驱动机制却一直不为人知。同时，迁移小体作为新型细胞外囊泡在细胞间通讯中崭露头角，它在肺纤维化进程中的作用也亟待探索。在此背景下，上海交通大学医学院附属仁济医院的研究人员开展了一系列研究，试图揭开这些谜团。该研究成果发表在《Experimental & Molecular Medicine》杂志上。
研究人员为了深入了解脓毒症相关肺纤维化的发病机制，运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，建立了脂多糖（LPS）诱导的 SAPF 小鼠模型，并对小鼠进行分组处理，获取肺组织样本进行后续分析。细胞实验中，选用了 L929 和 Raw264.7 等细胞系，构建稳定细胞系并进行相关刺激处理。还运用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析细胞转录组特征，通过免疫荧光、透射电子显微镜等技术观察细胞和组织的微观结构变化，借助实时荧光定量 PCR（qPCR）、蛋白质免疫印迹（western blot）和流式细胞术等方法检测相关分子的表达水平。
下面来看具体的研究结果：
- MMT 参与 LPS 诱导的肺纤维化：研究人员构建了 SAPF 小鼠模型，经 H&E 和 Masson 染色评估，发现 LPS 处理的小鼠肺组织出现显著的间质白细胞浸润、肺泡水肿和胶原沉积增加的情况，同时细胞外基质标记物胶原蛋白 I 和 α - 平滑肌肌动蛋白（α - SMA）的蛋白表达上调。利用 scRNA-seq 对肺组织进行单细胞分析，通过 UMAP 聚类和 RNA 速度分析，发现 LPS 诱导的肺纤维化小鼠中存在 MMT 现象，而正常小鼠中则没有。伪时间分析揭示了巨噬细胞在 LPS 诱导下向间充质细胞和肌成纤维细胞转化的轨迹，且 M1 和 M2 巨噬细胞均参与了 MMT 过程，这一结果通过流式细胞术和多重免疫荧光成像得到了进一步验证。
- LPS 刺激增强成纤维细胞迁移和迁移小体释放：用 LPS 处理 L929 成纤维细胞系后，发现成纤维细胞中胶原蛋白 I 和 α - SMA 的表达增加，细胞迁移过程中迁移小体的形成显著增多，迁移小体特异性标记物整合素 α5、NDST1 和 TSPAN4 的蛋白表达也明显上升。透射电子显微镜分析显示纯化的迁移小体中含有少量线粒体，伤口愈合实验表明 LPS 刺激后成纤维细胞的迁移能力显著增强。在 SAPF 小鼠模型中，肺组织的 western blot 分析和透射电子显微镜观察也证实了迁移小体的存在。
- 成纤维细胞释放的含 mtDNA 迁移小体促进 LPS 诱导的肺纤维化中的 MMT：研究人员利用不同孔径的 transwell 共培养系统，发现只有当迁移小体能够通过时，LPS 刺激的成纤维细胞与巨噬细胞共培养才会使巨噬细胞中 α - SMA 的表达增加。进一步研究发现，LPS 刺激会导致成纤维细胞线粒体损伤，使 mtDNA 释放到细胞质中，并与迁移小体共定位。从 LPS 刺激的成纤维细胞中分离出的迁移小体，以及转染 LPS 刺激的成纤维细胞来源的 mtDNA，均能显著上调巨噬细胞中 α - SMA 的表达，且 LPS 刺激的成纤维细胞分泌的迁移小体更容易被巨噬细胞吞噬。
- PGC-1α 激活减轻 LPS 诱导的线粒体功能障碍并抑制成纤维细胞 mtDNA - 迁移小体形成：为探究迁移小体形成的机制，研究人员使用药物 ZLN005 激活 PGC-1α，发现其能提高 PGC-1α 的表达，降低 α - SMA 的蛋白表达，减少 mtDNA 的释放和迁移小体的形成。构建稳定过表达 PGC-1α 的成纤维细胞系后发现，即使在 LPS 刺激下，迁移小体的形成也显著减少，成纤维细胞的迁移能力下降，mtTFA 的表达上调，细胞内总 mtDNA 水平增加，细胞质中 mtDNA 泄漏减少，迁移小体中的 dsDNA 信号减弱，且巨噬细胞对过表达 PGC-1α 的成纤维细胞分泌的迁移小体的吞噬作用显著降低。
- PGC-1α 介导的成纤维细胞 mtDNA - 迁移小体释放对 MMT 至关重要：将过表达 PGC-1α 的成纤维细胞与巨噬细胞共培养，发现巨噬细胞中的 mtDNA 水平降低，α - SMA 表达减少。当抑制迁移小体功能时，过表达 PGC-1α 的成纤维细胞对巨噬细胞向肌成纤维细胞转化的抑制作用更加明显。转染不同刺激条件下成纤维细胞来源的 mtDNA 后发现，LPS 处理的成纤维细胞来源的 mtDNA 会促进巨噬细胞中 α - SMA 的表达，而过表达 PGC-1α 的成纤维细胞来源的 mtDNA 则会减弱这种作用。
- PGC-1α 激活通过抑制 MMT 减轻 LPS 相关肺纤维化：给小鼠气管内注射过表达 PGC-1α 的腺相关病毒（AAV），再用 LPS 刺激，发现过表达 PGC-1α 能显著提高小鼠的存活率，减轻体重下降，减少细胞外基质沉积和炎症反应，降低肺组织中 α - SMA 和 PIGK 的蛋白表达，上调 mtTFA 蛋白和总 mtDNA 水平，改善线粒体损伤。通过流式细胞术和免疫荧光染色分析发现，过表达 PGC-1α 的小鼠中 MMT 细胞显著减少，M1 - MMT 和 M2 - MMT 群体也明显降低。
研究结论表明，LPS 诱导的肺纤维化涉及 MMT 过程，成纤维细胞来源的含 mtDNA 的迁移小体促进了这一过程，加速了肺纤维化的发展。而激活 PGC-1α 可以改善 LPS 诱导的线粒体功能障碍，抑制 mtDNA - 迁移小体的形成，从而抑制 MMT 过程，减轻肺纤维化。该研究为脓毒症相关肺纤维化的发病机制提供了新的见解，揭示了 PGC-1α 和迁移小体在其中的关键作用，为开发针对 SAPF 的治疗策略提供了潜在的新靶点，对推动脓毒症相关肺纤维化的临床治疗研究具有重要意义。
