TNF-α通过诱导衰老与凋亡损害移植间充质干细胞功能的整合组学机制研究

本研究针对慢性炎症微环境中TNF-α（肿瘤坏死因子-α）对间充质干细胞（MSCs）功能的影响展开深入探索。通过OLINK炎症蛋白组学和转录组学联合分析，首次系统揭示TNF-α通过激活NF-κB、MAPK等信号通路，导致MSCs发生衰老（SA-β-gal阳性）和凋亡（Annexin V+细胞增加），并显著抑制其软骨分化能力（Alcian Blue染色减少）。该发现为优化MSCs移植治疗骨关节炎等慢性炎症疾病提供了新靶点，论文发表于《Stem Cell Reviews and Reports》。

　　

慢性炎症如同潜伏在人体内的"隐形杀手"，与关节炎、糖尿病并发症乃至肿瘤的发生发展密切相关。在这场持久的炎症战役中，间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）本是人体派出的"修复工兵"，但临床发现这些干细胞移植后常常"出师未捷身先死"。究竟是什么阻碍了它们的修复使命？四川大学华西医院的研究团队将目光锁定在炎症战场的关键信号分子——肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-alpha, TNF-α）身上。

研究人员通过建立兔膝骨关节炎模型，发现病变关节中TNF-α水平显著升高。为破解这个炎症谜题，团队运用OLINK炎症蛋白芯片技术（可同时检测92种炎症因子）和转录组测序这对"组学放大镜"，配合细胞功能实验，揭示了TNF-α对脐带源MSCs的多重打击：这些干细胞不仅体积膨大、SA-β-gal染色阳性（衰老标志），还出现HLA-DR表达升高（免疫激活）、EdU阳性细胞减少（增殖抑制）。更关键的是，它们的"看家本领"——软骨分化能力（通过Alcian Blue染色评估糖胺聚糖含量）几乎丧失殆尽。

主要技术方法
研究采用兔膝关节炎模型验证炎症微环境特征，通过OLINK PEA技术（基于抗体-DNA偶联物的超敏蛋白检测）和Illumina NovaSeq 6000测序平台分别获取蛋白质组和转录组数据，结合流式细胞术（检测表面标志物CD90/HLA-DR）、SA-β-gal衰老染色、Transwell迁移实验和定向分化诱导（成骨/成脂/成软骨）等多维度验证。

TNF-α水平在慢性膝骨关节炎模型中显著升高
通过手术诱导兔膝关节炎模型，Safranin O-fast green染色显示软骨严重破坏，ELISA检测发现关节液中TNF-α、IL-1β等炎症因子水平激增，为后续研究提供病理依据。

OLINK炎症相关生物标志物分析
蛋白组检测发现28个差异表达蛋白，其中TNF-α、CCL3等27个因子显著上调。PPI网络分析显示TNF-α与IL-6处于调控核心，KEGG富集提示NF-κB、MAPK等通路激活。

转录组测序结果与生物信息学分析
3563个差异基因中，IL6、IL1B等促炎基因显著上调，功能分析显示这些基因密集参与细胞凋亡、免疫反应等生物学过程，与蛋白组结果相互印证。

细胞形态、表面标志物表达与分化能力
TNF-α刺激后MSCs出现典型衰老形态：细胞扁平化、间隙增宽。流式检测发现免疫相关标志物HLA-DR表达升高，而三系分化实验显示软骨形成能力特异性受损。

TNF-α抑制MSCs体外增殖
EdU掺入实验显示增殖细胞减少约40%，生长曲线证实细胞倍增时间延长，与转录组中细胞周期相关通路下调一致。

TNF-α刺激导致MSCs衰老和凋亡
SA-β-gal阳性细胞增加3倍，流式检测早期凋亡率上升至25.6%，揭示炎症微环境加速干细胞耗竭的两种关键机制。

炎症因子抑制MSCs迁移
划痕实验和Transwell实验显示细胞迁移能力下降50%，这可能影响MSCs向损伤部位的定向募集。

这项研究如同解开了一道困扰学界多年的"炎症悖论"：虽然MSCs被寄予厚望用于治疗慢性炎症疾病，但炎症环境中的TNF-α反而会通过激活NF-κB/MAPK通路，将这些"修复工兵"推向衰老和凋亡的深渊。特别值得注意的是，TNF-α对MSCs功能的影响存在"选择性打击"——软骨分化能力比成骨/成脂分化更易受损，这或许解释了为何临床用MSCs修复关节软骨效果欠佳。研究不仅为优化干细胞治疗策略提供了新思路（如联合TNF-α抑制剂），其采用的OLINK-转录组联合分析范式更为研究细胞-微环境互作提供了方法学借鉴。正如作者在讨论中指出，未来需要探索不同浓度TNF-α的"双刃剑"效应——低浓度可能激活MSCs免疫调节功能，而高浓度则导致功能衰竭，这种剂量效应关系将是临床转化的重要考量。