多能间充质基质细胞在三维球体中的代谢重编程

《Stem Cell Research & Therapy》：Metabolic reprogramming of multipotent mesenchymal stromal cells in three-dimensional spheroids

摘要

背景

三维（3D）球状细胞培养已成为提高多能间充质干细胞（MSCs）治疗潜力的有效方法。然而，球状MSCs功能表现背后的代谢机制尚未得到充分研究。在本研究中，我们对人类脂肪组织来源的MSCs在形成球状细胞和培养过程中的代谢特征进行了综合分析。

方法

将人类脂肪组织来源的MSCs培养为3D球状细胞，并在其形成及培养7天内对其进行观察。通过Seahorse细胞外通量分析技术评估细胞生物能量代谢。利用非靶向液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学和脂质组学技术分析整体代谢变化。通过Luminex多重免疫测定法量化生长因子的分泌情况。此外，还将MSC球状细胞的脂质组谱与释放的细胞外颗粒进行了比较。

结果

球状细胞培养导致细胞逐渐浓缩、细胞体积减小，并增强了促进再生的生长因子的分泌。生物能量代谢分析显示，与单层培养相比，氧化磷酸化和糖酵解显著减弱，表明细胞代谢状态向静止状态转变。代谢组学分析显示细胞内氨基酸水平降低，这与蛋白质合成需求减少一致。脂质组学分析发现脂质发生广泛重构，表现为二酰甘油和不饱和脂肪酸的含量增加，而结构磷脂含量显著减少。比较脂质组谱发现，球状细胞与释放的细胞外颗粒之间存在显著相似性，表明可能存在颗粒介导的脂质转移。

结论

MSC球状细胞的形成伴随着动态的代谢重编程，包括生物能量代谢的抑制、氨基酸利用方式的改变以及脂质的广泛重构。这些代谢适应是球状MSC生物学特征的核心，为理解其增强的治疗效果提供了机制上的见解，有助于进一步优化基于球状细胞的再生疗法。