Research丨Academician Lanjuan Li and Professor Hongcui Cao's Team Discovered a New Mechanism of Mesenchymal Stem Cell Therapy for Primary Sclerosing Cholangitis

Editor's note:

On August 17, 2023, Research (JCR Q1, IF = 11) published a research article entitled "Human Placental Mesenchymal Stem Cells Relieve Primary Sclerosing Cholangitis via Upregulation of TGR5 in Mdr2−/− Mice and Human Intrahepatic Cholangiocyte Organoid Models" online. This article was written by Academician Lanjuan Li and professor Hongcui Cao's team from the State key laboratory for the Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, The First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine.

 

The paper explored a new mechanism for treating primary sclerosing cholangitis (PSC) using mesenchymal stem cells derived from the placenta. The team discovered that mesenchymal stem cells can alleviate PSC by regulating TGR5 to relieve cholestasis and liver inflammation based on mouse and human organoid models. Professor Hongcui Cao was the corresponding author of the article, while PhD candidate Qigu Yao was the first author, with academician Lanjuan Li providing technical guidance. Hepatology Digest hereby reports the research for readers to study and reference.

原发性硬化性胆管炎（Primary sclerosing cholangitis，PSC）是一种以特发性肝内外胆管炎症及胆管纤维化改变导致多灶性胆管狭窄、慢性胆汁淤积的自身免疫性疾病。该疾病确切病因不明，疾病的触发因素未知。目前尚无特效的药物用于PSC的治疗，主要以对症治疗为主，随着疾病的进展，肝移植治疗是唯一有效的治疗方法。间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）具有自我更新和多向分化潜能，在治疗终末期肝病、心血管疾病和自身免疫性疾病等多种疾病中显示出治疗潜力。

 

人胎盘源性间充质干细胞（Human placental-derived MSCs，hPMSCs）来源于足月胎盘的胎膜中，可以无创收集。李兰娟院士和曹红翠教授课题组已发表成果及其他既往研究表明，hP-MSCs在COVID-19、急性肝衰竭和肝纤维化或肝硬化患者中具有较强的免疫抑制能力，并促进组织修复再生。目前hP-MSCs治疗PSC的有效性及机制有待进一步阐明。此次，课题组公布了团队在探索PSC机制方面的四个重要发现。

 

 

研究发现

 

01——PSC患者和健康供体肝组织来源的肝内胆管细胞类器官的特征

 

PSC患者和健康供体肝组织形成肝内胆管细胞类器官（称为Organoid^{PSC liver}和Organoid^{healthy liver}）。与Organoid^{healthy liver}相比，Organoid^{PSC liver}更趋于衰老，透射电镜显示胆管细胞纤毛减少。在添加罗丹明123染料2小时后，通过激光共聚焦显微镜测定，Organoid^{PSC liver}显示出对罗丹明123的更强吸收，表明源自PSC患者组织的类器官的屏障功能减弱。

 

与Organoid^{PSC liver}相比，Organoid^{healthy liver}的胆管细胞标志物CK19和干细胞标志物SOX9的表达水平较高，但上皮标志物（EPCAM）的表达没有显著差异。此外，肝组织分离培养原代Organoid^{PSC liver}的出现时间明显长于原代Organoid^{healthy liver}，并且Organoid^{PSC liver}在第8天的直径明显小于Organoid^{healthy liver}，详见图1。

 

 

图 1. 来自PSC患者和健康对照者的肝组织来源的肝内胆管细胞类器官的构建^[1]

 

 

02——RNA测序分析揭示了PSC患者和健康供体组的肝脏和类器官之间基因表达的差异

 

对PSC患者和健康供体组的肝组织进行RNA测序分析，KEGG和GO分析表明差异表达基因（DEG）在胆汁酸代谢和免疫激活通路富集。RNA-seq结果显示，与健康对照肝组织相比，PSC肝组织中的胆汁分泌相关基因（Mrp2、Bsep、Oatp2和Ntcp）显著下调，而免疫激活相关基因（TNF-α、IL-1β、IL-6、CXCL1和CCL2）显著升高。

 

同样对Organoid^{PSC liver}和Organoid^{healthy liver}进行RNA测序分析，传代后Organoid^{PSC liver}和Organoid^{healthy liver}之间的总体差异较小，表明类器官在传代后仍保持原有的肝脏特征。Organoid^{PSC liver}和Organoid^{healthy liver}的DEG也与肝纤维化和炎症性疾病相关，这种差异与肝组织相似，详见图2。

 

 

图 2. 转录组分析揭示了PSC患者和健康对照者的类器官和肝脏的胆汁酸代谢和炎症特征^[1]

 

 

03——hP-MSC治疗可减轻硬化性胆管炎小鼠模型的肝纤维化和炎症

 

hP-MSC治疗硬化性胆管炎小鼠模型（Mdr2^−/−）如图3A所示。MSC对炎症和损伤部位的归巢能力是成功细胞治疗的重要过程。Mdr2^−/−小鼠和Mdr2^+/+小鼠静脉注射用荧光染料1,1'-双十八烷基-3,3,3',3'-四甲基吲哚三碳花青碘化物（DiR）标记的hP-MSC注射后进行持续观察。 DiR标记的hP-MSC的荧光可在注射后6小时和1、4、7、9、15和21天检测到。

 

在Mdr2^−/−小鼠模型中通过尾静脉注射hP-MSC后，肝组织的免疫浸润和坏死显著减少，而hP-MSC治疗组的纤维化水平显著降低。hP-MSC治疗组的组织学活动指数（HAI）评分和肝脏/体重比也有所下降。血清生化指标，如ALT、AST、ALP和TBIL显著降低，同时，hP-MSC治疗组中血清TNF-α、IL-4、IL-6、TGF-β1、CCL2、CCL5、CCL20、CXCL1和CXCL10也显著降低。

 

图 3. hP-MSC治疗Mdr2^−/−小鼠硬化性胆管炎模型的疗效^[1]

 

 

04——hP-MSC通过TGR5/PI3K/ERK和TGR5/Pellino3/NF-κB信号改善人类类器官模型中胆管细胞的病理过程

 

Organoid^{PSC liver}用于确认IL-8是否下调TGR5以及hP-MSCs是否具有挽救作用。 MSC-organoid^{PSC liver}-IL-8组与Organoid^{PSC liver}-IL-8组比较，炎症标志物TNF-α、IL-1β、IL-6以及衰老相关标志物p16INK4a、p21WAF1/Cip1的表达水平显著降低，增殖标志物Ki-67的表达水平显著升高。

 

免疫荧光分析表明，IL-8 刺激后 TGR5 和 Ki-67 表达显著降低，而 hP-MSC 处理则上调。与Organoid^{PSC liver}-IL-8组相比，hP-MSC-organoid^{PSC liver}-IL-8组的增殖标志物Ki-67显著增加。蛋白质印迹分析证实，hP-MSC 治疗可以通过TGR5/PI3K/ERK和TGR5/Pellino3/NF-κB 通路改善炎症表型并促进Organoid^{PSC liver}的增殖，详见图4。

 

 

图4. 在人肝内胆管细胞类器官模型中，hP-MSC通过TGR5/PI3K/ERK和TGR5/Pellino3/NF-κB通路改善硬化性胆管炎的病理过程^[1]

 

研究者说

 

本研究采用三种PSC小鼠模型（DDC、BDL和Mdr2^−/−）和两种肝内胆管细胞类器官模型（Mdr2^−/−来源和PSC患者来源类器官）模型，评估了hP-MSCs治疗PSC的疗效，揭示了hP-MSCs如何通过介导TGR5实现抑制肝脏炎症和缓解胆汁淤积的机制（图5）。该研究为MSC移植治疗PSC的临床转化提供数据支持。

 

 

图5. 研究主要流程和发现

 

 

参考文献：

[1] Yao Q, Chen W, Yu Y, et al. Human Placental Mesenchymal Stem Cells Relieve Primary Sclerosing Cholangitis via Upregulation of TGR5 in Mdr2-/- Mice and Human Intrahepatic Cholangiocyte Organoid Models. Research (Wash D C). 2023 Aug 17;6:0207. doi: 10.34133/research.0207.

 

 

专家简介

 

曹红翠

浙大附一院 教授 主任技师 博士生导师

浙江大学 传染病重症诊治全国重点实验室副主任

浙江省增龄与理化损伤性疾病诊治研究重点实验室副主任

中国解剖学会干细胞转化医学分会主任委员

全国肝衰竭与人工肝专家委员会委员

中国生命关怀协会精准医疗与细胞治疗专业委员会常务委员

浙江省医学会感染病学分会常务委员

Journal of Internal Medicine编委

World Journal of Stem Cells编委

《中华传染病杂志》编委

 

 

原文链接：https://spj.science.org/doi/epdf/10.34133/research.0207

 

 

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