【ACS Nano】南开大学: 体内示踪间充质干细胞来源的细胞外囊泡调控线粒体功能修复缺血再灌注肾损伤

急性肾损伤（AKI）是全球面临的严重公共健康问题，住院患者的发病率和死亡率逐年增高，有相当数量的存活患者发展为慢性肾脏疾病甚至终末期肾脏病。目前，AKI仅为支持性治疗或肾脏替代，早期干预以及促进肾脏生理性修复的方法依然匮乏，患者生活质量差且消耗大量的医疗资源。拓展深化AKI发生机制研究进而提高临床防治水平依然是肾脏病领域面临的重大挑战。

肾缺血再灌注损伤（I/R）是各种原因AKI的共同病理生理基础，也一直是AKI研究的关键科学问题。已有研究发现，间充质干细胞（MSCs）来源的细胞外囊泡（EVs）在I/R引起的AKI小鼠模型中显示出良好的肾脏保护作用。MSC-EVs介导的非细胞治疗具有更低的免疫原性和更高的安全性，有望成为MSCs的替代物应用于临床。然而目前EVs在肾脏疾病中的临床试验仅为1项，主要是由于EVs在体内的动态变化尚不清楚，其促进肾组织损伤修复的治疗靶点及机理不甚明确。来自南开大学医学院的王悦冰副教授和南开大学生命科学学院的丁丹研究员合作，最新在ACS Nano杂志上发表文章，首次利用聚集诱导发光分子（AIEgens）高效标记MSC-EVs，在I/R小鼠体内实现了实时、准确和安全无创的示踪，并且观测到经尾静脉注射的EVs特异性聚集至损伤肾脏近端小管上皮细胞。进一步研究发现，MSC-EVs的miR-200a-3p通过激活Keap1-Nrf2信号通路调控肾小管上皮细胞线粒体功能，有效促进肾脏的损伤修复。

AIEgens作为一种具有优异性能的先进材料，已被广泛应用于诊断和治疗等诸多领域，也为全面示踪和评价MSC-EVs对AKI的治疗过程提供了一种高效精准的监测手段。在这项研究中，研究人员首次利用具有AIE特性的荧光探针DPA-SCP成功标记了MSC-EVs，DPA-SCP的标记没有影响EVs的生理结构和功能。与商业化的EVs探针PKH26相比，AIE探针具有更高的标记效率和更好的光学稳定性，并在AKI小鼠体内显示出更高的时空分辨率和示踪能力。肾小管细胞损伤是缺血再灌注损伤的中心环节。AIE探针实现了动态实时监测MSC-EVs的分布至72小时，并观察到MSC-EVs特异性靶向至肾损伤部位，在近端肾小管上皮细胞聚集。

AIEgens在I/R诱导的AKI小鼠体内实时示踪MSC-EVs的动态变化

肾脏中线粒体含量仅次于心脏，线粒体功能障碍与肾损伤的进程密切相关。线粒体不仅是肾脏ATP的主要来源，更具有调控肾细胞内ROS产生、细胞凋亡及信号转导的重要生物学功能。本研究者发现，MSC-EVs 减少了肾小管上皮细胞线粒体的碎片化并恢复其膜电位。另外，MSC-EVs增加了肾组织线粒体基因拷贝数及ATP含量。进一步研究发现，MSC-EVs中的miR-200a-3p通过Keap1-Nrf2信号通路，刺激了线粒体抗氧化防御机制以维持肾小管上皮细胞线粒体结构稳定和调控线粒体功能，参与肾小管上皮细胞损伤修复，从而促进肾脏组织功能恢复。

miR-200a-3p通过激活Keap1-Nrf2信号通路保护肾小管上皮细胞线粒体结构和功能

参考文献：Hongmei Cao, Yuanqiu Cheng, Heqi Gao, Jie Zhuang, Weiguang Zhang, Qiang Bian, Fang Wang, Yuan Du, Zongjin Li, Deling Kong, Dan Ding* and Yuebing Wang*. In Vivo Tracking of Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Improving Mitochondrial Function in Renal Ischemia-Reperfusion Injury. ACS Nano. 2020 Apr. 3, DOI: 10.1021/acsnano.9b08207.