细胞间线粒体转移:血小板促进间充质干细胞再生能力的新机制
接下来,作者们从伤口愈合的角度探索血小板促进MSCs功能的机制,排除了MSCs分化、伤口异位骨形成、炎症等影响伤口愈合的可能因素后,发现血小板来源线粒体可以促进MSCs增殖,但是,这种促增殖作用也不受线粒体呼吸抑制剂影响,所以血小板来源的线粒体不是通过促进MSCs增殖达到促进伤口愈合。类似地,MSCs生存能力也不是原因。
最后,基于课题组以前的发现,通过检测血管内皮细胞生长因子(VEGF)和肝细胞生长因子(HGF)表达,体内体外系列血管生成相关实验,作者们发现血小板来源的线粒体增加MSCs分泌促血管生成因子,促进血管生成,进而增强MSCs对小鼠不同组织损伤的治疗效果。关键的是,线粒体呼吸抑制剂消除了血小板来源线粒体对MSCs促血管生成能力的增强作用(见下图,具体实验请参阅原文)。因此,血小板来源线粒体通过增加MSCs的促血管生成能力增强其伤口愈合能力。
下一个问题是,血小板来源线粒体如何增加MSCs的促血管生成能力?线粒体的首要功能是能量代谢,合成ATP。作者通过MSCs氧化磷酸化(OCR)、细胞外酸化(ECAR)、ATP水平等参数来估计能量代谢状态,认为尽管血小板来源线粒体升高了MSCs中ATP水平,线粒体呼吸抑制剂并未改变ATP水平,而且两组处理MSCs均表现高能量状态,且无差异(?)。因此,能量代谢不是血小板来源线粒体增加MSCs促血管生成的原因。
细胞高能量状态有利于合成反应。线粒体除了产生ATP外,TCA中间产物柠檬酸盐是脂肪酸合成的重要前体。已有研究表明脂肪酸从头合成在血管生成中发挥重要作用。作者进一步检测MSCs中脂肪酸从头合成代谢途径的变化。发现与未处理血小板孵育后,MSCs中脂肪酸从头合成的关键酶(ACLY、ACC,FAS)表达水平显著上调,且FAS抑制剂C75完全消除了血小板促进MSCs分泌VEGF和HGF的效果,证实脂肪酸合成的增加介导了血小板对MSCs的促血管生成作用。
对未经处理和呼吸抑制剂处理的血小板的代谢组学分析发现,呼吸抑制剂引起代谢失调,呼吸链受到抑制,改变了TCA循环,导致柠檬酸水平降低。重要的是,在呼吸抑制剂处理情况下,外源柠檬酸可以恢复血小板增强MSCs脂肪酸合成、血管生成、促伤口愈合的能力(见下图),证实柠檬酸在血小板来源线粒体促进MSCs血管再生中的作用。
简言之,本研究发现了血小板线粒体转递给MSCs,改变MSCs细胞代谢,促进脂肪酸从头合成,进而加强其促血管生成能力,促进伤口愈合的新机制。