基于硒纳米颗粒的干细胞疗法：为脓毒症诱导的急性肺损伤带来新希望

《Journal of Nanobiotechnology》：Selenium nanoparticles activate selenoproteins to mitigate septic lung injury through miR-20b-mediated RORγt/STAT3/Th17 axis inhibition and enhanced mitochondrial transfer in BMSCs

本研究针对脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）治疗难题，探索了硒纳米颗粒（SeNPs@CS）联合骨髓间充质干细胞（BMSCs）的治疗策略，发现其可通过miR-20b介导的RORγt/STAT3/Th17轴抑制和增强线粒体转移实现显著疗效，为ALI治疗提供新思路。

　　脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）是临床常见的严重并发症，其发病机制复杂，目前缺乏有效治疗方法。本研究由国内某研究机构开展，旨在探索一种基于硒纳米颗粒（SeNPs@CS）和骨髓间充质干细胞（BMSCs）的新型治疗策略。研究发现，SeNPs@CS处理的BMSCs可通过miR-20b介导的RORγt/STAT3/Th17轴抑制减少促炎Th17细胞分化，并增强线粒体转移能力，为受损肺泡上皮细胞提供功能性线粒体，从而实现免疫调节和组织修复的双重治疗效果。该研究为ALI的治疗提供了新的思路和方法，具有重要的临床应用前景，相关成果已发表于《Journal of Nanobiotechnology》。

在研究过程中，研究人员首先合成了硒纳米颗粒（SeNPs@CS），并对其进行了详细的表征。随后，通过体外实验发现SeNPs@CS能够促进BMSCs的增殖和分化，并通过上调miR-20b的表达来增强其线粒体功能。进一步的体外共培养实验表明，SeNPs@CS处理的BMSCs能够将健康的线粒体转移到受损的肺泡上皮细胞（AECII）中，促进其修复。此外，研究人员还利用生物信息学工具预测并验证了miR-20b与RORγt/STAT3信号通路之间的靶向关系，并通过体外和体内实验验证了该通路在抑制Th17细胞分化和减轻炎症中的作用。

研究背景

脓毒症是一种严重的感染性疾病，其引发的全身性炎症反应综合征（SIRS）可导致多器官功能障碍，其中肺部是最易受损的器官之一。脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）是重症监护病房中常见的并发症，其特征是肺泡上皮屏障破坏、通气/灌注比例失衡、低氧血症和肺顺应性下降。此外，ALI患者外周血和支气管肺泡灌洗液中Th17细胞水平显著升高，与疾病严重程度密切相关。目前，ALI的治疗主要依赖于支持性疗法，如液体管理、糖皮质激素治疗、机械通气等，但这些方法存在诸多副作用，且疗效有限。因此，开发新的治疗方法对于改善ALI患者的预后至关重要。

研究方法

研究人员首先合成了壳聚糖修饰的硒纳米颗粒（SeNPs@CS），并通过透射电子显微镜（TEM）、粒径分析、表面电位测定等手段对其进行了表征。随后，利用体外细胞实验，研究人员将SeNPs@CS与骨髓间充质干细胞（BMSCs）共孵育，检测了BMSCs的增殖、分化能力以及线粒体功能的变化。通过实时定量PCR（q-PCR）、西方印迹（Western blot）等技术，研究人员分析了miR-20b的表达变化以及硒蛋白（如GPX4、TrxR1、TrxR2）的表达水平。此外，研究人员还构建了BMSCs与肺泡上皮细胞（AECII）的共培养模型，检测了线粒体转移相关基因和蛋白的表达变化，并通过流式细胞术定量分析了线粒体交换率。在动物实验中，研究人员通过盲肠结扎穿孔（CLP）方法建立了ALI模型，并通过支气管肺泡灌洗液和外周血检测了Th17细胞的比例变化，同时利用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测了炎症因子的表达水平。

研究结果

1. SeNPs@CS的合成与表征：研究人员成功合成了粒径约为100 nm的SeNPs@CS，其表面电位为（21±1.65）mV，具有良好的生物相容性和分散性。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，SeNPs@CS中存在Se⁰，且未检测到高价位硒的存在，说明Se⁴⁺已被完全还原。
2. SeNPs@CS促进BMSCs增殖和分化：实验结果显示，随着SeNPs@CS浓度的增加，BMSCs的增殖活性显著提高，miR-20b的表达水平也显著上调。此外，SeNPs@CS处理的BMSCs线粒体功能增强，表现为更高的ATP含量和氧耗率（OCR）。流式细胞术检测显示，BMSCs表面标志物CD44、CD105和CD29的表达水平显著提高，进一步证实了SeNPs@CS对BMSCs增殖和分化的促进作用。
3. SeNPs@CS抑制RORγt/STAT3/Th17轴：通过生物信息学分析和双荧光素酶报告基因实验，研究人员发现miR-20b能够靶向结合STAT3，抑制其表达。体外共培养实验表明，SeNPs@CS处理的BMSCs能够显著减少Th17细胞的分化，降低促炎细胞因子（如IL-17、IL-6）的表达，同时增加抗炎细胞因子（如IL-10）的表达。
4. SeNPs@CS促进线粒体转移：在BMSCs与AECII共培养模型中，研究人员发现SeNPs@CS处理的BMSCs能够显著提高线粒体膜电位和钙离子含量，减少AECII细胞的凋亡，并促进线粒体功能的恢复。透射电子显微镜（TEM）观察结果显示，受损AECII细胞的线粒体结构得到显著改善。此外，研究人员还检测到线粒体转移相关基因（如Cx43、PGC1α、Miro1、CD38）的表达水平显著提高，流式细胞术定量分析显示线粒体交换率也显著增加。
5. 动物实验验证：在CLP诱导的ALI小鼠模型中，研究人员发现SeNPs@CS联合BMSCs治疗能够显著降低支气管肺泡灌洗液和外周血中Th17细胞的比例，减少炎症因子的表达，并改善肺组织病理损伤。此外，治疗组小鼠的肺湿/干重比显著降低，生存率显著提高。

研究结论与讨论

本研究通过合成硒纳米颗粒（SeNPs@CS），并将其与骨髓间充质干细胞（BMSCs）联合应用，成功实现了对脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）的双重治疗效果。一方面，SeNPs@CS通过上调miR-20b的表达，抑制了RORγt/STAT3/Th17轴的激活，减少了促炎Th17细胞的分化，从而发挥抗炎作用；另一方面，SeNPs@CS处理的BMSCs能够将健康的线粒体转移到受损的肺泡上皮细胞中，促进其修复。这种基于纳米技术的干细胞疗法不仅提高了BMSCs的治疗效果，还克服了传统干细胞疗法在临床应用中的局限性。该研究为ALI的治疗提供了新的策略和方法，具有重要的临床应用价值和转化潜力。未来的研究可以进一步探索该治疗策略在其他炎症性疾病中的应用，并优化纳米颗粒的制备和应用条件，以提高其临床疗效和安全性。