Nature子刊：利用Wnt信号通路可提高细胞及其外泌体的治疗效果

近日，来自美国西奈山医学中心的Eduardo Marbán教授课题组在Nature子刊Nature Biomedical Engineering（影响因子17.135）上发表题为“Augmenting canonical Wnt signalling in therapeutically inert cells converts them into therapeutically potent exosome factories”的文章，比较了治疗效果好和相对不好的细胞之间的差异，发现Wnt/β-catenin信号传导在其中发挥着重要的作用；通过β-catenin和转录因子Gata4的过表达可是细胞及其外泌体发挥更好的治疗作用。

心肌球来源的细胞（cardiosphere-derived cells, CDCs）在心脏和骨骼肌受损后触发修复和功能改善。CDC的几个早期临床试验已显示在获得性或先天性心力衰竭中发挥保护作用。临床前研究表明，CDCs通过分泌外泌体和其他刺激抗炎、抗纤维化、血管生成和心肌生成途径的细胞外囊泡（EV）间接发挥其益处。然而，治疗效力仍然不一致：CDC和其他原代细胞类型表现出不同的效力，并且过程改进工作也可能无意中影响效果。增加外泌体保护性作用的策略缺乏，但非常需要。

对于细胞治疗的心脏应用，金标准效力测定法包括测量其对啮齿动物心肌梗塞后体内功能和/或结构恢复。持续依赖这种昂贵的低通量模型反映了对效力的分子决定因素的机制理解不佳。该研究在转录组、翻译和功能水平上系统地比较了的高效和低效的人CDC。由此产生的见解不仅包括以前未被识别的CDC效力标志物，还包括提高CDC、其他细胞类型和分泌的外泌体的治疗功效的策略。

转录组学分析显示CDC的治疗效力与Wnt/β-catenin信号传导和β-catenin蛋白质水平相关。研究表明皮肤成纤维细胞工程化过表达β-catenin和转录因子Gata4使其永生化并变得具有治疗效果。将工程化成纤维细胞移植到急性心肌梗塞的小鼠模型中可改善心脏功能和小鼠存活，并且在Duchenne肌营养不良的mdx小鼠模型中，由工程化成纤维细胞分泌的外泌体改善了运动能力并减少了骨骼肌纤维化。来自高效力心肌球来源细胞的外泌体表现出增强水平的miR-92a（Wnt/β-catenin途径的已知增效剂），并且它们激活心肌细胞中的心脏保护性骨形态发生蛋白信号传导。研究结果表明，经典Wnt信号传导的调节可以将治疗上惰性的哺乳动物细胞转变为永生的外泌体工厂，用于无细胞疗法。

该研究将工程细胞及其EV/外泌体分别称为“活化的特异组织效应细胞”（ASTECs）或“活化的特异组织效应外泌体”（ASTEX）。

NHDF^VC转导后细胞形态发生变化。与对照NHDF^VC相比，NHDF^β-cat和NHDF^β-cat/Gata4分别变得更像内皮样和上皮样

MEST是非经典Wnt和经典Wnt信号通路之间的转折点，它是细胞治疗效力的关键决定因素。Wnt配体与frizzeled（FZD）和LRP5/6共同受体结合，这导致抑制性复合物的抑制，如GSK3β、APC、DVL、CKI和axin。抑制性复合物的失活挽救β-catenin，β-catenin转移至细胞核激活经典的Wnt靶基因。在CDC中，MEST的抑制还通过阻断EXT介导的LRP5/6抑制来促进β-catenin信号传导。

研究发现模式图。CDC中的β-catenin活化导致分泌的EV中miR-92a的富集。β-catenin信号传导（1）改变CDC的有效载荷，包括miR-92a的富集（2）。分泌的EV由靶细胞摄取，激活bmp2信号传导（3）促进愈合和修复（4）。

EVs提供了克服细胞治疗关键局限性的潜力。细胞是敏感且不稳定的生物体，甚至容易受到制造条件的微小变化的影响。这使得他们的制造和可扩展性成本高昂并且在后勤方面也很麻烦。EVs是无生命的、稳定的和耐寒的。作为小的双层囊泡，它们可以耐受冻干、反复冻融循环和其他苛刻的处理方法，同时保持生物活性。它们尺寸的另一个优点是更高剂量阈值的安全性和更广泛的组织渗透（例如，穿过血脑屏障）而不用考虑微血管闭塞或活力丧失。此外，与其亲本细胞不同，EV表现出免疫多功能性，即使在异种环境中也发挥其治疗作用。已经显示人外泌体在小鼠、大鼠和猪中发挥治疗益处。ASTEX具有所有这些理论上的优势。与先前从永生化细胞中获得EVs的努力不同，ASTEX还具有通过机制上清晰的亲本细胞基因工程创建的区别，以提高其治疗功效。

参考文献：Ibrahim AGE, Li C, Rogers R, Fournier M, Li L, Vaturi SD,Antes T, Sanchez L, Akhmerov A, Moseley JJ, Tobin B, Rodriguez-Borlado L, SmithRR, Marbán L, Marbán E. Augmenting canonical Wnt signalling in therapeutically inert cells converts them into therapeutically potent exosome factories. Nature Biomedical Engineering. 2019 Aug 26.doi: 10.1038/s41551-019-0448-6. [Epub ahead of print]

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