Knochenmarkstammzell-abgeleitete mesenchymale Stammzellen modulieren die Autophagie in RAW264.7-Makrophagen über den Phosphoinositid-3-Kinase/Protein-Kinase-B/Hämoxygenase-1-Signalweg unter Sauerstoff-Glukose-Deprivation/Restaurations-Bedingungen
Die akute Lungenverletzung (ALI) ist ein schwerwiegender Zustand, der häufig mit ausgedehnter Entzündung, verstärkter Autophagie, reduzierter Phagozytose und übermäßiger Produktion entzündungsfördernder Mediatoren durch pulmonale Makrophagen einhergeht. Diese Faktoren tragen zu pulmonalem Ödem und einer Verschlechterung des Krankheitsbildes bei. Die Autophagie, ein zellulärer Prozess zum Abbau und Recycling geschädigter Organellen und Proteine, spielt eine duale Rolle in Zellüberleben und -tod. Während moderate Autophagie Zellen unter Stressbedingungen wie Hypoxie und Nährstoffmangel schützt, kann exzessive Autophagie zum Zellsterben führen. Knochenmarkstammzell-abgeleitete mesenchymale Stammzellen (BM-MSCs) sind aufgrund ihrer Fähigkeit, geschädigtes Gewebe zu reparieren und Autophagie zu regulieren, zu einer potenziellen Therapieoption geworden. Diese Studie untersucht die Rolle von BM-MSCs bei der Modulation der Autophagie in RAW264.7-Makrophagen unter Sauerstoff-Glukose-Deprivation/Restaurations-(OGD/R)-Bedingungen sowie die zugrundeliegenden Signalwege.
Ein Kokultur-System von RAW264.7-Makrophagen mit BM-MSCs unter OGD/R-Bedingungen wurde etabliert, um Ischämie/Reperfusions-Schäden (IRI) zu imitieren. Die Autophagie wurde mittels rekombinantem Adenovirus (Ad-mCherry-GFP-LC3B) visualisiert, um autophagische Aktivität zu erfassen. Western-Blot-Analysen quantifizierten Autophagie-assoziierte Proteine, einschließlich Light-Chain-3(LC3)-I, LC3-II und p62. Mikroarray-Expressionsanalysen identifizierten differenziell exprimierte Gene, insbesondere Hämoxygenase-1 (HO-1), ein Downstream-Molekül des Phosphoinositid-3-Kinase/Protein-Kinase-B(PI3K/Akt)-Signalwegs.
Unter OGD/R-Bedingungen zeigten RAW264.7-Zellen eine erhöhte Autophagie, erkennbar am erhöhten LC3-II/LC3-I-Verhältnis (1,27 ± 0,20 vs. 0,44 ± 0,08) und reduzierter p62-Expression (0,77 ± 0,04 vs. 0,95 ± 0,10). Die Kokultur mit BM-MSCs reduzierte das LC3-II/LC3-I-Verhältnis signifikant (0,68 ± 0,14 vs. 1,27 ± 0,20) und erhöhte die p62-Expression (1,10 ± 0,20 vs. 0,77 ± 0,04), was auf eine Autophagie-Hemmung hindeutet.
Die PI3K/Akt-Signalweg-Aktivität war unter OGD/R reduziert (PI3K: 0,40 ± 0,06 vs. 0,63 ± 0,10; p-Akt/Akt-Verhältnis: 0,39 ± 0,02 vs. 0,58 ± 0,03). BM-MSCs erhöhten die PI3K-Expression (0,54 ± 0,05 vs. 0,40 ± 0,06) und das p-Akt/Akt-Verhältnis (0,52 ± 0,05 vs. 0,39 ± 0,02). Die Vorbehandlung mit dem PI3K-Inhibitor LY294002 blockierte die BM-MSC-induzierte Autophagie-Hemmung (LC3-II/LC3-I: 1,29 ± 0,15 vs. 0,89 ± 0,08), was die PI3K/Akt-Abhängigkeit bestätigt.
Die Mikroarray-Analyse identifizierte HO-1 als zentrales, durch BM-MSCs hochreguliertes Gen (mRNA: 0,89 ± 0,17 vs. 0,40 ± 0,07; Protein: 0,70 ± 0,09 vs. 0,48 ± 0,02). Weiterhin wurden weitere Autophagie-relevante Gene wie Mapk3 (ERK1/2) und Bnip3/Bnip3l (Nix) identifiziert, die auf eine Beteiligung des MAPK/ERK- und HIF-1α/Bnip3/Beclin-1-Signalwegs hindeuten.
Zusammenfassend demonstriert diese Studie, dass BM-MSCs die Autophagie in RAW264.7-Makrophagen unter OGD/R-Bedingungen über den PI3K/Akt/HO-1-Signalweg modulieren. Diese Erkenntnisse liefern mechanistische Einblicke in die BM-MSC-vermittelte Autophagie-Regulation und potenzielle therapeutische Ansätze für ALI. Weitere Forschung zur Rolle von HO-1 und zusätzlichen Signalwegen ist erforderlich.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001133