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【文献速递】MSC-EV表面携带的N-糖基化修饰发挥抗炎调控作用

发布日期:2026-08-28 信息来源: Excell Bio






导语


间充质干细胞(MSC)曾长期被视为组织再生的“种子细胞”。然而,近十余年的研究表明,其在体内的主要治疗效应主要通过旁分泌因子及细胞外囊泡介导。 其中,MSC分泌的细胞外囊泡被认为是承载这些旁分泌信号的关键载体之一,MSC-EV通过传递蛋白、脂质、mRNA/miRNA等物质到受体细胞,在体内重现MSC的大部分疗效,因此MSC-EV是当前MSC研究领域最热的方向之一。然而,MSC-EV能否实现组织靶向性,以及深入理解其分子作用机制,是当前再生医学领域的重要研究方向。


今年5月,Clos-Sansalvador等人在Journal of Extracellular Vesicles发表了最新研究,揭示了MSC-EV在抗炎领域的组织靶向与分子作用机制: MSC-EV表面N-糖基化影响EV的摄取以及在剪切流下CCR2驱动的单核细胞向炎症内皮的招募。




研究概述




间充质基质细胞衍生的细胞外囊泡(MSC-EV)在免疫调节和组织再生方面具有应用潜力,特别是在治疗缺血-再灌注损伤(IRI)方面。不过,MSC-EV的临床应用目前受到了组织靶向困难以及功能机制尚未完全理解的限制。这是因为,在系统给药后,MSC-EV首先会遇到IRI激活的内皮细胞,这将决定随后免疫细胞浸润和炎症的性质和程度,单核细胞向损伤部位的招募是决定后续炎症反应性质的关键环节。


在这项研究中,研究人员评估了N-糖基化在MSC-EV与靶细胞内皮细胞相互作用以及随后单核细胞滚动和黏附中的作用。该研究采用了多种研究方法,包括静态、动态体外流动模型,发现在静息条件下,内皮细胞对MSC-EV的摄取严格依赖EV表面N-糖基化;而在TNF-α 激活-α激活的炎症内皮中,EV摄取转为N-糖基化非依赖模式。


然而,被炎症内皮摄取的去糖基化 EV丧失了抑制单核细胞黏附的功能,表明N-糖基化对于EV的抗炎功能至关重要。这项研究为N-糖基化在MSC-EV免疫调节活性中的作用提供了一个新的机制,也为MSC-EV的工程化改造提供了新方向。



PNGase-F处理是否影响MSC-EV的分离和特征?

研究团队首先对MSC-EV进行了分离和多维度表征,以确认分离与酶切处理后的EV的生物特征是否变化。该研究采用iWJ-MSC-EV(infrapatellar fat pad-derived Wharton's Jelly MSC, iWJ-MSC,髌下脂肪垫来源华通胶间充质干细胞), 发现PNGase-F 处理并未影响EV的分离回收率与最终产量。


通过对EV数量的表征(NTA、蛋白质、脂质定量以及流式细胞术),表明PNGase-F酶切没有影响MSC-EV的产量; 通过免疫印迹检测EV阳性标志蛋白,并以ER标志物排除细胞碎片污染;此外,使用冷冻电镜观察EV形态和膜完整性,NTA测定粒径分布,图像显示出了完整的、圆形的双层膜纳米囊泡,且粒径维持在50-250nm。这些结果提示,PNGase-F酶切并未影响本研究中MSC-EV的分离和特征,为后续功能与机制研究提供了可靠的样本质量保障。



 图:PNGase-F处理和未处理的iWJ-MSC-EV的表征(图源:文献1)



iWJ-MSC-EV的N-糖基化和内皮细胞活化

影响受体细胞对EV的摄取

那么MSC-EV表面的N-糖基化修饰是否影响内皮细胞的激活及对EV的摄取?研究团队使用了荧光显微镜,观察评估了TNF-α 激活刺激或未刺激条件下的HUVEC单层细胞对iWJ-MSC-EV的摄取情况。研究人员发现,在无TNF-α 激活刺激条件下,HUVEC细胞能够有效摄取CFSE-labelled iWJ-MSC-EV ,显微镜下可见细胞内呈现绿色荧光;然而,当EVs经PNGase-F酶切处理后,在无TNF-α激活刺激的静息内皮中,摄取几乎完全消失。相反,研究发现不论是否使用PNGase-F酶切除EV表面的N-糖基化修饰,被TNF-α激活激活后的HUVEC均能摄取EVs,并且显示出相当的细胞内绿色荧光强度,这表明炎症内皮(TNF-α激活) 通过N-糖基化非依赖途径摄取EV。


为了进一步评估在生理相关条件下的EV捕获,研究人员采用了流动模型来模拟体内环境。结果显示,在模拟的流动模型下,每个细胞可检测到的绿色荧光区域明显比静态实验条件下减少,反映了更严格的EV捕获环境。尽管如此,不论是否使用PNGase-F处理EVs,在TNF-α 激活活化的HUVEC单层细胞中仍然可检测到绿色荧光,表明在动态模拟环境下依然能够有效捕获EV。


这些结果表明,虽然在流动条件下的EV信号绝对值较低,但在静态条件下观察到的相对生物学趋势依然保持,说明无论N-糖基化状态如何,TNF-α 激活活化的内皮细胞能有效摄取EV。进一步的机制研究发现,PNGase-F处理后,尽管炎症内皮仍可摄取EV,但这些EV失去了抑制CCR2介导的单核细胞黏附的能力,提示N-糖基化不仅调控摄取,更可能通过摄取后的内皮重编程或EV货物递送影响炎症反应。在模拟生理剪切流的条件下,去糖基化EV无法抑制单核细胞在炎症内皮上的滚动与黏附级联反应。


MSC-EVs是再生医学与免疫治疗中极具潜力的“无细胞”策略,其安全性在早期研究中总体良好。这项研究不仅在多种体外模型中揭示了N-糖基化在MSC-EV免疫调节活性中的作用和分子机制,也为通过工程化改造MSC-EV的N-糖基化提升EV对炎症内皮的靶向性提供了新的思路。



小贴士:什么是外泌体与细胞外囊泡?

细胞外囊泡(Extracellular Vesicles, EVs)是一类几乎所有活细胞都会释放的囊泡物质,内含多种生物活性分子,包括核酸、蛋白质、脂质和代谢物。外泌体(exosome)是细胞外囊泡(Extracellular Vesicles, EVs)中的一个亚类,直径约30–150 nm,经内体—多囊泡体(MVB)途径生成并分泌,表面常富集CD9、CD63、CD81等四跨膜蛋白,以及TSG101、Alix等内体标志物。


近年来,MSC来源细胞外囊泡(下称MSC-EVs或MSC-sEVs)逐渐成为主流学术表述, 但尚存在二个概念混用的情况。因此在阅读文献或相关内容时,我们一方面需要注意区分作者使用的是exosome还是EVs,另一方面也需要并关注其囊泡粒径、生物标志物表征, 及分离方法等。以下是细胞外囊泡的异质性图示2:



 图:细胞外囊泡的粒径异质性及蛋白标志物(图片来源:文献2)



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参考文献

1.Marta Clos-Sansalvador, et al. Surface N‐Glycosylation Dictates MSC‐EV Uptake and CCR2‐Driven Monocyte Recruitment to Inflamed Endothelium Under Shear Flow, Journal of Extracellular Vesicles (2026). DOI:10.1002/jev2.70316.

2.Yokoi A, et al. Exosomes and extracellular vesicles: rethinking the essential values in cancer biology. Semin Cancer Biol. 2021;74:79–91. DOI: 10.1016/j.semcancer.2021.03.032