基于多组学技术探讨脐带间充质干细胞治疗慢性萎缩性胃炎的潜在机制

《Stem Cells International》：Exploring the Potential Mechanism of Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cell Therapy for Chronic Atrophic Gastritis Based on Multi-Omics Technology

本研究通过建立多因素诱导的CAG大鼠模型，系统评估了hUC-MSC及其条件培养基（MSC-CM）的治疗效果。多组学联合分析及实验验证揭示，二者主要通过旁分泌机制，协同靶向“CXCL9/CXCL10/CXCL11-CDK1-D-ribose”轴，抑制炎症、逆转胃黏膜萎缩，为CAG的细胞疗法提供了新的分子机制见解和治疗靶点。

　　

引言

慢性萎缩性胃炎（CAG）作为一种癌前病变，其特征是胃黏膜的持续损伤导致固有腺体进行性丢失，显著增加癌变风险。其发病与幽门螺杆菌感染、饮食习惯、胆汁反流等多种因素相关。传统疗法虽有一定效果，但难以逆转黏膜萎缩，且存在高复发率、机制不清等局限性。因此，探索新的治疗策略已成为亟待解决的临床问题。

间充质干细胞（MSC）因其多向分化潜能及抗炎、免疫调节特性，在胃肠道疾病治疗中展现出潜力。既往研究表明，MSC在胃溃疡和炎症性肠病（IBD）的治疗模型中可促进愈合、调节免疫。少量研究证实MSC对CAG具有治疗潜力，但具体机制尚不明确。本研究旨在利用多因素诱导的CAG大鼠模型，系统评估人脐带间充质干细胞（hUC-MSC）及其条件培养基（MSC-CM）的治疗效果，并通过多组学测序阐明其关键信号网络的分子机制。

材料与方法

模型建立与治疗：使用N-甲基-N'-硝基-N-亚硝基胍（MNNG）水结合其他多重因素诱导SD大鼠建立CAG模型。模型建立20周后，将大鼠随机分为四组：对照组、CAG模型组、MSC治疗组（静脉输注2×10⁷个hUC-MSC）和MSC-CM治疗组（静脉输注经50倍浓缩的条件培养基）。治疗在建模后第21-24周进行，每周一次，共4次。治疗结束后，收集血清和胃组织样本。

hUC-MSCs的表征：从脐带组织中分离出hUC-MSCs，经流式细胞术鉴定，高表达CD73、CD90、CD105，而几乎不表达CD34、CD45、HLA-DR。经诱导可向成骨、成脂、成软骨方向分化，经IFN-γ刺激可显著上调IDO1表达，证实其具备标准MSC特征和免疫调节能力。皮下致瘤性实验表明其具有良好的生物安全性。

分析方法：采用苏木精-伊红（H&E）染色进行组织病理学分析，评估胃黏膜萎缩情况。通过Luminex液相芯片技术检测胃组织中细胞因子水平。运用转录组学、蛋白质组学、非靶向代谢组学和脂质组学对胃窦组织进行多组学测序分析。通过逆转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）和蛋白质印迹法（Western blot）在体内（大鼠胃组织）和体外（IFN-γ刺激的THP-1巨噬细胞）验证关键基因和蛋白的表达。

结果

1. hUC-MSC和MSC-CM可有效缓解CAG大鼠胃黏膜萎缩

成功建立了CAG大鼠模型，在20周时，模型组大鼠胃窦黏膜出现明显萎缩，正常腺体结构被结缔组织替代。H&E染色结果显示，经hUC-MSC和MSC-CM治疗后，胃黏膜萎缩及相关病理变化得到显著改善。

2. 治疗显著下调胃组织局部炎症因子水平

Luminex芯片检测显示，在胃窦组织中，hUC-MSC治疗显著下调了G-CSF、GM-CSF、IFN-γ、IL-6、IL-10、IL-13、IL-17α、M-CSF、MCP-1等9种炎症介质的水平。MSC-CM治疗也有效下调了包括上述因子在内的11种炎症介质的水平。然而，各组血清中的细胞因子水平未见显著差异，表明hUC-MSC主要通过局部（胃组织）作用发挥抗炎效应。

3. 多组学分析揭示治疗共同调控的关键分子靶点与通路

• •
  转录组学：分析发现，MSC和MSC-CM治疗均能逆转CAG模型引起的基因表达紊乱。富集分析显示，治疗干预后，差异表达基因在果糖和甘露糖代谢、AMPK信号通路、PPAR信号通路、脂质代谢、氨基酸转运、胃酸分泌等通路上显著富集。值得注意的是，CXCL9、CXCL10、CXCL11是两组治疗共同调控的关键基因，它们在CAG模型中表达上调，而治疗后表达被显著抑制。
• •
  蛋白质组学：蛋白质组学分析进一步验证了转录组学的发现。差异表达蛋白在蛋白消化与吸收、p53信号通路、白细胞跨内皮迁移等通路上富集。其中，细胞周期蛋白依赖性激酶1（CDK1）是CAG模型中显著上调，而经MSC和MSC-CM治疗后显著下调的共同关键蛋白。
• •
  代谢组学：非靶向代谢组学分析发现，D-核糖是CAG组中异常上调的代谢物，而MSC和MSC-CM治疗后其水平显著降低。
• •
  脂质组学：脂质组学数据显示，MSC-CM治疗显著影响了与脂质代谢相关的多种脂质分子水平。

4. 实验验证“CXCL9/CXCL10/CXCL11-CDK1-D-ribose”轴

综合多组学及实验数据发现，Cxcl9/Cxcl10/Cxcl11、Cdk1和D-ribose在CAG模型中均异常上调，而MSC和MSC-CM治疗可显著抑制它们的表达。在IFN-γ刺激的THP-1巨噬细胞中，MSC-CM能够剂量依赖性地降低CXCL9、CXCL10、CXCL11和IL-6的基因表达。Western blot验证了CDK1蛋白在CAG胃组织中表达上调，治疗后下调。

结论

本研究证实，hUC-MSC及其条件培养基MSC-CM能够有效缓解大鼠CAG模型的胃黏膜萎缩，减轻局部炎症。其治疗功效主要通过旁分泌机制实现。在分子机制上，MSC协调靶向“CXCL9/CXCL10/CXCL11-CDK1-D-ribose”这一关键信号轴，从而抑制炎症反应，促进胃黏膜萎缩的恢复。这项研究为基于MSC的CAG细胞疗法提供了坚实的临床前证据和新的分子机制见解，并提示MSC-CM作为一种无细胞治疗产品，具有广阔的应用前景。