脓毒症伤肺又“造疤”难破？IF 12+研究实锤：PGC-1α“拿捏”迁移体，破解思路藏在这里！

该研究聚焦脓毒症相关肺纤维化（SAPF）中巨噬细胞-肌成纤维细胞转化（MMT）的机制缺口，以“迁移体介导的细胞间通讯”为核心切入点，采用“体内模型+体外验证+分子调控”的研究思路突破：首先构建脂多糖（LPS）诱导的SAPF小鼠模型，结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）确认MMT在SAPF中的存在；随后通过成纤维细胞-巨噬细胞共培养体系，探究LPS对成纤维细胞迁移体分泌的影响及迁移体中线粒体DNA（mtDNA）的作用；再深入解析PGC-1α（过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α）对线粒体功能、迁移体释放及MMT的调控机制；最后通过PGC-1α过表达AAV载体干预，在体内验证其对SAPF的缓解效果，最终明确“LPS抑制PGC-1α→线粒体功能障碍→mtDNA迁移体释放→MMT→SAPF”的调控轴，为SAPF治疗提供新机制与靶点。

研究背景

脓毒症引发的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）进展中，脓毒症相关肺纤维化（SAPF）是关键病理阶段，肺成纤维细胞聚集活化形成纤维灶是SAPF发生发展的核心。近年研究发现，巨噬细胞-肌成纤维细胞转化（MMT）是SAPF中肌成纤维细胞的新型来源，但其驱动机制尚未明确。

迁移体作为新型细胞外囊泡，直径0.5-3μm，通过细胞迁移时的回缩纤维释放，可携带线粒体、蛋白质等物质介导细胞间通讯，已在胚胎发育、组织再生中发挥重要作用，但其在SAPF中的分泌机制及下游效应尚未探索。此外，PGC-1α作为调控线粒体生物合成的关键转录辅激活因子，与肺损伤修复密切相关，且线粒体DNA（mtDNA）释放可引发炎症反应，与ARDS发展相关，但PGC-1α是否通过调控成纤维细胞迁移体释放影响MMT，仍缺乏相关研究，需深入探究。

 

研究结果

1、LPS诱导的肺纤维化中存在巨噬细胞-肌成纤维细胞转化（MMT）

通过scRNA-seq对LPS诱导的SAPF小鼠肺组织进行分析，UMAP聚类识别出包括成纤维细胞、巨噬细胞在内的多种细胞类型；RNAvelocity分析显示，LPS组中巨噬细胞向间充质细胞、成纤维细胞转化的轨迹明显，对照组无此现象；伪时间分析进一步证实，LPS组巨噬细胞可从CD68⁺α-SMA⁻状态逐步过渡到α-SMA⁺CD68⁻的成纤维细胞状态；流式细胞术检测发现，LPS组肺组织中α-SMA⁺CD68⁺的MMT细胞、α-SMA⁺CD86⁺的M1-MMT细胞及α-SMA⁺CD206⁺的M2-MMT细胞比例均显著高于对照组；多重免疫荧光成像证实，LPS组肺组织中存在F4/80⁺CD86⁺α-SMA⁺和F4/80⁺CD206⁺α-SMA⁺的MMT细胞，对照组无明显阳性信号。这些结果表明，LPS诱导的SAPF模型中存在MMT过程，且M1、M2型巨噬细胞均可通过MMT转化为肌成纤维细胞，为SAPF中肌成纤维细胞的来源提供了新解释。

 

2、LPS刺激促进成纤维细胞迁移及迁移体释放

通过体外实验观察LPS对L929成纤维细胞的影响，WGA染色显示，LPS处理48h后，成纤维细胞表面迁移体数量显著增加，且迁移体形态典型；Western blot检测发现，LPS组迁移体特异性标志物（整合素α5、NDST1、TSPAN4）的蛋白表达显著上调；透射电镜（TEM）观察到纯化的迁移体中含有线粒体结构，且Western blot进一步验证了迁移体标志物的存在（图2E、F）；划痕实验显示，LPS组成纤维细胞迁移面积显著大于对照组；体内实验中，LPS处理小鼠肺组织的迁移体标志物表达显著升高，TEM也观察到肺组织中存在迁移体样结构。这些结果表明，LPS刺激可在体内外显著促进成纤维细胞迁移，并诱导其释放迁移体，提示迁移体可能参与成纤维细胞与巨噬细胞的互作及SAPF进展。

 

3、成纤维细胞释放的mtDNA迁移体促进LPS诱导肺纤维化中的MMT

通过Transwell共培养系统探究迁移体的作用，使用3μm孔径Transwell（允许迁移体通过）时，LPS处理的成纤维细胞可显著上调巨噬细胞中α-SMA的表达，而单独LPS刺激巨噬细胞无此效应；使用0.4μm孔径Transwell（阻断迁移体通过）时，LPS对巨噬细胞α-SMA表达无显著影响；加入迁移体抑制剂SAR407899后，巨噬细胞α-SMA表达随抑制剂浓度升高而降低；共聚焦成像显示，LPS处理使成纤维细胞线粒体碎片化，胞质中dsDNA（mtDNA）增多，且部分dsDNA与迁移体共定位；纯化的LPS组成纤维细胞迁移体（0.1μg）可显著上调巨噬细胞α-SMA表达，且LPS组成纤维细胞来源的mtDNA转染巨噬细胞后，也能促进α-SMA表达；此外，LPS组TSPAN4-mCherry标记的迁移体被巨噬细胞吞噬的效率显著高于对照组。这些结果表明，LPS诱导成纤维细胞释放含mtDNA的迁移体，这些迁移体被巨噬细胞摄取后可促进其向肌成纤维细胞转化，是MMT过程的关键驱动因素。

 

4、激活PGC-1α可缓解LPS诱导的线粒体功能障碍并抑制成纤维细胞mtDNA迁移体形成

探究PGC-1α对迁移体形成的调控，CCK-8实验确定25μMPGC-1α激活剂ZLN005无明显细胞毒性，且ZLN005可上调LPS处理成纤维细胞中PGC-1α的表达，降低α-SMA水平；构建PGC-1α过表达L929细胞系，WGA染色显示，即使在LPS刺激下，PGC-1α过表达组成纤维细胞的迁移体数量仍显著少于空载体组；划痕实验显示，PGC-1α过表达组成纤维细胞迁移面积显著小于空载体组；Western blot检测发现，LPS诱导的迁移体标志物PIGK表达上调被PGC-1α过表达逆转；此外，PGC-1α过表达可上调线粒体转录因子A（mtTFA）的表达，增加成纤维细胞总mtDNA含量，减少胞质中mtDNA泄漏，且降低迁移体中dsDNA的阳性比例；TSPAN4-mScarlet标记实验显示，PGC-1α过表达组成纤维细胞的迁移体被巨噬细胞吞噬的效率显著降低。这些结果表明，激活PGC-1α可改善LPS诱导的成纤维细胞线粒体功能障碍，减少mtDNA泄漏及迁移体形成，进而降低迁移体被巨噬细胞摄取的效率。

 

5、成纤维细胞中PGC-1α介导的mtDNA迁移体释放是MMT所必需的

通过共培养实验分析PGC-1α的作用，使用3μm孔径Transwell时，LPS处理的PGC-1α过表达成纤维细胞共培养组，巨噬细胞总mtDNA及胞质mtDNA含量显著低于LPS处理的空载体组；使用0.4μm孔径Transwell时，各组巨噬细胞mtDNA含量无显著差异；Western blot显示，3μm孔径Transwell条件下，PGC-1α过表达组成纤维细胞可显著降低巨噬细胞α-SMA的表达；而在0.4μm孔径Transwell或加入迁移体抑制剂时，PGC-1α过表达对巨噬细胞α-SMA表达的影响消失；将不同处理组成纤维细胞的mtDNA转染巨噬细胞，发现LPS组mtDNA可上调α-SMA表达，而PGC-1α过表达+LPS组mtDNA的该效应显著减弱。这些结果表明，成纤维细胞中PGC-1α通过抑制mtDNA迁移体释放，减少巨噬细胞对mtDNA的摄取，进而抑制MMT过程，且该作用依赖于迁移体的介导。

 

6、激活PGC-1α通过抑制MMT过程缓解LPS相关肺纤维化

通过体内干预实验验证PGC-1α的作用，小鼠气管内注射PGC-1α过表达AAV后，LPS处理的PGC-1α过表达组（LPS+OE）生存率显著高于LPS+空载体组，且体重下降幅度更小；HE和Masson染色显示，LPS+OE组肺组织炎症浸润和胶原沉积显著少于LPS+空载体组；Western blot检测发现，LPS+OE组肺组织中mtTFA表达上调，α-SMA和迁移体标志物PIGK表达下调，总mtDNA含量增加；TEM显示，LPS+OE组成纤维细胞线粒体损伤（肿胀、嵴缺失）较LPS+空载体组显著缓解；流式细胞术和免疫荧光显示，LPS+OE组肺组织中α-SMA⁺CD68⁺的MMT细胞、α-SMA⁺CD86⁺的M1-MMT细胞及α-SMA⁺CD206⁺的M2-MMT细胞比例均显著低于LPS+空载体组。这些结果表明，体内激活PGC-1α可通过抑制MMT过程，减轻LPS诱导的肺组织炎症和纤维化，证实了PGC-1α作为SAPF治疗靶点的潜力。

 

结论

本研究系统揭示了PGC-1α调控迁移体分泌影响脓毒症相关肺纤维化（SAPF）的机制：LPS刺激抑制肺成纤维细胞中PGC-1α的表达，导致线粒体功能障碍、mtDNA在胞质积累，进而促进含mtDNA的迁移体释放；这些迁移体被巨噬细胞摄取后，可诱导巨噬细胞向肌成纤维细胞转化（MMT），最终加剧肺纤维化；而激活或过表达PGC-1α可改善线粒体功能，减少mtDNA迁移体释放，抑制MMT过程，从而缓解SAPF。研究不仅首次建立了“PGC-1α-线粒体-mtDNA迁移体-MMT”的SAPF调控轴，还为SAPF的治疗提供了新的潜在靶点（如PGC-1α激活剂、迁移体抑制剂），为后续临床转化研究奠定了理论基础。