2区7.3分！转录组生信分析+功能验证！IL-1β预刺激BM-MSCs通过NF-κB信号促进中性粒细胞迁移：BAY 11-7082抑制后趋化能力恢复至对照水平！

间充质干细胞（MSC）治疗急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的临床试验结果参差不齐，部分原因可能是患者肺部微环境中炎症因子的差异影响了MSC的功能。IL-1β是ARDS的关键促炎因子，但它是如何改变MSC行为的？本研究将人骨髓来源MSC暴露于20 ng/ml IL-1β 1小时或24小时后，进行bulk RNA-seq、蛋白质组学分析以及中性粒细胞迁移功能实验。结果令人震惊：IL-1β暴露后，MSC中351个基因显著上调，包括CCL2、CXCL1、CXCL5和CXCL8等中性粒细胞趋化关键因子；蛋白质水平验证同样显著升高。更为关键的是，IL-1β刺激的MSC条件培养基使中性粒细胞迁移数量显著增加，而这种效应可被NF-κB抑制剂BAY 11-7082完全阻断——抑制后迁移水平恢复至未刺激对照水平。本研究首次从机制上证明：宿主炎症环境中的IL-1β通过NF-κB通路将MSC“推”向促炎表型，可能解释了为何部分ARDS患者MSC治疗无效甚至加重病情。

今天给大家解读一篇4月发表在《Stem Cell Research & Therapy》上的题目为“IL-1β modulates inflammatory response of human bone marrow-derived MSCs and neutrophil recruitment in vitro via NF-kB-associated signaling.”的文章。该研究针对 MSC 治疗 ARDS 临床效果不稳定的问题，探索了宿主微环境中炎症因子 IL-1β 对 MSC 功能的影响。研究人员在体外用 IL-1β 处理 BM-hMSC，通过 RNA 测序、蛋白定量和中性粒细胞迁移实验，证实了 IL-1β 能够激活 NF-kB 信号，上调 MSC 表达多种趋化因子，显著增强其招募中性粒细胞的能力。研究指出，在 IL-1β 水平高的 ARDS 患者肺部环境中，输入的外源性 MSC 可能会被诱导成一个“促炎”角色，反而加剧中性粒细胞浸润，这可能是导致临床试验结果不一致的原因之一。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！

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团队成员合影（位于上海陆家嘴中心，可随时预约参观）
       
       
       

        
       
       
       

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CNSknowall 平台 Pubmed+AI 快速提炼全文要点

研究思路：

1. 体外模拟
   使用 20 ng/ml 的 IL-1β 处理人骨髓来源的 MSC，模拟其在炎症微环境中被激活的状态。
2. 基因与蛋白层面探索
   通过批量 RNA 测序分析 IL-1β 刺激后MSC的转录组变化，并利用 Olink 和 ELISA 技术验证关键蛋白（如趋化因子 CCL2、CXCL1、CXCL5、CXCL8）的分泌情况。
3. 功能验证
   利用 Transwell 迁移系统，以 IL-1β 处理过的 MSC 的条件培养基作为趋化源，检测其对原代人中性粒细胞的体外招募能力。
4. 通路验证
   引入 NF-kB 通路抑制剂（BAY 11-7082），观察在阻断该通路后，IL-1β 对 MSC 趋化因子分泌及中性粒细胞招募能力的影响是否发生变化，从而揭示 IL-1β 作用的关键信号通路。

研究亮点：

1. 机制探究
   该研究通过联合 RNA 测序、蛋白质组学分析和体外功能实验，系统地揭示了 IL-1β 调控 MSC 功能及与免疫细胞（中性粒细胞）相互作用的潜在分子机制。
2. 临床相关性
   研究结果直接关联到 ARDS 的病理机制（以中性粒细胞在肺部积聚为特征），为解释为何不同患者在接受 MSC 治疗后临床效果存在显著异质性提供了新的理论依据。
3. 通路验证
   通过使用 NF-kB 抑制剂，在功能实验（中性粒细胞迁移实验）和蛋白水平（Western blot）上双重验证了 NF-kB 通路在该过程中的关键驱动作用。

研究结果：

1. 转录组变化
   与未刺激的对照组相比，IL-1β 暴露 1 小时后，BM-hMSC 中有 351 个基因显著上调。这些基因富集于“免疫应答”、“对生物刺激的反应”等生物过程，其中中性粒细胞招募的关键趋化因子基因（如 CCL2、CXCL1、CXCL5、CXCL8）和 NF-kB 信号通路相关基因（如 NFKBIA、NFKBIZ）显著上调。
2. 蛋白水平验证
   ELISA 和 ELLA 检测证实，IL-1β 刺激后，BM-hMSC 分泌的 CCL2、CXCL1、CXCL5 和 CXCL8 蛋白水平均显著高于对照组 (p < 0.0001)。
3. 功能增强
   中性粒细胞迁移实验表明，IL-1β 处理过的 BM-hMSC 的条件培养基对中性粒细胞的招募能力显著高于对照组 (p = 0.0272)。
4. 通路依赖
• 使用 NF-kB 抑制剂 BAY 11-7082 后，IL-1β 诱导的 CXCL1 分泌被完全抑制，水平回落至与未刺激对照组无异（p < 0.0001）。
• 同样，NF-kB 抑制剂显著削弱了 IL-1β 处理的 MSC 招募中性粒细胞的能力，使其水平与未刺激对照组无显著差异 (p = 0.9118)。

研究总结：

• 结论
  IL-1β 能够通过激活 NF-kB 信号通路，改变 BM-hMSC 的基因和蛋白表达谱，使其向促炎表型转化，显著增强其招募中性粒细胞的潜能。
• 临床启示
  该发现为理解 MSC 治疗的异质性提供了重要机制解释。即，在 IL-1β 水平较高的 ARDS 患者肺部，输入的 MSC 可能非但不能抑制炎症，反而会加剧中性粒细胞的进一步浸润和后续的组织损伤，导致病情恶化。这凸显了根据患者的具体免疫微环境（如炎症因子谱）来筛选或预处理 MSC 的重要性。
• 研究局限性
  作者坦诚指出了研究的局限性，包括仅使用了一种浓度的 IL-1β (20 ng/ml)、一个广谱的 NF-kB 抑制剂、以及缺乏体内动物实验的验证。因此，这些结论外推至临床 ARDS 患者仍需谨慎，并需要进一步的体内研究来证实。同时，不同供体来源的 BM-hMSC 在分泌量上存在差异，但一致地对 IL-1β 表现出强烈的促炎表型转换。

结果译文：

为初步确定IL-1β是否对BM-hMSCs具有毒性，我们将细胞暴露于20 ng/ml IL-1β 1小时或24小时。重要的是，通过乳酸脱氢酶释放测定，BM-hMSCs能够耐受IL-1β。IL-1β暴露的BM-hMSCs释放的LDH水平显著低于未刺激的对照BM-hMSCs（p = 0.0006，补充图1A和C）。此外，与未刺激的对照细胞相比，IL-1β暴露的BM-hMSCs的代谢活性显著增加（p < 0.0001，补充图1B）。

为了更好地理解和描述差异表达基因的生物学功能，我们对过表达的基因列表进行了GO富集分析。在这里，我们发现与未刺激的BM-hMSCs相比，IL-1β改变的基因属于参与生物体间相互作用、对生物刺激的应答、对其他生物体的应答、对外部生物刺激的应答以及免疫应答的生物学过程（图2C）。为了进一步探索应关注的通路，我们绘制了前5个GO术语及其关联基因的聚类网络图（补充图3）。聚类网络图清楚地表明，前4个通路聚类在一起，而免疫应答节点单独聚类。考虑到免疫应答节点与其他4个通路相比具有不同的基因网络，以及其在ARDS病理中的生物学相关性，我们决定将研究重点放在免疫应答通路中包含的基因上。为了进一步探索免疫应答通路，我们绘制了该通路中涉及基因的热图（图3）。我们在火山图中被鉴定为一个簇的CCL2、CXCL1、CXCL5和CXCL8基因（图1D），被发现参与了免疫应答通路。这些都是参与中性粒细胞募集并对其至关重要的基因，这与ARDS发病机制中涉及的中性粒细胞以及我们之前的发现相关[12]。有趣的是，参与调控信号通路（尤其是NF-κB信号通路）的基因，如REL、NFKB1、NFKB2、RELB、NFKBIA、NFKBIZ、TNFAIP3、TRAF2和TIFA（图3），在IL-1β暴露的BM-hMSCs中也出现差异上调。

基于免疫应答通路中的发现，我们接下来想要评估IL-1β刺激的BM-hMSCs在中性粒细胞募集中的作用。我们利用Transwell系统评估来自IL-1β暴露的BM-hMSCs的条件培养基是否比未刺激的BM-hMSCs增加中性粒细胞募集能力（图4A）。这些结果表明，与未刺激的对照相比，IL-1β刺激的BM-hMSCs显著增加了中性粒细胞迁移（p = 0.0272，图4B）。接下来，我们想要评估这种中性粒细胞募集能力是否通过NF-κB通路驱动，因为在RNA测序数据中鉴定出多个编码参与NF-κB信号通路蛋白的基因。因此，我们在有或没有加入NF-κB抑制剂BAY 11-7082的情况下进行了中性粒细胞迁移实验。为了首先验证抑制剂有效，我们测量了经IL-1β暴露（有或无NF-κB抑制剂）的BM-hMSCs条件培养基中CXCL1的水平。结果表明，与未刺激细胞相比，暴露于IL-1β的BM-hMSCs培养基中的CXCL1表达显著增加（p < 0.0001，图4C）。相反，在暴露于IL-1β联合NF-κB抑制剂的BM-hMSCs条件培养基中，与仅暴露于IL-1β的BM-hMSCs相比，观察到CXCL1显著降低（p < 0.0001）。未刺激细胞与同时暴露于IL-1β和抑制剂的BM-hMSCs之间未观察到显著差异（p > 0.9999）（图4C）。为了进一步验证NF-κB抑制，进行了Western blot分析，证实了在存在BAY 11-7082抑制剂的情况下，经IL-1β处理的BM-hMSCs中NF-κB通路激活减少（图4D）。总之，这些结果确保我们抑制剂效果良好，因此我们在有或无NF-κB抑制剂的情况下进行了中性粒细胞迁移实验。与仅暴露于IL-1β的BM-hMSCs相比，NF-κB抑制显著抑制了中性粒细胞募集能力（p = 0.0282）。重要的是，未刺激的BM-hMSCs与同时暴露于IL-1β和NF-κB抑制剂的细胞之间没有发现显著差异（p = 0.9118）。综上所述，这些数据表明，IL-1β刺激通过NF-κB信号通路导致中性粒细胞募集增加。

更多结果和补充图表：doi：10.1186/s13287-026-05029-x

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