本文档是一个关于单项原创研究的学术论文，题为《Human umbilical cord mesenchymal stem cells derived exosome shuttling mir-129-5p attenuates inflammatory bowel disease by inhibiting ferroptosis》，由以下作者完成：Zhiping Wei、Sanhua Hang、Dickson Kofi Wiredu Ocansey、Zhaoyang Zhang、Bo Wang、Xu Zhang 和 Fei Mao。主要研究机构为江苏大学医学院（Key Laboratory of Medical Science and Laboratory Medicine of Jiangsu Province, School of Medicine, Jiangsu University）。论文于2023年发表在Journal of Nanobiotechnology期刊上，DOI为：https://doi.org/10.1186/s12951-023-01951-x。
炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）是一种慢性肠道炎症性疾病，主要分为溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）和克罗恩病（Crohn’s disease, CD）。这类疾病通常与肠道菌群失衡、环境及遗传因素相关，近年来随着工业化的推进，IBD已成为一种全球性疾病。现有治疗方案局限于缓解病情，疗效不佳，使得开发新的治疗方法成为迫切需求。
研究还发现，细胞程序性死亡形式，如铁死亡（ferroptosis），与IBD病理进展密切相关。铁死亡为依赖铁和脂质过氧化反应的一种新型非凋亡细胞死亡方式。通过抑制铁死亡相关通路，可能缓解IBD引起的肠道损伤。
间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）及其外泌体（exosomes, MSC-ex）因其强大的组织修复和免疫调节能力被广泛研究。本研究的目标是探讨人脐带间充质干细胞来源的外泌体（hucMSC-ex）通过mir-129-5p抑制铁死亡并改善IBD的具体机制。
该研究包括以下主要步骤：
研究首先从人脐带组织分离了间充质干细胞（hucMSC）。通过α-MEM培养基与胎牛血清（FBS）培养，采用超速离心方法从上清中提取外泌体（hucMSC-ex）。研究中通过纳米颗粒轨迹分析仪（Nanosight）分析外泌体颗粒浓度和直径，结果显示外泌体粒径集中在30-300 nm，浓度为3.7 × 10¹¹颗粒/mL。透射电子显微镜（TEM）观察到外泌体具有完整的囊泡结构。另外，通过Western blot检测外泌体标志物CD9、CD81、ALIX，并验证其纯度。
研究通过饮用3%葡聚糖硫酸钠（DSS）溶液建立IBD小鼠模型，并通过尾静脉注射hucMSC-ex进行处理。以下实验被用于评估治疗效果： - 体重变化及疾病活动指数（DAI）： DSS组小鼠体重迅速下降，并伴随严重腹泻和便血，而经过hucMSC-ex治疗后，体重恢复稳定，DAI评分降低。 - 脾脏和结肠变化： DSS处理显著引起脾脏肿大和结肠缩短，而hucMSC-ex处理明显改善这些病变。 - 肠道组织蛋白与炎症因子的检测： Western blot分析表明hucMSC-ex增加了增殖标志物PCNA及紧密连接分子Occludin和Claudin-1水平。同时，qRT-PCR显示hucMSC-ex可显著降低促炎因子IL-6、TNF-α和IL-1β的表达，并上调抗炎因子IL-10。
组织切片的HE染色和TUNEL凋亡检测进一步表明，hucMSC-ex可有效修复IBD小鼠的肠道组织病理结构，减少细胞凋亡。
通过分析小鼠结肠组织的铁死亡相关基因和蛋白表达，该研究进一步探索了hucMSC-ex在炎症修复中的作用机制。研究发现： - 在DSS模型中，铁离子转运蛋白DMT1、COX2和ACSL4显著上调，而抗氧化酶GPX4显著下调，伴随总谷胱甘肽（t-GSH）耗竭和铁颗粒沉积。 - hucMSC-ex显著抑制了DMT1、COX2和ACSL4的表达，并增强了GPX4和t-GSH的水平，同时减少了肠道铁颗粒沉积。这表明hucMSC-ex通过恢复抗氧化系统和抑制脂质过氧化，减轻了铁死亡对肠道的破坏。
为了验证hucMSC-ex在体外的抗炎作用，研究在肠上皮细胞（hcoepic）中建立了炎症模型并加入hucMSC-ex。结果显示： - hucMSC-ex降低了促炎因子TNF-α、IL-6、IL-1β的表达，而上调了抗炎因子IL-10。 - Western blot和qRT-PCR进一步证实hucMSC-ex能够抑制脂质过氧化酶ACSL4、DMT1和COX2，并恢复GPX4和t-GSH的水平，提高了细胞存活率。
研究通过小RNA测序发现，在hucMSC-ex中，mir-129-5p显著高表达。StarBase数据库预测显示，mir-129-5p靶向ACSL4的3’-UTR区域。双荧光素酶实验进一步证实了这一相互作用。
通过转染mir-129-5p模拟物（mimics）和抑制剂（inhibitors）来验证其功能，研究显示： - mir-129-5p能够显著下调ACSL4蛋白水平，并恢复GPX4表达，减少脂质过氧化。 - 尾静脉注射转染了mir-129-5p的hucMSC-ex进一步表明，其能够显著缓解DSS诱导的小鼠肠道炎症和组织损伤，同时抑制铁死亡相关指标，包括ACSL4、COX2和DMT1的表达。
本研究证明了，hucMSC-ex通过携带mir-129-5p靶向ACSL4，抑制脂质过氧化和铁死亡，从而缓解炎症性肠病。hucMSC-ex的使用可有效减少肠道炎症、恢复抗氧化系统，并修复受损肠道组织。这一研究为IBD的治疗提供了新的思路和潜在的临床应用方向。
本研究不仅拓展了铁死亡与炎症性肠病之间的机制性理解，还为开发基于外泌体和小RNA的精准治疗提供了实验依据。其创新性在于揭示了hucMSC-ex和mir-129-5p作用于铁死亡调控中的潜力，也为其他与铁死亡相关的疾病提供了可能的治疗方向。