内皮细胞外囊泡运载FSTL1激活TLR4/JAK3/STAT3/IRF-1信号通路诱导急性肺损伤的新机制

子科生物报道：急性肺损伤（ALI），包括急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是心脏体外循环手术后一种潜在危及生命的并发症，发生率高。心脏体外循环手术导致全身炎症反应可能是引起术后ALI /ARDS的重要原因，但具体的发病机制尚不清楚。细胞外囊泡（EVs）是机体细胞激活或凋亡时分泌的微小囊泡，具有细胞间物质运输与信息交流等功能。但EVs是否参与心脏体外循环手术后ALI /ARDS的发生鲜有报道。

     近日，中山大学附属第一医院区景松课题组和广州医科大学附属第一医院、广州呼吸疾病研究院徐军课题组合作在Science China Life Sciences发表了题为“Endothelial extracellular vesicles induce acute lung injury via follistatin-like protein 1”的研究论文，揭示了内皮EVs通过运载FSTL1 激活TLR4/JAK3/STAT3/IRF-1信号通路诱导心脏体外循环手术后ALI /ARDS的新机制。

      在前期的研究中，区景松教授课题组首次揭示了瓣膜性心脏病患者在心脏体外循环手术前后EVs的蛋白质成分发生变化,术后EVs包含有主要参与凝血中的独特蛋白（Shock 2019）。Ⅰ型纤溶酶原激活剂抑制物（PAI-1）是参与凝血的重要物质，过往研究发现心脏体外循环手术患者中的PAI-1水平升高与ARDS风险增加有关（Respir Care 2018）,提示PAI-1和EVs在心脏体外循环术后发生ARDS之间存在重要联系。同时，徐军教授课题组前期发现了主要参与固有免疫炎症反应的信号通路关键性的靶位点不仅与病毒介导的ALI有关，可能也是EVs相关ALI的重要靶点。

      采用一系列复合实验，包括患者样本、小鼠模型、显微CT扫描和蛋白质生物化学等，本研究进一步发现在心脏体外循环手术过程中血浆PAI-1和eEVs （内皮EVs）的产生明显增加，血浆PAI-1升高与eEVs的增加呈正相关;同时血浆PAI-1和eEV水平的升高与术后ARDS发生也呈正相关。PAI-1可以刺激血管内皮细胞产生富含卵泡抑素样蛋白1(FSTL1)的eEVs进入血循环，eEVs运载FSTL1到肺血管内皮细胞，与参与固有免疫炎症反应的内皮细胞表面的受体toll样受体4 (TLR4)结合，并激活TLR4刺激下游信号级联Janus激酶2/3（JAK2/3）-信号转导转录激活因子3（STAT3）-干扰素调节因子1（IRF-1）的反应，并形成正反馈环，导致细胞因子/趋化因子爆发和过度表达诱导型一氧化氮合酶(iNOS)导致氧化应激，最后继发性肺部炎症反应引起ALI/ARDS。更重要的是JAK2/3抑制剂AG490 (目前临床可以使用)或STAT3抑制剂 S3I-201可以减轻ALI/ARDS的发生；eEVs诱导的ALI/ARDS在TLR4-/-和iNOS-/-的小鼠中同样得到减轻；清除eEVs中的FSTL1也可以减轻eEVs诱导的ALI/ARDS发生。因此，本研究阐明了心脏体外循环手术后发生ALI/ARDS的新颖分子机制，并为治疗心脏体外循环手术后发生ALI/ARDS提供新的靶点和药物。