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为解决严重脂肪肝缺血 - 再灌注损伤及 USCs 临床应用受限问题，青岛大学研究人员研究 USCs 亚群在该病治疗中的作用。结果显示 SS-USCs 能显著缓解损伤。该研究为相关疾病治疗提供新思路，强烈推荐科研读者阅读。
在肝脏移植的领域里，合适的供体器官就像珍贵的宝藏，严重供不应求。为了缓解这个难题，人们把目光投向了边缘供体肝脏，其中脂肪肝供体占比相当大。可问题来了，严重的肝脂肪变性会让肝脏在经历缺血 - 再灌注损伤（IRI）时雪上加霜，导致早期移植物功能障碍甚至原发性无功能 ，使得超过 60% 的严重脂肪变性肝脏常常被弃用。这就像明明找到了宝藏，却因为一些问题无法使用，着实让人头疼。
在寻找解决办法的过程中，尿液来源的干细胞（USCs）进入了科学家们的视野。USCs 有着诸多优点，采集时无创、获取容易还成本低，而且它自我更新能力强，能分化成多种细胞，在组织和器官再生方面潜力巨大。就像一个小小的细胞 “魔法工厂”，能变出各种需要的细胞。但它也有自己的 “小脾气”，存在异质性，分化潜力也不明确，这大大限制了它在临床上的应用。而且，USCs 其实可以分成两种不同的亚群：纺锤形 USCs（SS-USCs）和米粒形 USCs（RS-USCs），可它们具体有什么功能，大家了解得还很少。还有，USCs 发挥作用主要靠分泌外泌体，可这些外泌体在脂肪肝 IRI 中到底扮演什么角色、怎么发挥作用，都是未解之谜。
为了攻克这些难题，青岛大学的研究人员进行了深入研究，并在《Stem Cell Research & Therapy》期刊上发表了题为 “Heterogeneity of urine-derived stem cells and the potential role of exosomes in the treatment of severe steatotic liver ischemia-reperfusion injury” 的论文 。他们发现，SS-USCs 有着强大的组织修复和抗氧化能力，主要通过外泌体中的 GPX4 蛋白减轻脂肪肝供肝的铁死亡，能显著抑制铁死亡、缓解严重脂肪肝的 IRI；而 RS-USCs 虽然也有独特之处，能向肾脏、神经系统和骨骼系统等特定方向分化，在肾脏系统重建方面潜力很大，但在改善脂肪肝 IRI 方面效果不如 SS-USCs。这一发现意义重大，不仅让我们对尿液来源的干细胞在组织修复和再生中的作用有了新的认识，还为未来开发基于干细胞外泌体的治疗策略找到了关键分子靶点，就像是为治疗严重脂肪肝 IRI 找到了一把新的 “钥匙”。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和批量 RNA 测序（Bulk RNA-seq）技术，这就像是细胞的 “解码器”，可以分析不同细胞亚群的基因表达特征，了解 SS-USCs 和 RS-USCs 的差异；二是构建了大鼠脂肪肝移植模型、小鼠脂肪肝 IRI 模型和脂肪变性肝细胞缺氧 - 复氧（SHP-HR）模型，通过这些模型来模拟疾病发生发展的过程，观察细胞和外泌体的作用；三是采用 4D 无标记蛋白质组学技术，分析 SS-USC-Exo 和 RS-USC-Exo 的蛋白质表达谱，找出关键的蛋白质和信号通路。
下面来看看具体的研究结果：
研究人员从 10 名健康人的 60 份尿液样本中成功分离出了 SS-USCs 和 RS-USCs。通过流式细胞术分析发现，这两种细胞都表达间充质干细胞（MSC）的表面标记。而且，不管传代培养多少次，它们的形态特征都稳稳当当的，不会轻易改变。仔细比较它们的大小，会发现 SS-USCs 的长轴比 RS-USCs 长得多，就像一个身材修长的 “高个子” 和一个小巧圆润的 “小个子” 站在一起。
研究人员对来自 3 名健康人的 P3 代 SS-USCs 和 RS-USCs 进行 Bulk RNA-Seq 分析。结果显示，SS-USCs 在间充质干细胞发育、干细胞分化、伤口愈合调节等关键生物途径中表现活跃，这说明它和间充质干细胞很像，组织修复能力超强，就像一个勤劳的 “修复小能手”。而 RS-USCs 主要富集在肾脏和泌尿生殖系统发育、胚胎骨骼系统发育等途径，暗示着它在肾脏、神经系统和骨骼系统的分化发育方面潜力无限。
之后，研究人员又对混合后的 SS-USCs 和 RS-USCs 进行 scRNA-Seq 分析。经过一系列筛选，将细胞分成了 14 个不同的簇，再根据特征基因集打分，又把它们归为高表达（C1）、中等表达（C2）和低表达（C3）三个主要簇。其中，C1 对应 SS-USCs，C3 对应 RS-USCs。进一步分析发现，C1 在谷胱甘肽代谢、氧化应激反应等通路表现突出，这些通路和抗氧化、细胞生长、组织修复密切相关；C3 则在细胞周期调控、DNA 复制等通路比较活跃，说明它增殖和自我更新能力很强。
在脂肪变性的 HL7702 细胞实验中，研究人员发现，经过 HR 处理后，细胞内的脂质活性氧（Lipid ROS）和丙二醛（MDA）水平大幅上升，细胞活力明显下降。而加入铁死亡抑制剂 Fer-1 后，细胞活力又显著提高，这表明铁死亡在细胞损伤中起着关键作用。接着，研究人员把 S-HL7702 细胞进行 HR 处理，再分别和 SS-USCs 或 RS-USCs 共培养。结果发现，SS-USCs 就像一个 “超级英雄”，能有效降低细胞死亡率、恢复细胞活力、减少脂质 ROS、MDA 和 Fe2?水平，还能增加 GPX4 的表达；而 RS-USCs 在这方面就没什么明显效果。
研究人员还建立了严重脂肪肝移植大鼠模型和严重脂肪肝 IRI 小鼠模型。在这两个模型中，和对照组相比，SS-USCs 处理组的肝组织坏死明显减轻，血清转氨酶水平降低，Fe2?和 MDA 水平也下降了；而 RS-USCs 组则没有这些明显的改善效果。
为了探究外泌体在其中的作用，研究人员用外泌体抑制剂 GW4869 处理 SS-USCs。结果发现，和单独使用 SS-USCs 相比，GW4869 和 SS-USCs 一起处理后，细胞活力下降，脂质 ROS 和 Fe2?水平上升，这表明外泌体是 SS-USCs 发挥作用的主要途径。
研究人员还成功提取了 USCs 分泌的外泌体，通过透射电子显微镜观察到外泌体具有典型的双层脂质双分子层膜结构，粒径分析显示其平均直径为 102.4 ± 9.8nm，Western blotting 也检测到了外泌体相关蛋白标记。把 RS-USC-Exo 和 SS-USC-Exo 分别加入经过 HR 处理的 S-HL7702 细胞中，发现 SS-USC-Exo 在提高细胞活力、降低细胞死亡率、减少脂质 ROS、MDA 和 Fe2?浓度方面，效果都比 RS-USC-Exo 好得多。在大鼠和小鼠的严重脂肪肝模型中，SS-USC-Exo 同样表现出色，能更有效地减轻肝组织坏死、降低血清转氨酶水平、降低肝脏中的 Fe2?和 MDA 浓度，还能显著提高肝脏中 GPX4 蛋白的水平。
研究人员运用 4D 无标记定量蛋白质组学技术，对 SS-USC-Exo 和 RS-USC-Exo 的蛋白质表达谱进行分析。结果发现，这两种外泌体的蛋白质表达谱有明显差异，SS-USC-Exo 中有 317 种蛋白质表达显著升高，631 种蛋白质表达降低。进一步分析发现，这些差异蛋白质和凋亡、细胞内铁离子调节等途径有关。其中，GPX4 在 SS-USC-Exo 和 RS-USC-Exo 中的表达差异最为显著，Western blot 分析也证实了这一点。
研究人员用 shRNAs 下调 SS-USCs 中 GPX4 的表达，发现 shGPX4#1 的抑制效果最强。沉默 GPX4 后，SS-USCsshGPX4#1-Exo 抑制细胞死亡的能力明显下降，脂质 ROS 和 MDA 浓度升高，这表明 GPX4 在 SS-USC-Exo 抑制铁死亡的过程中起着关键作用。研究人员还使用了 GPX4 的两种抑制剂 RSL3 和 ML210，结果发现，当 SS-USCs-Exo 和这两种抑制剂一起处理细胞时，细胞死亡率明显上升，脂质 ROS 和 MDA 水平也显著升高。此外，在 RS-USCs 中过表达 GPX4，虽然能增强 RS-USC-Exo 抑制铁死亡的能力，但还是比不上 SS-USC-Exo。这说明除了 GPX4，还有其他信号分子也参与了 SS-USC-Exo 抑制铁死亡的过程。
在研究结论和讨论部分，我们可以看到，这项研究成果意义非凡。它不仅清晰地揭示了 SS-USCs 和 RS-USCs 的不同特性，还明确了 SS-USCs 及其外泌体在抑制铁死亡、缓解严重脂肪肝 IRI 方面的重要作用，尤其是发现了 GPX4 蛋白在其中的关键角色。这就像是在黑暗中点亮了一盏明灯，为未来治疗严重脂肪肝 IRI 提供了新的方向和潜在的治疗靶点。不过，研究人员也发现，抑制 GPX4 并没有完全消除 SS-USC-Exos 对 SHP-HR 的影响，说明还有其他未知的机制在发挥作用。未来，还需要进一步深入研究，探索更多的奥秘，让这项研究成果能更好地应用到临床治疗中，为患者带来更多的希望。
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