先天性膈疝（CDH）是一种胎儿先天性缺陷，发病率和死亡率都很高，主要是由于肺发育不良。胎儿肺发育不良的病理生理学仍然有待阐明。自噬是一种关键的细胞存活机制，最近据报道对肺分支形态发生至关重要，但此前尚未在CDH肺中进行研究。在过去的四十年里，研究工作的重点是寻找一种促进子宫内肺发育的疗法。羊水干细胞来源的胞外囊泡 (AFSC-EVs) 的给药已成为恢复正常胎儿肺发育的潜在疗法。
来自加拿大多伦多病童医院的研究人员首次表明，自噬在肺发育不良的体外和体内胚胎模型中受损，AFSC-EV 给药可将自噬状态恢复到正常状态。机制研究表明，AFSC-EV 对自噬状态的拯救作用主要由 miR-17 和 miR-20a 转移介导。这项研究发表于呼吸疾病领域权威顶级期刊American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine上。
胎儿肺发育不良（Fetal lung underdevelopment），也称为pulmonary hypoplasia，其特征是肺分支形态发生减少。肺发育不良的最常见原因是先天性膈疝（congenital diaphragmatic hernia，CDH），这是由于胎儿膈肌闭合不全、腹部器官疝入胎儿胸部而导致的出生缺陷。尽管进行了数十年的研究，但 CDH 的发病率和死亡率仍然很高，这与肺发育不良的严重程度直接相关。有共识认为，出生后干预CDH为时已晚，因为一些胎儿在子宫内死亡或被终止，其余一些胎儿在出生后死亡，而那些存活并接受手术的患儿却永远无法恢复正常的肺功能。这需要我们在胚胎时期发现CDH并做相应的早期干预治疗。
研究人员证明，在各种肺发育不良的啮齿动物模型中，使用源自羊水干细胞的细胞外囊泡(AFSC-EV) 可通过促进肺分支形态发生、挽救上皮细胞分化和体内平衡来增强胎儿肺发育。EV是介导细胞间通讯并负责干细胞旁分泌信号传导的膜结合纳米颗粒。EV以生物活性分子的形式携带货物，包括遗传物质。通过研究AFSC-EV的作用机制，研究人员发现它们对胎儿肺组织的有益影响部分是通过调节肺发育相关基因表达的miRNA 发挥的。特别是， miR17~92 簇的成员在AFSC-EVs 中高度富集，控制肺分支形态发生、肺祖细胞增殖和分化、表面活性蛋白C分泌和肺泡化。然而，AFSC-EV 给药对肺再生作用的潜在机制仍有待充分阐明。
自噬最近被报道为协调正常肺发育所需的生物学过程之一。具体而言，受损的自噬会损害肺分支形态发生，从而减少支气管肺发育不良 (BPD) 中的囊状形成，这是一种以继发于早产的肺不成熟为特征的疾病。自噬是一种进化保守的过程，可为受损细胞和器官提供保护功能。它被认为是维持气道上皮细胞稳态所必需的，一些研究表明，自噬受损会导致上皮细胞功能障碍。由于 BPD 患者的肺发育不成熟，类似于继发于 CDH 的肺发育不良的患儿，研究人员研究了自噬是否也在胎儿发育不良的肺中失调。
在这项研究里，研究人员发现，在啮齿动物的肺发育不同阶段和人类胎儿肺发育不良模型中，自噬信号传导受损。同时，研究人员评估了整个妊娠期发育不良肺的自噬水平，并确定 AFSC-EV 给药是否通过自噬介导的机制改善分支形态发生。
首先，研究人员通过超速离心从 c-kit+ AFSC 条件培养基中分离 EV，并通过大小、形态和 EV 标记表达进行表征。通过向孕期动物施用硝基芬、在人胎肺外植体中通过用NSC23766 阻断 RAC1活性来抑制大鼠胎儿中的分支形态发生。在体外（大鼠和人胎肺外植体）和体内（大鼠胎肺）分析自噬激活剂（BECN1 和 ATG5）和接头蛋白SQSTM1的表达。最后，使用 AFSC-EV 货物中含有的已知可调节自噬的 microRNA-17 和 -20a 抑制剂对大鼠胎儿原代肺上皮细胞进行了机制研究。
结果显示，大鼠和人胎肺发育不良模型均显示不同发育阶段的自噬减少。AFSC-EV的处理通过转移 EV中的 miR-17~92 簇成员恢复了两种肺发育不全模型中的自噬水平。该研究认为，AFSC-EV治疗是通过miRNA 货物转移恢复自噬来挽救肺分支形态发生的。这项研究增强了我们对肺发育不全发病机制的理解，并为 CDH患儿的胎儿治疗干预创造了新的机会。
参考文献：Autophagy is Impaired in Fetal Hypoplastic Lungs and Rescued by Administration of Amniotic Fluid Stem Cell Extracellular Vesicles [published online ahead of print, 2022 Jun 7]. Am J Respir Crit Care Med. 2022;10.1164/rccm.202109-2168OC.
