mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-MAL-3295mimmun-3295Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSМитофагия и LPS-индуцированная толерантность в мезенхимальных стволовых клетках (ASC52telo)Mitophagy and LPS-induced Tolerance in Mesenchymal Stem Cells (ASC52telo)https://orcid.org/0000-0002-0451-2594ЖуравлевА. Д.ZhuravlevA. D.

Журавлев Александр Дмитриевич – младший научный сотрудник лаборатории ангиопатологии 

125315, Москва, ул. Балтийская, 8.

Alexander D. Zhuravlev - Junior Research Associate, Laboratory of Angiopathology

8 Baltiyskaya St Moscow 125315

Zhuravel17@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2082-2429НикифоровН. Г.NikiforovN. G.

К.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории ангиопатологии ФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»; старший научный сотрудник лаборатории разработки новых инструментов геномного редактирования ФГБУН «Институт биологии гена» Российской академии наук; старший инженер лаборатории клеточных основ развития злокачественных заболеваний ФГБУН «Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта» Российской академии наук

Москва

PhD (Biology), Leading Research Associate, Laboratory of Angiopathology, Institute of General Pathology and Pathophysiology; Senior Research Associate, Laboratory for Development of Novel Genome Editing Tools, Institute of Gene Biology, Russian Academy of Science; Senior Engineer, Laboratory of Cancer Cell Biology, Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow

nikiforov.mipt@googlemail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7953-0586ВерховаС. С.VerkhovaS. S.

Старший лаборант лаборатории ангиопатологии 

Москва

Senior Laboratory Assistant, Laboratory of Angiopathology

Moscow

verxova.svetlana@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-7710-2202ЧегодаевЕ. С.ChegodaevYe. S.

Младший научный сотрудник лаборатории ангиопатологии 

Москва

Junior Research Associate, Laboratory of Angiopathology

Moscow

egozavr-ch@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2279-0157ЭрдынееваД. Б.ErdyneevaD. B.

Старший лаборант лаборатории ангиопатологии

Москва

Senior Laboratory Assistant, Laboratory of Angiopathology

Moscow

daya-na@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3318-4681ОреховА. Н.OrekhovA. N.

Д.б.н., профессор, заведующий лаборатории ангиопатологии 

Москва

PhD, MD (Biology), Professor, Head, Laboratory of Angiopathology

Moscow

alexandernikolaevichorekhov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5990-4077ЕгоровЕ. Е.YegorovYe. E.

Д.б.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточных основ развития злокачественных заболеваний 

Москва

PhD, MD (Biology), Professor, Leading Research Associate, Laboratory of Cancer Cell Biology

Moscow

egorov58@gmail.comФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»РоссияResearch Institute of General Pathology and PathophysiologyRussian FederationФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»; ФГБУН «Институт биологии гена» Российской академии наук; ФГБУН «Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта» Российской академии наукРоссияResearch Institute of General Pathology and Pathophysiology; Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences; Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБУН «Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта» Российской академии наукРоссияEngelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesRussian Federation202620062026282451456Copyright © Журавлев А.Д., Никифоров Н.Г., Верхова С.С., Чегодаев Е.С., Эрдынеева Д.Б., Орехов А.Н., Егоров Е.Е., 20262026Журавлев А.Д., Никифоров Н.Г., Верхова С.С., Чегодаев Е.С., Эрдынеева Д.Б., Орехов А.Н., Егоров Е.Е.Zhuravlev A.D., Nikiforov N.G., Verkhova S.S., Chegodaev Y.S., Erdyneeva D.B., Orekhov A.N., Yegorov Y.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/3295

Мезенхимальные стволовые клетки рассматриваются как перспективный инструмент клеточной терапии благодаря их регенеративным и иммуномодулирующим свойствам. Однако результаты клинических испытаний остаются неоднозначными: в ряде исследований были отмечены улучшения у участников исследования, тогда как в других не было достоверных отличий от плацебо, более того, у некоторых участников наблюдались побочные эффекты. Одним из направлений повышения эффективности и безопасности МСК-терапий является их целенаправленная предобработка, позволяющая модифицировать секретом. Другим перспективным подходом выступает модуляция митофагии – ключевого механизма контроля качества митохондрий, определяющего стрессоустойчивость и иммунорегуляторные возможности мезенхимальных стволовых клеток. Активная митофагия уменьшает сенесценцию, сохраняет иммуномодулирующие функции мезенхимальных стволовых клеток, благодаря которым они могут способствовать разрешению воспаления. При нарушениях митофагии, могут накапливаться митохондриальные компоненты и АФК, что может усиливать локальное воспаление. Тем самым, терапевтический потенциал мезенхимальных стволовых клеток будет снижаться. Таким образом, целью исследования было сопоставление митофагии и воспалительной толерантности МСК при различных стимуляциях. В настоящем исследовании мы сопоставили оба направления, исследовав митофагический ответ мезенхимальных стволовых клеток на митохондриальный стресс и формирование LPS-индуцированной толерантности. В нашей работе исследована иммортализованная линия адипозо-происхождения ASC52telo в двух экспериментальных схемах. Для анализа митофагии клеткам добавляли FCCP для деполяризации митохондрий. Клетки снимали на конфокальном микроскопе с двойным окрашиванием митохондрий и лизосом. Для оценки толерантности клеткам дважды добавляли LPS и измеряли секрецию цитокинов. Оказалось, что FCCP вызывал выраженную фрагментацию митохондрий и активацию митофагии. Кроме того, секреция TNF и CCL2 значительно снижалась при повторной стимуляции LPS. Таким образом, активация митофагии при остром митохондриальном стрессе и формирование толерантности к эндотоксину LPS в мезенхимальных стволовых клеток представляют собой взаимодополняющие адаптивные механизмы, которые могут быть использованы как мишени для повышения предсказуемости и клинической эффективности МСК-терапий.

Mesenchymal stem cells (MSC) are considered a promising tool for cell therapy due to their regenerative and immunomodulatory properties. However, results from clinical trials remain inconclusive: clinical improvements have been shown in some studies, while other trials did not reveal statistically significant differences from placebo-treated patients. Moreover, some participants experienced adverse effects. Targeted preconditioning of the cells aimed for modifying of their secretome seems to be a strategy to improve the safety and efficacy of MSC-based therapies. Another promising approach is modulation of mitophagy, a key mitochondrial quality-control mechanism that determines stress resilience and immunoregulatory capacity of MSCs. Active mitophagy reduces senescence and preserves immunomodulatory functions of MSCs, thus promoting resolution of inflammation. When mitophagy is impaired, the mitochondrial components and reactive oxygen species may accumulate, thus exacerbating local inflammation. As a result, the therapeutic potential of mesenchymal stem cells may be diminished. Thus, the aim of this study was to compare mitophagy and inflammatory tolerance of MSCs under different stimulation regimens. In the present study, we compared both strategies by examining the mitophagic response of mesenchymal stem cells to mitochondrial stress and the development of LPS-induced tolerance. We used the hTERT-immortalized adipose-derived line ASC52telo in two complementary experimental schedules. To probe mitophagy process, the cells were exposed to FCCP to depolarize mitochondria and then subjected to confocal microscopy after dual staining of mitochondria and lysosomes. To assess their tolerance, the cells were stimulated twice with LPS, and cytokine secretion was measured. We found that FCCP induced pronounced mitochondrial fragmentation and activation of mitophagy. In a separate set of experiments, repeated LPS stimulation led to a marked reduction in TNF and CCL2 secretion. Thus, activation of mitophagy in response to acute mitochondrial stress and establishment of endotoxin (LPS) tolerance in mesenchymal stem cells may be regarded as complementary adaptive mechanisms. These processes may be exploited as targets to increase the predictability and clinical efficacy of MSC-based therapies.

мезенхимальные стволовые клеткимитофагиятолерантность к эндотоксинувоспалениемитохондрииTNFCCL2mesenchymal stem cellsmitophagyendotoxin toleranceinflammationmitochondriaTNFCCL2Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (Грант № 22-15-00273-П)ReferencesChen X., Chen M., Yang Y., Xu C., Lu H., Xu Y., Li X., Wei Y., Zhu Z., Ding Y., Yu W. Lipopolysaccharidepreconditioned mesenchymal stem cell transplantation attenuates critical persistent inflammation immune suppression and catabolism syndrome in mice. Shock, 2022, Vol. 58, no. 5, pp. 417-425.Chen X., Chen M., Yang Y., Xu C., Lu H., Xu Y., Li X., Wei Y., Zhu Z., Ding Y., Yu W. Lipopolysaccharidepreconditioned mesenchymal stem cell transplantation attenuates critical persistent inflammation immune suppression and catabolism syndrome in mice. Shock, 2022, Vol. 58, no. 5, pp. 417-425.Feng X., Yin W., Wang J., Feng L., Kang Y.J., Mitophagy promotes the stemness of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Exp. Biol. Med. (Maywood), 2021, Vol. 246, no. 1, pp. 97-105.Feng X., Yin W., Wang J., Feng L., Kang Y.J., Mitophagy promotes the stemness of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Exp. Biol. Med. (Maywood), 2021, Vol. 246, no. 1, pp. 97-105.Kahrizi M.S., Mousavi E., Khosravi A., Rahnama S., Salehi A., Nasrabadi N., Ebrahimzadeh F., Jamali S. Recent advances in pre-conditioned mesenchymal stem/stromal cell (MSCs) therapy in organ failure; a comprehensive review of preclinical studies. Stem Cell Res. Ther., 2023, Vol. 14, no. 1, 155. doi: 10.1186/s13287-023-03374-9.Kahrizi M.S., Mousavi E., Khosravi A., Rahnama S., Salehi A., Nasrabadi N., Ebrahimzadeh F., Jamali S. Recent advances in pre-conditioned mesenchymal stem/stromal cell (MSCs) therapy in organ failure; a comprehensive review of preclinical studies. Stem Cell Res. Ther., 2023, Vol. 14, no. 1, 155. doi: 10.1186/s13287-023-03374-9.Ko J.H., Lee H.J., Jeong H.J., Kim M.K., Wee W.R., Yoon S.-O., Choi H., Prockop D.J., Oh J.Y. Mesenchymal stem/stromal cells precondition lung monocytes/macrophages to produce tolerance against allo- and autoimmunity in the eye. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2016, Vol. 113, no. 1, pp. 158-163.Ko J.H., Lee H.J., Jeong H.J., Kim M.K., Wee W.R., Yoon S.-O., Choi H., Prockop D.J., Oh J.Y. Mesenchymal stem/stromal cells precondition lung monocytes/macrophages to produce tolerance against allo- and autoimmunity in the eye. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2016, Vol. 113, no. 1, pp. 158-163.Kouchakian M.R., Baghban N., Moniri S.F., Baghban M., Bakhshalizadeh S., Najafzadeh V., Safaei Z., Izanlou S., Khoradmehr A., Nabipour I., Shirazi R., Tamadon A. The Clinical trials of mesenchymal stromal cells therapy. Stem. Cells Int., 2021, 2001, 1634782. doi: 10.1155/2021/1634782.Kouchakian M.R., Baghban N., Moniri S.F., Baghban M., Bakhshalizadeh S., Najafzadeh V., Safaei Z., Izanlou S., Khoradmehr A., Nabipour I., Shirazi R., Tamadon A. The Clinical trials of mesenchymal stromal cells therapy. Stem. Cells Int., 2021, 2001, 1634782. doi: 10.1155/2021/1634782.Liu F., Yuan Y., Bai L., Yuan L., Li L., Liu J., Chen Y., Lu Y., Cheng J., Zhang J. LRRc17 Controls BMSC senescence via mitophagy and inhibits the therapeutic effect of BMSCs on ovariectomy-induced bone loss. Redox Biol., 2021, Vol. 43, 101963. doi: 10.1016/j.redox.2021.101963.Liu F., Yuan Y., Bai L., Yuan L., Li L., Liu J., Chen Y., Lu Y., Cheng J., Zhang J. LRRc17 Controls BMSC senescence via mitophagy and inhibits the therapeutic effect of BMSCs on ovariectomy-induced bone loss. Redox Biol., 2021, Vol. 43, 101963. doi: 10.1016/j.redox.2021.101963.Mukkala A.N., Jerkic M., Khan Z., Szaszi K., Kapus A., Rotstein O. Therapeutic effects of mesenchymal stromal cells require mitochondrial transfer and quality control. Int. J. Mol. Sci. 2023, Vol. 24, no. 21, 15788. doi: 10.3390/ijms242115788.Mukkala A.N., Jerkic M., Khan Z., Szaszi K., Kapus A., Rotstein O. Therapeutic effects of mesenchymal stromal cells require mitochondrial transfer and quality control. Int. J. Mol. Sci. 2023, Vol. 24, no. 21, 15788. doi: 10.3390/ijms242115788.Phinney D.G., di Giuseppe M., Njah J., Sala E., Shiva S., St Croix C.M., Stolz D.B., Watkins S.C., Di Y.P., Leikauf G.D., Kolls J., Riches D.W.H., Deiuliis G., Kaminski N., Boregowda S.V., McKenna D.H., Ortiz L.A. Mesenchymal stem cells use extracellular vesicles to outsource mitophagy and shuttle microRNAs. Nat. Commun., 2015, Vol. 6, 8472. doi: 10.1038/ncomms9472.Phinney D.G., di Giuseppe M., Njah J., Sala E., Shiva S., St Croix C.M., Stolz D.B., Watkins S.C., Di Y.P., Leikauf G.D., Kolls J., Riches D.W.H., Deiuliis G., Kaminski N., Boregowda S.V., McKenna D.H., Ortiz L.A. Mesenchymal stem cells use extracellular vesicles to outsource mitophagy and shuttle microRNAs. Nat. Commun., 2015, Vol. 6, 8472. doi: 10.1038/ncomms9472.Rayat Pisheh H., Sani M. Mesenchymal stem cells derived exosomes: a new era in cardiac regeneration. Stem. Cell Res. Ther., 2025, Vol. 16, no. 1, 16. doi: 10.1186/s13287-024-04123-2.Rayat Pisheh H., Sani M. Mesenchymal stem cells derived exosomes: a new era in cardiac regeneration. Stem. Cell Res. Ther., 2025, Vol. 16, no. 1, 16. doi: 10.1186/s13287-024-04123-2.Tan Y.L., Eng S.P., Hafez P., Abdul Karim N., Law J.X., Ng M.H. Mesenchymal stromal cell mitochondrial transfer as a cell rescue strategy in regenerative medicine: a review of evidence in preclinical models. Stem. Cells Transl. Med., 2022, Vol. 11, no. 8 pp. 814-827.Tan Y.L., Eng S.P., Hafez P., Abdul Karim N., Law J.X., Ng M.H. Mesenchymal stromal cell mitochondrial transfer as a cell rescue strategy in regenerative medicine: a review of evidence in preclinical models. Stem. Cells Transl. Med., 2022, Vol. 11, no. 8 pp. 814-827.Zhang F., Peng W., Zhang J., Dong W., Wu J., Wang T., Xie Z. P53 and parkin co-regulate mitophagy in bone marrow mesenchymal stem cells to promote the repair of early steroid-induced osteonecrosis of the femoral head. Cell Death Dis., 2020, Vol. 11, no. 1, 42. doi: 10.1038/s41419-020-2238-1.Zhang F., Peng W., Zhang J., Dong W., Wu J., Wang T., Xie Z. P53 and parkin co-regulate mitophagy in bone marrow mesenchymal stem cells to promote the repair of early steroid-induced osteonecrosis of the femoral head. Cell Death Dis., 2020, Vol. 11, no. 1, 42. doi: 10.1038/s41419-020-2238-1.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.