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Exosomes-mediated phenotypic switch of macrophages in the immune microenvironment after spinal cord injury - 13/11/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.112311 
Peng Peng 1, Hao Yu 1, Cong Xing, Bo Tao, Chao Li, Jingyuan Huang, Guangzhi Ning , Bin Zhang , Shiqing Feng
 International Science and Technology Cooperation Base of Spinal Cord Injury, Tianjin Key Laboratory of Spine and Spinal Cord Injury, Department of Orthopedics, Tianjin Medical University General Hospital, Tianjin, China 

Correspondence to: Department of Orthopedics, Tianjin Medical University General Hospital, China.Department of Orthopedics, Tianjin Medical University General HospitalChina⁎⁎Correspondence to: Department of Orthopedics, Tianjin Medical University General Hospital, No. 154 Anshan Road, Heping District, Tianjin 300052, China.Department of Orthopedics, Tianjin Medical University General HospitalNo. 154 Anshan Road, Heping DistrictTianjin300052China

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Abstract

Although accumulating evidence indicated that modulating macrophage polarization could ameliorate the immune microenvironment and facilitate the repair of spinal cord injury (SCI), the underlying mechanism of macrophage phenotypic switch is still poorly understood. Exosomes (Exos), a potential tool of cell-to-cell communication, may play important roles in cell reprogramming. Herein, we investigated the roles of macrophages-derived exosomes played for macrophage polarization in the SCI immune microenvironment. In this study, we found the fraction of M2 macrophages was markedly decreased after SCI. Moreover, the M2 macrophages-derived exosomes could increase the percentage of M2 macrophages, decrease that of M1 macrophages while the M1 macrophages-derived exosomes acted oppositely. According to the results of in silico analyses and molecular experiments verification, this phenotypic switch might be mediated by the exosomal miRNA-mRNA network, in which the miR-23a-3p/PTEN/PI3K/AKT axis might play an important role. In conclusion, our study suggests macrophage polarization that regulated by various interventions might be mediated by their own exosomes at last. Moreover, M2 macrophages-derived exosomes could promote M2 macrophage polarization via the potential miRNA-mRNA network. Considering its potential of modulating polarization, M2 macrophages-derived exosomes may be a promising therapeutic agent for SCI repair.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Macrophage polarization that regulated by various interventions might be mediated by their own exosomes.
The underlying mechanism might be the exosomal miRNA-mRNA interaction network.
The miR-23a-3p/PTEN/PI3K/AKT axis was notable in the network.
M2 macrophages-derived exosomes may be a promising therapeutic agent for SCI repair.

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Abbreviations : SCI, Exos, CIBERSORT, miRNA, DE, PTEN, PI3K, CNS, LPS, IFN-γ, IL, TNF-α, Arg1, BMDM, Notch1, Pou4f2, Top1

Keywords : Macrophage polarization, Spinal cord injury, Exosomes, MiRNA-mRNA network, Immune microenvironment


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