[00334187]干细胞与心肌互作调控心肌病理重塑与再生的研究

近年来,心血管疾病的发病率和死亡率正在逐年攀升。每年全世界死于心血管疾病的患者人数高达1500万人,居各种死因首位,严重威胁人类健康。虽然目前在临床上应用药物治疗、内科介入治疗和外科手术等治疗措施能够在一定程度上缓解心血管疾病的症状,但是都无法从根本上修复受损心脏,心血管疾病的致残率和致死率仍然没有得到明显改善。究其原因是对于心血管疾病病理过程的认识十分有限,一些重要的作用机制和靶点仍然没有被发现,且尚缺乏新的治疗方法和手段。近年来研究发现,干细胞因可分化为心肌细胞而被应用于心血管疾病的治疗,并在心肌再生和修复研究中展现出广阔的应用前景。在本项目中,我们联合应用电生理学、分子生物学、生物信息学及药理学等多种实验技术,探讨干细胞与心肌互作调控对心血管疾病病理过程的影响,寻找修复受损心脏的新方法和新靶点,并据此提出新的治疗策略。所获研究成果如下： （1）率先发现调控骨髓间充质干细胞向心肌定向分化的新靶点-microRNAs。我们发现miR-124可以抑制骨髓间充质干细胞向心肌分化,而沉默miR-124可以激活转录因子STAT3表达,加速骨髓间充质干细胞分化为心肌细胞。该发现首次揭示microRNAs在骨髓间充质干细胞向心肌分化中的重要作用,为促进骨髓间充质干细胞移植后向心肌分化提供了新靶点,解决了骨髓间充质干细胞向心肌分化率低这一干细胞移植难题; （2）骨髓间充质干细胞移植存在安全性问题,即可诱导心律失常和心源性猝死的发生,极大限制了骨髓间充质干细胞的临床应用。我们的研究首次发现骨髓间充质干细胞能够通过分泌bFGF增加心肌细胞瞬时外向钾电流,缩短心肌动作电位时程,逆转心梗后KV4.2等钾离子通道重构,进而抑制心梗后心律失常的发生。该发现首次揭示骨髓间充质干细胞可通过旁分泌作用影响心肌细胞电信号传导,进而抑制心梗后心律失常,解决了骨髓间充质干细胞移植的安全性问题。同期,我们的研究发现,骨松宁能够有效预防心肌梗死后心律失常的发生。离体实验证实,骨松宁可激活L型钙通道而非钾通道,降低其对心肌梗死后心律失常的敏感性。该研究提示,骨松宁可能成为心律失常的保护药物; （3）首次发现骨髓间充质干细胞可以抑制异丙肾上腺素诱导的心肌细胞肥大,进一步研究发现骨髓间充质干细胞通过分泌VEGF抑制心肌细胞肥大,而阻断VEGF可以减弱骨髓间充质干细胞的抗肥大作用,且在研究中我们还发现,骨髓间充质干细胞和心肌细胞之间存在Crosstalk现象,两者协同分泌释放VEGF; （4）率先发现骨髓间充质干细胞可抑制心肌衰老。我们的研究发现,应用不同方法建立离体心肌细胞衰老模型并与骨髓间充质干细胞共培养后,心肌细胞衰老进程受到显著抑制,表现为心肌细胞中β-半乳糖苷酶含量降低以及p53等衰老相关蛋白表达减少。此外我们的研究发现,骨髓间充质干细胞移植可明显改善衰老心脏的功能。该发现为老年人心脏疾病的防治提供了新策略和新思路; （5）除以上研究内容外,我们还在本项目中开展了基于干细胞的药物安全性评价研究,揭示了多柔比星、三氧化二砷等药物对骨髓间充质干细胞/心肌干细胞的毒理作用并阐明其分子机制。首次发现抗肿瘤药物多柔比星可以通过激活ROS/p38/JNK/p53信号通路引起骨髓间充质干细胞凋亡,而抗白血病药物三氧化二砷对骨髓间充质干细胞和心脏干细胞均具有一定毒性作用,这也是多柔比星和三氧化二砷在临床使用过程中易产生心脏副作用的新机制。 在本项目中,我们深入探讨了干细胞与心肌互作调控对心血管疾病病理过程的影响,并围绕骨髓间充质干细胞在心律失常、心肌肥厚和心肌衰老等心脏疾病中的应用开展了一系列研究,解决了骨髓间充质干细胞移植存在的分化率低和安全性的问题,为寻找修复受损心脏的新方法和新靶点提供理论基础和实验依据,具有十分重要的科学意义和临床应用价值。本项目以国家自然科学基金为依托,已发表署名本课题资助的SCI论文9篇,获省部级科研奖励12项,参加国际和国内学术会议作报告及讲座5次。此外,在本项目研究的基础上,项目组成员相继中标4项国家自然科学基金。