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心肌干细胞研究进展
随着干细胞研究的不断发展,心肌干细胞(CSC)终于获得成功分离和鉴定,对于探明心脏疾病发病机制等基础研究具有重要意义,也为细胞心肌成形(CCM)治疗心衰和心肌梗死等心脏疾病的临床研究提供了理论依据.本文就心肌干细胞的调控机制、向心肌谱系的分化机制及在干细胞移植治疗心脏疾病方面的进展进行简要综述.
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冠脉介入治疗后心肌梗死区灌注程度及存活对左室重构及功能的影响
评价冠脉介入治疗(PCI)后核素显像心肌梗死区灌注程度及存活对左室重构及功能的影响.选取20例急性前壁心肌梗死患者,男18例,女2例.梗死后20h内,梗死相关血管已接受冠状动脉介入治疗,冠脉血流正常.所有患者PCI术后10天内接受静息状态下双核素心肌显像(心肌灌注及心肌代谢显像).根据基线梗死区灌注减低程度和心肌有无存活,分为两组,通过超声心动观察不同组患者12个月后左室舒张末直径(LVEDD)及左室收缩功能(LVEF)的变化,观察梗死区心肌存活状态及灌注情况对于左室重构的影响,间接反映其对自身心肌干细胞修复功能的影响.结果表明,梗死心肌有存活的患者(n=10)与无存活组(n=10)相比,两组12个月后LVEDD都无明显变化.梗死心肌有存活的患者LVEF有所改善,43.6±7.83 vs.46.79±12.68,无存活组LVEF轻度下降,39.10±8.71 vs.37.70±7.57 ,P＞0.05.梗死区灌注减低程度不同的两组患者PCI术后12个月, LVEDD都无明显变化.LAD PER%＜50%组(n=9)LVEF值有所改善,39.89±10.19% vs. 42.22±13.54%,但变化不具有显著性,P＞0.05; LAD PER%＞50%组(n=11)LVEF值无改善,并可见轻度下降,42.55±6.86% vs. 41.20±8.32%.LAD PER%＜50%且同时梗死区有存活心肌的患者(n=5) LVEF改善明显,上升了4.8%,与LAD PER%＞50%且同时梗死区无存活心肌的患者(n=6)相比具有统计学意义,P=0.029.结论:急性前壁心肌梗死并行PCI治疗的患者,心肌灌注程度不同与梗死区心肌是否有存活都对患者的左室重构改善无明显影响,但心肌灌注程度较好的患者和有心肌存活的患者左室收缩功能都有轻度改善;尤其值得注意的是,在心肌灌注程度较好,并且有存活心肌存在的情况下,心功能改善明显.而相对梗死区灌注差且无心肌存活的患者,12个月后,心功能减低,左室重构更加明显.
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肝细胞生长因子和类胰岛素样生长因子对心肌干细胞的诱导作用
目的：探讨肝细胞生长因子（HGF）和类胰岛素样生长因子（IGF1）在外能否诱导心肌干细胞（CSCs）发生增殖并向心肌细胞定向分化。方法组织贴块法分离培养心肌干细胞，免疫荧光技术鉴定c-kit和CD34表达，流式细胞仪分选纯化c-kit ＋细胞，CFDA SE荧光探针示踪培养检测细胞增殖特征。实验分为单纯心肌干细胞组和与心肌共培养组，分别用HGF和IGF1干预，倒置显微镜观察细胞不同时期数量与形态的变化，活细胞工作站观察CFDA SE示踪剂荧光强弱，采集图像，进行统计学分析。免疫荧光技术检测Nkx2．5、心肌肌钙蛋白T（ cTnT）的表达。结果单纯心肌干细胞组，生长因子刺激后心肌干细胞数量与形态均无明显变化。与心肌共培养组，细胞均发生增殖与形态变化，Nkx2．5、cTnT阳性表达，有个别心肌干细胞分化为自发搏动的心肌细胞。结论心肌干细胞与心肌细胞共培养条件下，HGF和IGF1能够促进心肌干细胞增殖，联合作用能够诱导心肌干细胞向心肌细胞分化。
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心肌干细胞和骨髓间充质干细胞改进心肌梗死大鼠室颤阈值和心电生理稳定性的对比研究
目的 比较心肌干细胞(cardiac stem cells,CSCs)和骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)对心肌梗死(myocardial infarction,MI)大鼠室颤阈值和心电生理学稳定性的影响.方法 通过开胸结扎30只SD大鼠左前降支冠状动脉建立心肌梗死模型,2周后随机(随机数字法)分为CSCs组、MSCs组及PBS组,每组各10只,分别于局部梗死心肌内注射PKH26荧光标记的CSCs、MSCs或等量PBS.治疗6周后,再次开胸检测梗死边缘区的心电生理特性和室颤阈值.实验结束后,摘取心脏行病理切片,检查PKH26标记的CSCs、MSCs是否在梗死边缘区内生存并表达连接蛋白43.结果 CSCs组移植6周后其梗死边缘区单极电图激动恢复时间、纠正的激动恢复时间与MSCs组及对照组比较,差异无统计学意义(P＞0.05);CSCs组梗死边缘区单极电图纠正的激动恢复时间离散度、电刺激所激发的恶性心律失常及室颤阈值与MSCs组及对照组比较,差异具有统计学意义(P＜0.05);在上述指标方面,MSCs组和PBS组比较,均差异无统计学意义(P＞0.05).PKH26标记的CSCs在梗死边缘区内被发现并表达连接蛋白43,而PKH26标记的存在于梗死边缘区的MSCs则很少表达连接蛋白43.结论 CSCs移植和MSCs移植治疗心肌梗死是比较安全有效的,无明显致心律失常性.CSCs移植后6周其心电生理学稳定性改善和室颤阈值提高的效应较MSCs优越,CSCs是治疗心血管疾病较为理想的种子细胞.
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肝细胞生长因子在心血管领域的研究概况
肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor ,HGF) 是由间质细胞分泌的一种多功能细胞因子,具有促进细胞生长、抗凋亡、抗组织纤维化等作用,其作用机制受到了广大研究者的关注.业已从骨髓间充质干细胞、脂肪干细胞及心肌干细胞中检测到肝细胞生长因子及其受体的表达,它与干细胞的分化、迁移、增殖等均有着密切的关系,在干细胞治疗心血管疾病的应用中起着重要的作用,成为人们近年来研究的热点之一.本文主要阐述了肝细胞生长因子对干细胞生物学功能的影响,及近年来关于肝细胞生长因子在心血管疾病中的研究进展.
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阿托伐他汀抗缺氧无血清条件下小鼠心肌干细胞凋亡的作用
目的 在体外缺氧无血清条件下模拟心肌缺氧微环境,研究阿托伐他汀(Atorvastatin,ATv)对小鼠心肌干细胞(cardiac stem cells,CSCs)的抗凋亡作用及可能发挥作用的分子机制.方法 分离培养小鼠CSCs,在缺氧无血清条件下用ATV处理12 h,应用流式细胞术和Hoechst 33342荧光染色观察细胞凋亡,并利用Western blotting方法检测通路蛋白单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,moTOR)的磷酸化水平.结果 缺氧无血清条件引起明显的细胞凋亡,ATV处理组细胞凋亡率显著降低0＜0.05),且呈一定的浓度依赖性.ATV处理组AMPK磷酸化水平明显升高(p＜0.05),加入AMPK阻断剂Compound C可以显著阻断这种效应.结论 在缺氧无血清条件下,一定浓度的ATV对CSCs具有显著抗凋亡作用,且AMPK/mTOR通路可能参与了该过程.
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外源性apelin-13对心肌梗死大鼠心肌干细胞的动员作用观察
目的 探讨给予外源性apelin-13对急性心肌梗死(AMI)后大鼠心脏的保护作用及其可能机制.方法 SD大鼠随机分为3组,即假手术组(n=6)、对照组(AMI+生理盐水,n=12)和实验组(AMI+apelin-13,n=12),其中对照组死亡4只,实验组死亡5只,其余对照组和实验组大鼠于冠脉结扎术后5min内分别向心肌内注射生理盐水20μl或apelin-130.2μg/20μl,假手术组大鼠仅开胸,未进行冠脉结扎也未进行药物注射.采用超声心动图和心肌梗死面积测定来评价心脏功能的变化.采用免疫组化染色法检测心肌组织C-kit、Flk1、Sca1蛋白阳性表达情况,Western blotting和Real Time-PCR法定量检测前述蛋白和mRNA的表达情况.结果 超声心动图及心肌梗死面积测定结果显示实验组大鼠心功能较对照组有所改善(左室射血分数:实验组为68.43％±2.06％,对照组为46.40％±15.18％；左室短轴缩短率:实验组为33.70％±1.55％,对照组为20.73％±8.14％；梗死心肌面积百分比:实验组为16.10％±3.08％,对照组为33.83％±5.64％),差异均有统计学意义(P＜0.05).免疫组化染色显示,假手术组心肌组织C-kit、Flk1、Sca1表达呈阴性,实验组和对照组染色呈阳性或强阳性.Western blotting和RT-PCR方法检测结果显示,实验组C-kit、Flk1、Sca1蛋白及mRNA表达较对照组明显增加(蛋白水平:C-kit 0.48±0.17 vs 1.05±0.08,Flk1 0.40±0.26 vs 0.88±0.10,Sca10.39±0.08 vs 0.70±0.08,P＜0.05；mRNA水平:C-kit 2.89±1.89 vs 18.77±14.19,Flk1 2.14±0.95 vs 4.59±0.92,Sca1 4.32±2.44 vs 29.39±11.90,P＜0.05),而假手术组C-kit、Flk1、Sca1蛋白无明显表达.结论 外源性apelin-13蛋白对心肌梗死大鼠具有保护作用,其机制可能与刺激内源心肌干细胞的分裂增殖有关.
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关键词：
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环孢霉素A对小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化的影响及调控机制
目的 探讨环孢霉素A(CSA)对小鼠胚胎干细胞(ESCs)向心肌细胞分化的影响及调控机制.方法 应用分阶段胚胎干细胞向心肌细胞的分化系统,设ESCs自发组和CSA诱导组,用细胞免疫组织化学和流式细胞仪(FACS)评估心肌细胞分化率以及计数.细胞免疫化学检测CSA诱导出的心肌细胞标志物的表达.在ES细胞分化的不同阶段添加CSA,观察CSA是否特异地作用于某一特定的分化阶段.分别添加另外一种免疫抑制剂也是钙调磷酸酶抑制剂他克莫司(FK506)和T细胞核因子(NFAT)抑制剂11R-VIVIT,与添加CSA比较,比较各组的心肌细胞分化率.结果 ESCs自发组的心肌细胞分化率为(6.00±0.05)％,CSA诱导组为(60.00±0.08)％,两组比较,差异有统计学意义(P＜0.05),且诱导生成的心肌细胞具备心肌细胞特有的特征.CSA特异性地作用于中胚层干细胞,促进其分化成心肌于细胞;CSA强力促进中胚层干细胞分化成心肌细胞增多,相反分化成的上皮细胞减少;添加FK506和11R-VIVIT后没有出现类似CSA的促心肌分化作用.结论 CSA特异地作用于中胚层干细胞,通过非NFAT径路,能够强力诱导ESCs向心肌细胞分化.
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脂肪间充质干细胞向心肌细胞分化的研究进展
心肌梗死后心肌细胞发生坏死,但由于心肌干细胞的数目微乎其微,且代谢非常缓慢,难以对坏死心肌起到内源性的修复作用[1],只能通过纤维组织增生、瘢痕组织形成修复坏死部位,而存活的心肌细胞代偿性肥大,发生心室重塑,心功能下降,终发展为缺血性心力衰竭,而成为死亡的主要原因.
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心肌干细胞的提交分化及其调控机制
心肌细胞被认为是终末分化细胞,损伤后不能再生.但近研究发现,成人心脏中存在多能心肌干细胞(cardiac stem cell,CSC),CSC能够再生为心肌.另外,全能胚胎干细胞(ES细胞)、多能成体祖细胞(MAPC)和成体多能干细胞(aMSC)具有向心肌分化的潜力,可用于心肌损伤后的修复治疗.ES细胞和MAPC作为CSC的前体细胞,在心肌梗塞的干细胞移植治疗方面需经过向心肌谱系的提交过程.本文综述了干细胞向心肌谱系的提交、分化及其调控机制.
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微环境对心肌干细胞动员和分化的影响
在成体心脏和骨髓中存在多能性心肌干细胞(cardiac stem cell,CSC).当心肌发生缺血坏死时,心肌局部微环境发生改变,在粒细胞集落刺激因子、基质细胞衍生因子、骨形态发生蛋白-2和胰岛素样生长因子-Ⅰ等各类因子的作用下,CSC可被动员至心肌缺血区,向心肌细胞、内皮细胞等定向分化,从而修复缺血坏死的心肌.因此,尝试改善心肌局部微环境对于CSC动员或移植治疗缺血性心脏病将具有重要意义.
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肝细胞生长因子在干细胞领域的研究进展
干细胞(stem cells,SC)是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞.目前干细胞移植已广泛应用于造血系统、肾病、下肢缺血及脑瘫等疾病.但如何让干细胞更有效地动员并发挥作用仍然是干细胞治疗的难点.本文旨在就肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)对干细胞的影响综述如下.
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心肌干细胞移植可改进心力衰竭大鼠室颤阈值和电生理的稳定性
背景:心肌干细胞移植后是否引起或加重心肌梗死患者的心律失常是治疗的关键问题.目的:观察心肌干细胞对心力衰竭大鼠室颤阈值和电生理稳定性的影响.方法:开胸结扎20只SD大鼠左前降支冠状动脉,2周后选取其中的10只局部梗死心肌内注射PKH26荧光标记的由PBS悬浮的心肌干细胞,另10只局部梗死心肌内注射等量PBS.治疗6周后,再次开胸检测梗死边缘区的心电生理特性和室颤阈值.实验结束后,摘取心脏行病理切片,检查PHK26标记的心肌干细胞是否在梗死区内生存并表达连接蛋白43及α-肌动蛋白.结果与结论:与对照组相比,心肌干细胞移植组单极电图激动恢复时间及纠正的激动恢复时间明显缩短,电刺激所激发的恶性心律失常明显减少,室颤阈值明显提高.PHK26标记的心肌干细胞在梗死边缘区内被发现并表达连接蛋白43和α-肌动蛋白.提示心肌干细胞移植能改善心力衰竭大鼠心电生理的稳定性和提高室颤阈值;心肌干细胞可在体内表达心肌细胞和连接蛋白的标记.
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在心肌组织工程构建中的心肌干细胞：认识现状与预测未来
背景：长期以来，人们认为成年哺乳动物的心肌是终末分化的组织，没有再生能力。心肌细胞一旦受损将由纤维结缔组织取代。目的：重新认识心肌细胞，对心肌干细胞的相关研究做一综述，以明确心肌干细胞的存在。方法：计算机检索中国期刊网全文数据库以及PubMed数据库2003至2014年期间有关心肌干细胞的文章。检索词分别为“心肌干细胞，干细胞，心脏再生”和“cardiac stem cel s，stem cel s，cardiac regeneration ”。初检得到82篇文献，终纳入文章40篇。结果与结论：心脏中存在具有再生潜能的心肌干细胞，现已研究出一些心肌干细胞的表面标记物。心肌干细胞的研究为临床治疗某些心肌细胞损伤性疾病开辟了崭新的思路，但心肌干细胞的数量较少，如何分离纯化、培养鉴定，并扩增为满足再生医学和组织工程需要的心肌细胞还有待于进一步研究，心肌干细胞的研究将为心肌组织工程研究开辟崭新的途径。
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糖原合成酶激酶3β过表达心肌干细胞移植治疗心肌梗死
背景：糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)与细胞的各项生命活动之间存在密切的联系，关于其在心肌干细胞向心肌细胞分化中的作用机制和效果尚不清楚。
目的：探讨GSK-3β过表达心肌干细胞移植治疗心肌梗死大鼠的效果。
方法：分离培养乳鼠心肌干细胞，使用慢病毒感染心肌干细胞使其过表达GSK-3β或对照基因LacZ。30只SD大鼠制备心肌梗死模型随机分为3组：GSK-3β组、LacZ组、PBS组。模型制备后6周，于梗死心肌内局部注射过表达GSK-3β、LacZ心肌干细胞以及等量PBS。移植后4周，检测心功能及心室胶原生成情况。
结果与结论：①GSK-3β组的左室射血分数显著大于其他两组(P<0.05)，左室舒张末内径显著小于其他两组(P<0.05)；②GSK-3β组羟脯氨酸含量、Ⅰ型胶原mRNA、Ⅲ型胶原mRNA表达显著小于其他两组(P<0.05)；③经Masson染色发现，GSK-3β组的心室肌蓝染的胶原含量明显低于LacZ组；④GSK-3β组的心肌梗死范围显著小于其他两组(P<0.05)；⑤实验结果表明，心肌干细胞过表达GSK-3β能提高心肌干细胞移植治疗效果。 -
心肌干细胞移植心肌梗死区12周后的心电生理稳定性及室颤阈值改善效应
背景：课题组前期研究证实心肌干细胞治疗心肌梗死后短中期(6周)能明显改善心电生理学稳定性和室颤阈值。目的：观察心肌干细胞对心力衰竭大鼠室颤阈值和心电生理稳定性的长期影响。方法：开胸结扎20只SD大鼠左前降支冠状动脉，2周后其中10只大鼠局部梗死心肌内注射PKH26荧光标记的由PBS悬浮的心肌干细胞，另10只大鼠局部梗死心肌内注射等量PBS。治疗12周后，再次开胸检测梗死区、梗死边缘区和非梗死区的心电生理特性和室颤阈值。实验结束后，摘取心脏行病理切片，检查PHK26标记的心肌干细胞是否在梗死区内生存并表达连接蛋白43及α-肌动蛋白。结果与结论：与对照组相比，心肌干细胞移植12周后其梗死区、梗死边缘区和非梗死区的单极电图激动恢复时间、纠正的激动恢复时间差异无显著性意义(P >0.05)；单极电图纠正的激动恢复时间离散度、电刺激所激发的恶性心律失常差异无显著性意义(P>0.05)；室颤阈值方面，实验组梗死区和梗死边缘区与对照组相比差异无显著性意义(P >0.05)，非梗死区与对照组相比差异有显著性意义(P <0.05)。PHK26标记的心肌干细胞在梗死边缘区内被发现并表达连接蛋白43和α-肌动蛋白。以上结果提示心肌干细胞移植后12周其心电生理的稳定性和室颤阈值的改善效应已逐渐消失，但机制未明。
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心肌干细胞移植可短期内改善心肌梗死心电生理稳定性和提高室颤阈值
背景：课题组前期研究已证实心肌干细胞移植中期(6周)能有效改善心肌梗死大鼠的心电生理稳定性和室颤阈值。
目的：比较心肌干细胞和骨髓间充质干细胞移植对心肌梗死大鼠心电生理学稳定性和室颤阈值的短期疗效差异。方法：取30只健康雄性SD大鼠，开胸结扎大鼠的左前降支冠状动脉建立心肌梗死动物实验模型，随机分成3组，分别为心肌干细胞移植组，骨髓间充质干细胞移植组，PBS对照组，每组10只。分别于建模成功2周后在梗死区心肌内局部注射0.1 mL PBS悬浮的5×106 PKH26标记的心肌干细胞、0.1 mL PBS悬浮的5×106
结果与结论：心肌干细胞移植组单极电图纠正的激动恢复时间离散度、电刺激所激发的恶性心律失常及梗死区、梗死边缘区、非梗死区的室颤阈值与PBS组、骨髓间充质干细胞移植组相比差异有显著性意义(P<0.05)；骨髓间充质干细胞移植组单极电图纠正的激动恢复时间离散度及非梗死区的室颤阈值与PBS组相比差异有显著性意义。病理结果提示在心肌干细胞组、骨髓间充质干细胞组梗死边缘区发现有心肌干细胞、骨髓间充质干细胞的存在。通过组织免疫荧光检测，PKH26标记的心肌干细胞表达较多的缝隙连接蛋白43，而PKH26标记的骨髓间充质干细胞很少表达缝隙连接蛋白43，PBS 组不表达缝隙连接蛋白43。上述结果提示心肌干细胞移植短期内心电生理学特性改善的效应较骨髓间充质干细胞优越，且改善效应与缝隙连接蛋白43相关。
PKH26标记的骨髓间充质干细胞及0.1 mL PBS。植入2周后，再次开胸检测大鼠心脏梗死区、梗死边缘区、非梗死区的心电生理特性和室颤阈值。实验结束后，分离心脏梗死边缘区进行病理切片及荧光显微镜检查PHK26标记的心肌干细胞和骨髓间充质干细胞缝隙连接蛋白43表达情况。 -
过表达缺氧诱导因子1α心肌干细胞能提高心肌梗死后心功能及移植细胞的存活率
背景:干细胞移植后大的障碍是细胞在缺血、缺氧等恶劣环境下极低的存活率.为解决这一难题,人们尝试基因修饰的方法,即在细胞移植前将抗凋亡基因通过转染或转导的方式,使其基因结构发生改变,进而可能会从根源上解决干细胞的存活、代谢及增生或分化等能力.目的:经缺氧诱导因子1α基因修饰的心肌干细胞移植入大鼠心肌梗死边缘区后,观察移植后心肌干细胞的存活率及大鼠心功能的变化.方法:将24只SD大鼠随机等分为3组:缺氧诱导因子1α转染心肌干细胞组、心肌干细胞组和模型组,以开胸结扎冠脉的方法制备心肌梗死模型,2周后分别注射经Ad-HIF1α-eGFP转染的心肌干细胞、Ad-eGFP转染的心肌干细胞及PBS液.结果与结论:心肌干细胞移植可提高心功能;经缺氧诱导因子1α基因修饰的心肌干细胞移植可较单纯心肌干细胞移植更显著改善心功能;梗死后左室射血分数的改善与梗死边缘区心肌干细胞密度呈正相关.说明过表达缺氧诱导因子1α的心肌干细胞能有效改善心肌梗死大鼠心功能及移植细胞的存活.
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酶消化法和组织块法培养心肌干细胞的比较
背景：目前国内动物研究中提取心肌干细胞方法不统一，分离培养及提纯未形成规范化的流程。目的：探讨酶消化法和组织块法培养大鼠心肌干细胞的差异。
方法：取清洁级1 d龄SD大鼠心脏组织，分为组织块组与酶消化组，分别使用酶消化法和组织块法体外培养心肌干细胞。
结果与结论：酶消化法和组织块法均能培养出心肌干细胞，但组织块组培养的细胞中心肌干细胞比例显著高于酶消化组。提示在心肌干细胞培养过程中，组织块法优于酶消化法。
