研究目的:腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysm,AAA）是指腹主动脉局部管壁全层不可逆扩张所致的最大直径超过正常段50%或者局部最大直径达到3cm以上的主动脉扩张性病变。腹主动脉瘤是一种发病较为隐匿的疾病,如若不加干预,瘤体会逐渐进行性扩张,最终导致瘤体的破裂,伴随而来的是高达80%以上的死亡率。因此,防治腹主动脉瘤最好的方法是在早期发现疾病,并及时选择合适的干预措施处理瘤体,防止瘤体破裂所带来的风险。国外基于人群的大型随机筛查试验表明,对老年男性进行腹主动脉瘤超声筛查具有成本效益,可降低腹主动脉瘤的总体死亡率^[3,4]。目前临床上对于直径大于5cm的腹主动脉瘤主要采用外科干预,包括传统的开放手术（open surgery repair,OSR）即人工血管置换术,以及新兴的血管腔内修复术（endovascular aneurysm repair,EVAR）。研究表明,上述外科干预手段是预防腹主动脉瘤破裂的有效途径。虽然EVAR具有较低的围手术期并发症,但是多个临床随机对照试验结果显示EVAR与OSR相比在中远期并发症和远期预后方面并没有太大优势。对于小腹主动脉瘤患者,目前我们临床尚无有效的药物可以缓减甚至逆转瘤体的进一步扩张。因此继续深入研究腹主动脉瘤的病理机制,阐明腹主动脉瘤发生发展的内在因素,开发新型的非手术治疗方式显得至关重要。目前的证据表明,腹主动脉瘤的发生发展是多种风险因素共同参与的结果,包括性别、年龄、遗传易感性、高脂血症、动脉粥样硬化和高血压等。腹主动脉瘤的典型病理改变包括:中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞等大量炎性细胞和炎性因子的浸润;胶原纤维、弹性纤维等细胞外基质的降解;中层血管平滑肌细胞的表型转化和大量凋亡等。血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell,VSMC）是构成血管壁正常组织结构并维持血管壁弹性的主要细胞类型,VSMC功能障碍是腹主动脉瘤发生发展的病理基础。VSMC的收缩表型是正常动脉中的主要形式,此时VSMC高表达与细胞收缩相关的蛋白比如SMA-α和SM-22等,处于高度分化状态并维持血管正常收缩弹性。当VSMC随着疾病进展发生表型转化和功能障碍时,它们从收缩表型转变为具有增殖和迁移功能的合成表型,此时细胞大量合成分泌细胞外基质及基质金属蛋白酶,高表达合成表型蛋白OPN等。通过恢复VSMC收缩蛋白的表达水平将有助于腹主动脉瘤血管重塑过程,维持血管壁正常的弹性回缩能力,改善动脉组织结构,进而延缓腹主动脉瘤的进展。转化生长因子β（transforming growth factor beta,TGF-β）信号通路在维持血管完整性和稳态平衡方面起着重要作用,是血管平滑肌细胞分化的强大激活剂,其可以通过激活下游转录因子促进平滑肌细胞收缩表型标志物的表达,实现对腹主动脉瘤的保护作用。加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）是一种新兴的系统生物信息学研究方法,用于描述和表征不同样本之间基因表达表达谱的相关模式。WGCNA算法可以将共表达的基因归类分组成不同颜色属性的基因模块（module）,之后将模块与样本性状进行关联分析,利用模块特征基因（module eigengene,ME）或模块内的枢纽基因（hub gene）来表征模块特征,从而系统且深入地挖掘与临床性状潜在相关的关键信号通路和基因。近年来,WGCNA算法在神经系统疾病、肿瘤分子调控等方面的应用越来越广泛。本研究将通过WGCNA方法深入分析腹主动脉瘤组织芯片数据,进一步阐明腹主动脉瘤发生发展过程中的具体机制和信号通路。间充质干细胞（mesenchymal stem cell,MSC）是一类来源于中胚层的成体干细胞,具备免疫原性低、多潜能分化和自我更新复制的能力。研究表明,间充质干细胞不仅可以分泌多种细胞因子和外泌体,调节腹主动脉瘤病变处的炎症反应,同时又可以在局部分化成功能性VSMC,促进局部组织的再生修复。脐带间充质干细胞（umbilical cord mesenchymal stem cell,UC-MSC）是来源于脐带华通胶组织的一类间充质干细胞,其来源广泛,免疫原性相对较低,并可在体外进行大量扩增,其干细胞特性也能够得到很好的维持。间充质干细胞治疗腹主动脉瘤的相关研究多集中在调节炎症反应的机制方面,但是对于间充质干细胞能否促进VSMC表型转化的相关研究未见报道。因此,本研究旨在通过明确脐带间充质干细胞促进腹主动脉瘤中VSMC表型转化的作用和机制,进一步阐明MSC作为种子细胞对腹主动脉瘤进行治疗的可能性及其促进VSMC表型转化的内在机制,为腹主动脉瘤的非手术治疗方式提供新的方向和可能性。研究方法:（1）、利用WGCNA方法分析原始芯片数据集GSE57691,检测与腹主动脉瘤显著相关的基因模块,并将模块内基因进一步进行生物学功能富集分析和信号通路富集分析,明确与腹主动脉瘤相关的信号通路和主要分子;（2）、提取原代人脐带间充质干细胞细胞,进行体外扩增,对P3代和P5代细胞进行检测,光镜下检测细胞形态,CCK-8法检测生长曲线,流式细胞技术检测细胞周期,油红O染色检测细胞成脂分化能力,茜素红染色检测细胞成骨分化能力,HE染色检测细胞成软骨分化能力,流式细胞技术检测细胞表面标志物CD73、CD90、CD105、CD34、CD45、HLA-DR等的表达,明确脐带间充质干细胞在P3和P5代次之间具备合格的干细胞特性,可用于后续实验;（3）、应用弹力蛋白酶灌注法构建SD大鼠腹主动脉瘤模型,实验分为3组,分别为Control组（生理盐水灌注,尾静脉注射生理盐水1mL）、Elastase组（弹力蛋白酶灌注,尾静脉注射生理盐水1m L）、Elastase+MSCs组（弹力蛋白酶灌注,1*106 cells/m L尾静脉注射1mL）。在模型构建第0天,7天和14天时分别进行超声腹部检查,测量腹主动脉最大径和相关血流动力学参数。之后应用弹力纤维染色检测各组弹力纤维总量以及弹力纤维断裂程度,探讨脐带间充质干细胞对腹主动脉瘤直径扩张的影响和治疗作用。应用免疫组化实验方法检测各组动脉壁SMA-α和SM-22的表达情况,应用免疫荧光实验方法检测各组动脉壁SMA-α和SM-22的表达情况,应用western blot方法检测各组动脉壁SMA-α、SM-22、OPN、MMP-2、MMP-9、TGF-β、t-smad2、p-smad2和TNF-α的表达情况,探讨脐带间充质干细胞对腹主动脉瘤中VSMC表型转化的促进作用,以及TGF-β信号通路在其中的功能。（4）提取人原代主动脉VSMC,实验分为6组,分别为:Control组、Control+LY2157299组、CM组（脐带间充质干细胞来源的条件培养基）、CM+LY2157299组、Co-culture（共培养）组、Co-culture+LY2157299组,应用免疫荧光和Western Blot方法检测各组动脉壁SMA-α、t-smad2、p-smad2表达情况,体外探讨脐带间充质干细胞促进VSMC表型转化的作用,明确脐带间充质干细胞通过分泌TGF-β促进VSMC表性转化的机制。研究结果:（1）、WGCNA分析GSE57691芯片数据集共识别出13个基因模块,其中绿色模块与腹主动脉瘤显著正相关,棕色模块与腹主动脉瘤显著负相关,将两个模块内基因分别进行GO富集分析和KEGG信号通路富集分析,发现绿色模块的基因主要与炎症细胞包括T淋巴细胞和B淋巴细胞的激活、炎症相关信号通路相关,表明炎性细胞和炎症信号通路与腹主动脉瘤的发生发展密切相关,且呈高表达状态。而棕色模块内的基因主要与平滑肌细胞的肌丝以及各种骨架蛋白等相关,KEGG通路富集分析显示TGF-β信号通路被显著富集,表明平滑肌细胞收缩表型标志物以及TGF-β信号通路在腹主动脉瘤发生发展过程中被显著抑制。（2）、我们提取的P3、P5代脐带间充质干细胞光镜下贴壁生长,呈漩涡状;细胞生长曲线显示1d进入对数生长期,4d进入平台期,表明P3、P5代脐带间充质干细胞生长潜力旺盛;细胞周期结果显示P3、P5代脐带间充质干细胞细胞90%左右集中在G0/G1期,8%左右集中在S期,2%左右集中在G2/M期;多向分化功能检测实验可见脐带间充质干细胞具备成脂、成骨和成软骨能力;细胞表面标志物检测发现P3、P5代细胞CD73、CD90、CD105阳性率高达95%以上,而CD34、CD45、HLA-DR阳性率低于5%,符合间充质干细胞特性。（3）、体内实验结果显示脐带间充质干细胞可显著减小腹主动脉瘤直径,减轻腹主动脉瘤弹性纤维断裂程度和降解程度。免疫组化和免疫荧光实验表明,与Elastase组相比,脐带间充质干细胞组显著增加主动脉壁内平滑肌细胞收缩表型标志物SMA-α、SM-22表达水平;western blot实验结果表明,与Elastase组相比,脐带间充质干细胞组显著增加主动脉壁内平滑肌细胞收缩表型标志物SMA-α、SM-22表达水平,降低平滑肌细胞分泌表型标记物OPN的表达水平,同时显著增加TGF-β和p-smad2蛋白表达水平,降低基质金属蛋白酶MMP-2和MMP-9以及炎症因子TNF-α的表达水平。（4）、体外细胞实验结果显示,CM组和Co-culture组相较Control组SMA-α和p-smad2表达水平均显著增加,分别应用LY2157299干预后,SMA-α和p-smad2表达水平均显著降低。研究结论:本研究表明腹主动脉瘤发生发展过程中,炎性细胞相关信号通路被显著激活,平滑肌细胞从收缩表型向合成表表型转化,TGF-β信号通路被抑制;UC-MSC可显著降低腹主动脉瘤直径,减轻动脉瘤壁弹性纤维断裂和降解水平,促进中层平滑肌细胞向收缩表型转化;UC-MSC可通过分泌TGF-β促进平滑肌细胞向收缩表型转化。