心脏Telocytes协同心脏干细胞治疗缺血性心肌梗死及其机理的研究

来源 :暨南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:deiseng
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目的:(1)对心脏Telocytes(CTs)、心脏干细胞(CSCs)和骨髓间充质干细胞(MSCs)移植治疗缺血性心肌梗死的疗效进行比较;(2)对CTs与CSCs不同的协同方式移植治疗缺血性心肌梗死的疗效进行比较;(3)对CTs分泌外泌体治疗缺血性心肌梗死的疗效及其机制进行研究;(4)对CTs外泌体所含的miRNA-21-5p治疗缺血性心肌梗死的疗效及其机理进行研究;(5)对不同细胞、CTs外泌体治疗和miR-21-5p治疗心肌梗死的疗效进行比较;(6)对CTs外泌体的蛋白组可能参与梗死心肌修复再生的可能机理进行生物信息学预测;(7)对年青与年老CTs表达基因的差异组学及随增龄相应通路改变进行研究。方法:(1)通过贴壁法分离得到MSCs,磁珠分选法分离得到CTs和CSCs,然后分别将总细胞量为5×105的CTs、CSCs、MSCs、4种不同的CTs协同CSCs的方式[(1)CTs与CSCs在Transwell系统中共培养48小时后,移植共培养后的CSCs(5×105个细胞)(CSCs-co);(2)移植正常培养的CTs(2.5×105个细胞)和低氧(5%O2)培养48 h的CSCs(2.5×105个细胞)(CTs+CSCs-hyp);(3)移植正常培养的CTs(2.5×105个细胞)和在Transwell中与CTs共培养48 h后的CSCs(2.5×105个细胞)(CTs-nor+CSCs-co);(4)移植CTs(2.5×105个细胞)和CSCs(2.5×105个细胞)混合培养48 h后的混合细胞(CTs+CSCs-co)]及PBS移植到利用左冠状动脉前降支(LAD)结扎术构建的心肌梗死大鼠的心肌层中。细胞心肌内移植4周后,使用超声心动图评价心功能;使用Masson’s trichrome染色,对各组心肌梗死面积、心脏纤维化程度、左心室室壁厚度进行半定量比较分析;使用抗v WF免疫组化染色对各组梗死区和梗死边缘区的血管密度进行半定量分析比较;使用抗PH3和α-SA,抗Ki67和Cardiac troponin I的免疫荧光双标染色对各组梗死区和梗死边缘区的增殖心肌数进行半定量分析;使用抗c-Kit和CD34,及抗c-Kit和Sca-1的免疫荧光双标染色分别对各组梗死区存活的CTs和CSCs密度进行半定量分析;(2)使用透射电镜观察大鼠心肌层的CTs及CTs分泌的外泌体。通过心肌内注射移植CTs外泌体到LAD结扎的大鼠梗死心肌层中,4周后使用超声心动图对CTs分泌外泌体治疗组和PBS对照组的心功能进行评价分析;使用Masson’s trichrome染色,对心肌梗死面积、心脏纤维化程度、左心室室壁厚度进行半定量分析;使用抗α-SMA和抗MMP2的免疫荧光染色分别对各组梗死区成肌成纤维细胞密度和MMP2的表达量进行半定量分析;使用抗v WF的免疫组化染色和抗Ki67与Cardiac troponin I的免疫荧光双标染色分别对各组梗死区与梗死边缘区的血管密度和增殖心肌数进行半定量分析;使用抗c-Kit和Sca-1的免疫荧光双标染色分别对各组梗死区存活的CSCs密度进行半定量分析;把经Di I染色的CTs分泌外泌体与CSCs进行共孵育,以观察CTs分泌外泌体是否能进入CSCs;使用流式细胞技术、死活细胞染色和CCK8分别对CTs分泌外泌体对缺血缺氧环境中的CSCs可能的保护作用进行分析;(3)使用qPCR对与CTs共培养48小时的CSCs中的miR-21-5p表达水平进行定量分析。通过心肌内注射miR-21-5p agomir和无关序列对照至LAD结扎致心梗的大鼠缺血心肌层中,7天后利用超声心动图对心功能进行评价;使用Masson’s trichrome染色对心肌梗死面积进行半定量分析比较;使用抗Ki67和Cardiac troponin I的免疫荧光双标染色对各组梗死区和梗死边缘区的增殖心肌数进行半定量分析;使用抗c-Kit和Sca-1的免疫荧光双标染色对各组梗死区存活的CSCs进行半定量分析。使用生物信息学预测miR-21-5p潜在靶基因,并利用qPCR和双荧光素酶报告系统确认miR-21-5p的靶基因,并使用针对靶基因的siRNA对miR-21-5p靶基因及功能进行研究。(4)通过单因素方差分析比较不同细胞、CTs外泌体和miR-21-5p治疗心肌梗死的射血分数、缩短分数、左心室收缩和舒张末期直径和梗死面积,以比较相应的疗效。(5)使用蛋白质非标记定量质谱技术和Ingenuity Systems Pathway Analysis(IPA)生物信息学系统对常氧和低氧环境下,CTs分泌外泌体参与心肌修复与再生的功能因子进行分析。(6)通过基因芯片和IPA生物信息学系统对年老和年青CTs差异表达的基因可能参与调控心血管生理与病理与通路进行分析。结果:(1)CTs,MSCs和CSCs分别对心梗治疗的疗效比较:心功能指标,CTs治疗组的射血分数、缩短分数、左心室收缩和舒张末期直径相比MSCs组和CSCs组差异均无显著性统计学意义(P>0.05);梗死面积,CTs治疗组的梗死面积显著小于MSCs组(P<0.05),与CSCs组的差异没有显著性统计学意义(P>0.05);心脏纤维化指标,CTs治疗组的梗死区胶原面积和梗死对侧区的血管周边胶原面积均分别显著小于MSCs组和CSCs组(P<0.05);左心室重构指标,CTs治疗组的梗死区边缘厚度和最小厚度与MSCs组和CSCs组差异均无显著性统计学意义(P>0.05);血管新生,CTs治疗组的梗死区血管密度分别显著性大于MSCs组和CSCs组(P<0.05),CTs治疗组的梗死边缘区血管密度显著性大于MSCs组(P<0.05),而和CSCs组的差异没有显著性统计学意义(P>0.05);梗死区和边缘区的心肌增殖,CTs治疗组的PH3阳性心肌或Ki67阳性的心肌数与MSCs组和CSCs组的差异无显著性统计学意义(P>0.05);梗死区CSCs和CTs的密度,CTs治疗组的梗死区CTs密度和CSCs密度分别与MSCs组和CSCs组相比,差异无显著性统计学意义(P>0.05)。(2)4种不同协同方式的CTs和CSCs治疗对心梗治疗的疗效比较:心功能指标,4种不同协同方式的CTs和CSCs治疗组中只有CTs+CSCs-co治疗组的射血分数和缩短分数分别显著大于单独移植CTs组、CSCs组和MSCs组(P<0.01),左心室收缩末期直径分别显著小于单独移植CTs组、CSCs组和MSCs组(P<0.05),左心室收舒张期直径分别显著小于单独移植CTs组和MSCs组(P<0.05),但与CSCs组的差异没有显著性统计学意义(P>0.05);梗死面积,4种不同协同方式的CTs组和CSCs治疗组中只有CTs+CSCs-co治疗组的梗死面积分别显著小于单独移植CTs、CSCs和MSCs组(P<0.05);心脏纤维化指标,CTs+CSCs-co治疗组的梗死区胶原面积分别显著小于单独移植CTs组、CSCs组和MSCs组(P<0.05),梗死对侧区血管周边胶原面积分别显著小于单独移植CSCs组和MSCs组(P<0.01),但与CTs组的差异没有显著性统计学意义(P>0.05);左心室重构指标,CTs+CSCs-co治疗组的梗死边缘厚度与CTs组、CSCs组和MSCs组差异均无显著性统计学意义(P>0.05),而梗死区最小厚度分别显著大于CSCs组和MSCs组(P<0.05),但与CTs组差异没有显著性统计学意义(P>0.05);血管新生,CTs+CSCs-co治疗组的梗死区和梗死边缘区的血管密度均分别显著大于单独移植CTs组、CSCs组和MSCs组(P<0.01);梗死区和边缘区心肌增殖,CTs+CSCs-co治疗组的PH3阳性心肌或Ki67阳性的心肌数均分别显著大于单独移植CTs组、CSCs组和MSCs组(P<0.05);梗死区CSCs和CTs的存活,CTs+CSCs-co治疗组的梗死区CTs密度和CSCs密度均分别显著大于单独移植CTs组、CSCs组和MSCs组(P<0.05)。(3)通过透射电镜在大鼠心肌层观察到典型形态的CTs及其分泌的外泌体;心肌注射CTs外泌体对心梗治疗的疗效:心功能指标,CTs外泌体治疗组的射血分数和缩短分数分别显著大于PBS对照组(P<0.05),左心室收缩末期直径显著小于PBS组(P<0.01),左心室舒张末期直径与PBS组的差异没有显著性统计学意义(P>0.05);梗死面积,CTs外泌体治疗组的梗死面积显著小于PBS组(P<0.05);心脏纤维化指标,CTs外泌体治疗组的梗死区胶原面积、梗死对侧区的血管周边胶原面积以及梗死区成肌成纤维细胞密度均显著小于PBS组(P<0.01);左心室重构指标,CTs外泌体治疗组的梗死边缘厚度显著大于PBS对照组(P<0.05),但最小厚度与PBS组的差异没有统计学意义(P>0.05),梗死区的MMP2的表达量显著低于PBS对照组(P<0.01);血管新生,CTs外泌体治疗组的梗死区血管密度显著大于PBS对照组(P<0.05),但梗死边缘区血管密度与PBS对照组相比差异没有显著性统计学意义(P>0.05);梗死区和边缘区心肌增殖,CTs外泌体治疗组的Ki67阳性的心肌数显著大于PBS组(P<0.01);梗死区CSCs的存活,CTs外泌体治疗组的CSCs密度显著大于PBS组(P<0.01);经Di I染色的CTs外泌体能被CSCs摄取,并且发现CSCs经CTs外泌体预处理2 h后相比PBS对照组能显著减少缺血缺氧环境中CSCs的凋亡率和显著提高CSCs的存活率(P<0.05)。(4)与CTs共培养48 h后CSCs的miR-21-5p的表达量显著升高(P<0.01);心肌注射miR-21-5p对心梗治疗的疗效:心功能指标,miR-21-5p治疗组的射血分数和缩短分数均显著大于无关序列对照组(P<0.05),左心室收缩和舒张末期直径均显著小于无关序列对照组(P<0.05);梗死面积,miR-21-5p治疗组的梗死面积显著小于无关序列对照组(P<0.05);梗死区和边缘区的心肌增殖,miR-21-5p治疗组的Ki67阳性的心肌数显著大于无关序列对照组(P<0.05);梗死区CSCs存活,miR-21-5p治疗组的CSCs密度均显著大于无关序列对照组(P<0.05);CSCs过表达miR-21-5p后能显著减小在缺血缺氧环境中的凋亡率(P<0.05)。通过生物信息学预测、q-PCR和双荧光素酶报告细胞验证Cdip1是miR-21-5p的靶基因,通过Cdip1的siRNA沉默CSCs中Cdip1的表达能显著减少CSCs在缺血缺氧环境中的凋亡(P<0.05)。(5)通过比较不同细胞治疗、CT外泌体治疗和miR-21-5p治疗三种疗法对心梗大鼠的心功能和梗死面积,发现所有的细胞治疗组与注射CTs外泌体及注射miR-21-5p治疗组的射血分数、缩短分数相比PBS对照组均显著增加(P<0.05),而梗死面积显著减小(P<0.05)。而三种治疗心肌梗死的疗法中CTs+CSCs-co组的射血分数和缩短分数最大,梗死面积最小。(6)蛋白质非标记定量质谱技术在常氧和低氧CTs分泌的外泌体中检测到450种和454个蛋白,通过IPA分析揭示这些蛋白可能参与血管新生、心脏纤维化、细胞增殖和细胞死亡与存活等去影响心肌梗死进程。(7)通过比较分析老年CTs与年青CTs的表达芯片,发现老年CTs相比年青CTs表达量上调有注释的基因有1948个,表达量下调有注释的基因有1407个,IPA分析揭示老年CTs相比年青CTs表达有显著性差异的基因和显著性差异在5倍以上的基因都与Cardiovascular system development and function和Cardiovascular disease高度相关。结论:(1)移植CTs治疗心肌梗死,在减少梗死面积和心脏纤维化与促进血管新生方面略优于单独移植CSCs和MSCs;(2)4种CTs与CSCs协同治疗方式中CTs+CSCs-co对心肌梗死的疗效最佳,并且在改善心功能,减小梗死面积和心脏纤维化,促进血管新生、心肌增殖、CTs网络重构及CSCs的存活方面优于单独移植CTs、CSCs和MSCs治疗;(3)使用CTs分泌的外泌体对心梗进行治疗能显著改善心梗心脏的心功能,减小梗死面积和心脏纤维化,改善左心室重构,促进血管新生、心肌增殖以及CSCs的存活;(4)心肌内注射miR-21-5p对心梗进行治疗能显著减小梗死面积,促进心肌增殖和CSCs存活,miR-21-5p保护CSCs的机制之于是通过下调靶基因Cdip1的表达减少缺血缺氧环境中CSCs的凋亡;(5)三种治法(细胞、CTs外泌体和miR-21-5p)对心梗的治疗中,CTs+CSCs-co组治疗的疗效相对最佳;(6)CTs分泌外泌体所含的蛋白因子可能参与梗死心肌的再生;(7)老年CTs相比年青CTs表达差异的基因可能参与心脏衰老和心血管疾病的发生。
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