GATA-4修饰MSCs移植改善心肌梗死心功能的机制研究

目前已证实骨髓间充质干细胞（MSCs）移植可改善充血性心衰心功能，但治疗效果有限，其原因与多方面因素有关，包括移植MSCs低分化率和低存活率等。GATA-4是心肌细胞发育、分化的重要转录因子。申请人在前期工作中发现GATA-4基因转染的MSCs可通过旁分泌作用增加新生血管形成，改善心功能；在此基础上，我们进一步深入探讨其改善心功能机制:心肌分化和抗凋亡。本课题拟以GATA-4和MSCs为对象，①体外:GATA-4对MSCs心肌分化、细胞存活的影响及机制；并对分化的细胞进行离子通道和钙调的研究，确认分化细胞的生理功能。②体内: 移植转染GATA-4的MSCs 到心梗后心衰动物模型中，观察上调GATA-4 表达，能否通过促进移植细胞心肌分化、迁移、抗凋亡等调控机制，从而提高心衰疗效。本课题将阐明GATA-4对MSCs心肌分化及存活的影响，为GATA-4转染MSCs改善心衰心功能研究提供实验依据

本课题按照计划完成。 基因修饰骨髓间充质干细胞 (MSCs) 是增加细胞抗缺氧和心肌分化的新方向。GATA-4是心肌转录因子，在心肌分化中起着重要的作用。我们从体外分离、培养和纯化大鼠MSC，以逆转录病毒为载体将GATA-4基因转染MSC，建立稳定的GATA-4基因修饰的MSC细胞模型。并移植转染GATA-4的MSC到心梗后心衰动物模型中，从体外和体内两方面研究GATA-4对MSC心肌分化和心肌保护作用。体外发现：（1）GATA-4组的心肌基因BNP、actinin和Islet-1的表达和离子通道（Ik1、Ito、IKDR、ICa和INa）的电流密度及基因表达都明显高于对照组（转染空质粒组Null组）。 GATA-4组与CM共培养后，记录到低幅度的动作电位。加入中和抗体IGF-1和VEGF后，心肌离子通道基因的表达下调。可见GATA-4促进MSC的心肌分化可能有IGF-1和VEGF的共同作用。（2）GATA-4组心肌分化阳性率明显增加。功能研究表明当敲除IGFBP-4基因时，GATA-4组分化潜能被降低。（3）在低氧环境下，GATA-4组与Null组相比，MTT 摄取增加、膜联蛋白V 阳性细胞数降低、乳酸脱氢酶释放减少。GATA-4过表达可以保护缺氧引起的心肌细胞的损伤，维持线粒体膜电位，TUNEL检测的细胞凋亡数也显著降低。其机制包括，GATA-4可促进抗凋亡基因Bcl-2的表达，同时，GATA-4组中IGF-1和VEGF释放增多，可能也是GATA-4保护心肌的机制之一。体内发现:（1）在GATA-4治疗组，Sry基因的表达增加；增加了MSC在缺血心肌的存活率；而且增加移植后MSC心肌基因的表达,促进心肌分化。（2）GATA-4组移植治疗发现，GATA4 还可以上调生长因子和抗凋亡蛋白Bcl-2的表达；细胞的迁移率也明显高于对照治疗组。（3）心脏超声检查发现GATA-4移植治疗组心功能明显改善。（4）组织化学染色显示，GATA-4组血管密度增加，心梗面积降低；以上结果，与Null 组或MSC组相比较，有显著性的差异。得出 GATA-4可以增加MSC抗缺氧能力、增加细胞存活和心肌分化，为MSC移植治疗心肌梗死等缺血性心肌疾病提供了新的方法。