超声生物学效应上调SDF-1/CXCR4表达促进MSCs归巢的分子机制

基质细胞衍生因子1（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）及其受体CXCR4在心肌缺血修复过程间充质干细胞（Mesenchymal stem cells ,MSCs）归巢中发挥了重要作用。国外多项研究发现在微泡增强的超声作用下移植干细胞向缺血区黏附和归巢作用增强，但机制不清。我们前期发现超声联合微泡作用下移植MSCs后缺血区SDF-1表达增高，MSCs归巢量增多，借此有望实现MSCs对缺血心肌的有效修复。本项目提出超声生物学效应可能通过直接上调MSCs膜受体CXCR4表达或增加膜通透性，促使CXCR4跨膜转移间接上调其在胞膜表达和增强MSCs旁分泌SDF-1促进MSCs归巢，探索超声生物学效应通过SDF-1/CXCR4分子作用促进MSCs归巢的机制，为微泡增强的超声生物学效应促进MSCs归巢提供了分子依据，也为MSCs移植后有效修复缺血心肌提供了理论基础。

基质细胞衍生因子1（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）及其受体CXCR4在心肌缺血修复过程间充质干细胞（Mesenchymal stem cells ,MSCs）归巢中发挥了重要作用。项目提出超声生物学效应可能通过直接上调MSCs膜受体CXCR4表达或间接上调其在胞膜表达和增强MSCs旁分泌SDF-1促进MSCs归巢的研究假设，探索诊断与治疗超声击破微泡产生的生物学效应对SDF-1/CXCR4分子轴作用促进MSCs归巢的机制。主要研究内容：⑴人骨髓MSCs培养鉴定及与心肌细胞、血管内皮细胞共培养，人MSCs与大鼠心肌梗死组织提取液共培养及缺氧条件下培养；⑵体内大鼠心肌梗死模型的建立及鉴定；⑶超声联合微泡促进MSCs归巢体外条件优选；⑷微泡增强的超声生物学效应上调SDF-1/CXCR4分子表达促进MSCs归巢的可行性、有效性研究。研究完成了人骨髓MSCs培养及其与体外细胞共培养和缺氧模型建立，对超声辐照能量、辐照时间、微泡浓度进行参数优化。采用ELISA、Western Blot、RT-PCR检测SDF-1表达，流式、Western Blot、RT-PCR、免疫荧光检测CXCR4；ELISA法检测黏附分子ICAM-1及VCAM-1的表达水平；体内实验采用大鼠急性心肌缺血模型，检测大鼠骨髓MSCs荧光表达、细胞毒性反应；激光共聚焦荧光示踪MSCs移植归巢心肌；MSCs移植后各组SDF-1和CXCR4表达量的免疫组化、Western Blot、病理检测及影像学心功能测定。结果发现，超声联合微泡无论在体外条件下MSCs与心肌细胞、人心肌微血管内皮细胞共培养及MSCs与大鼠心肌缺血组织提取液共培养，或体内大鼠急性心肌梗死模型中，均证实超声靶向微泡破坏作用可有效提高SDF-1、CXCR4表达进而促进共培养人MSCs迁移、归巢，同时粘附分子ICAM-1及VCAM-1的表达增高进而人MSCs的粘附与迁移能力得到增强。本研究结果证实我们的研究设想，超声生物学效应通过上调SDF-1/CXCR4分子轴表达，可能是促进MSCs有效归巢的分子机制之一。这一发现为微泡增强的超声生物学效应促进MSCs归巢提供了分子依据，也为MSCs移植后有效修复缺血心肌提供了理论基础。