APJ-一个新的人心血管前体细胞标志的研究

Embryonic heart originates from lateral plate mesoderm in Gastrulae, where the G protein-coupled receptor agtrl1b (APJ) starts to express and coexisit with early cardiac transcription factors. The mutant of APJ gene results in a profound deficit in cardiomyocyte numbers. We demonstrated for the first time that the APJ was expressed in human embryonic cell, or Cardiomyogenic cell during differentiation of BMSCs. So, we hypothesized that APJ is an important and undetected marker of human cardiovascular progenitor cells (CPC). In this study, first, we want to explore the characterization of APJ expressed in ESCs during development in vitro, which determines that the APJ+ESCs are the precursors of mesodermal origin. Second, we want to identify that purified APJ+ESCs give rise to all of the cardiomyocyte, smooth muscle and endothelial cell lineages in vitro and vivo. And, we want to approve that APJ is an important marker of human CPC similar to Mesp1 with potential function from tissue to molecular levels, but in contrast to Mesp1 APJ is an across space and time marker in expressing characterization. Finally, we want to demonstrate that APJ+WJ-MSCs (Wharton's Jelly-Derived Mesenchymal Stem Cells) has similar biological characterization of CPC with APJ+ESC, as an alternative source of stem cells, which will provide an important theory foundation for stem cell-based therapies.

胚胎心脏起始于原肠胚的侧板中胚叶，这里是G蛋白受体-Agtrl1b(APJ)开始表达并与心脏最早期转录因子并存之处，删除APJ基因，则心肌细胞缺如。申请人在国际上首次证实人胚胎干细胞(hESCs)，或成体干细胞向心肌细胞分化中均有APJ表达。推测APJ是一个重要而未被发现的心血管前体细胞(CPCs)标志。拟研究：①APJ在hESCs体外发育阶段中表达特征，确证APJ+ESCs属于中胚层ESCs；②研究纯化APJ+ESCs体外定向心肌、内皮、平滑肌细胞共分化潜能；在AMI模型上研究APJ+ESCs心肌移植重建心肌血管潜力；最后在组织细胞分子水平确证，APJ是标识功能类似于Mesp1但具跨时空表达特性的CPCs标志，APJ+ESCs是CPCs；③在体内外证实人华通胶源MSCs亚群APJ+WJ-MSCs具有类似APJ+ESCs的CPCs生物学特性，为备选优良种子细胞提供理论依据。

背景：胚胎心脏起始于原肠胚的侧板中胚叶，这里是G蛋白受体-Agtrl1b(APJ)开始表达并与心脏最早期转录因子并存之处；动物实验揭示敲除APJ基因，则心肌细胞缺如。既往我们在国际上首次证实人胚胎干细胞(hESCs)，或成体干细胞向心肌细胞分化过程中均有APJ表达,故推测APJ是一个重要而未被发现的心血管前体细胞(CPCs)标志。.主要研究内容：1.建立体外hESCs发育早期三阶段胚样体：hESCs 0-原始胚纹形成阶段，即中胚层标志Brachyury T表达为代表；中胚层后( mesoderm posterior 1 Mesp1)，启动向心血管分化的最早期转录因子Mesp1 表达为代表；心血管定向分化特异转录因子Nkx2.5表达为代表；2.探索APJ在hESCs体外发育中的表达特征：观察hESCs从早期中胚层到心血管早期特异定向分化的发育三阶段中，APJ分别与跨跃三阶段标志的Brachyury T、Mesp1、Nkx2.5表达的相关性；3.探索APJ配体Apelin对hESCs向心肌分化过程的影响。.重要结果及关键数据：1.hESCs定向心肌诱导分化的d2，Brachury T表达最高，之后表达立即消失；d0至d3 mesp1表达逐渐增高，d3达最高，之后逐渐降低；Nkx2.5在d0、d2、d3三个阶段均不表达，d7开始出现跳动心肌细胞时高表达；APJ在d2时表达最高，之后逐渐降低，其表达峰值与Brachury T同期但先于mesp1；hESCs定向心肌细胞诱导分化的过程中，APJ分别与Brachyury T、Mesp1、Nkx2.5共表达。2.Apelin13作为APJ的内源性配体，通过激动APJ，促进Mesp1、Nkx2.5和APJ基因转录与蛋白表达，同时抑制hESCs多能性标志蛋白Nanog、Sox2表达，提高hESCs向心肌诱导分化的效率。.科学意义：本项目证实APJ分别与中胚层早期标志物、中胚层起始心肌分化标志及心肌前体细胞特异性标志共表达，APJ表达在心脏发育过程中具有时间及空间特异性；同时APJ配体Apelin可提高hESCs向心肌分化的效率。揭示APJ可能是一种心血管前体细胞的标志物，为探索APJ /apelin信号通路在人心肌分化过程中的作用奠定了基础，同时也为寻找新的心血管前体细胞标志物开辟了新思路。