Tbx3优化HCN4转染诱导多能干细胞重建心脏生物起搏点的相关研究

Biological pacemaker therapy has been a hot spot and emphasis of cardiac electrophysiology study in recent years. With the help of national natural science foundation, we have successfully cultivated pacing cells derived from stem cells transfected with HCN4 gene in vitro. A biological pacemaker can be detected when these stem cells were transplanted to the ventricular muscle, but the pacing frequency was much lower than that of in vitro which will restrict the further study on this issue. Research has demonstrated that Tbx3 is closely related to the heart prenatal development and plays an important role in the embryonic sinoatrial node development with its strict control to maintain the cytogene of sinoatrial node. In order to make an ideal pacemaker with better pacing frequency and persistence time, we are going to transfect Tbx3 gene to those iPS cells which have already been transfected with HCN4 gene before transplanting them to right atrium of swine where the sinoatrial node has been destroyed. The work will improve the study of biological pacemaker and facilitate its clinical application, which will make great theory value as well as potential clinical practice.

生物起搏是近年来心脏电生理领域研究的重点与热点内容之一。本课题组在国家自然科学基金资助下，使用HCN4重组慢病毒转染猪的基质干细胞，获得了稳定过表达HCN4基因、呈群体性搏动的起搏样细胞，该起搏细胞能在缓慢性心律失常模型猪体内建立有效的生物起搏点，相关研究已发表SCI论著22篇，并获得2014年度江苏省科技进步一等奖，但和国外同行的研究一样，构建的生物起搏效率偏低，这成为制约该研究的关键问题。Tbx3是与心脏胚胎发育密切相关的转录调控因子，对维持胚胎心脏起搏细胞基因表型、促进窦房结发育形成起重要调控作用。因此，本项目拟在体外将Tbx3基因导入HCN4基因转染的iPS细胞，构建新型生物起搏细胞，并将其移植至窦房结毁损猪右心房外膜下，优化重建心脏生物起搏点，建立起搏频率及持续时间均较理想的生物起搏点。本研究将有助于提升心脏生物起搏的应用价值，为构建的生物起搏细胞最终应用于临床提供理论依据。

生物起搏是近年来心脏电生理领域的研究重点与热点。在国家自然科学基金资助下，我们成功使用慢病毒转染猪的基质干细胞，获得了稳定过表达Tbx3基因、呈群体性搏动的起搏样细胞，该起搏细胞能在缓慢性心律失常模型猪体内建立有效的生物起搏点，但和国外同行的研究一样，构建的生物起搏效率偏低，这成为制约该研究的关键问题。Tbx3是与心脏胚胎发育密切相关的转录调控因子，对维持胚胎心脏起搏细胞基因表型、促进窦房结发育形成起重要调控作用。. 因此，本项目在体外将Tbx3基因导入iPS细胞，构建新型生物起搏细胞，并将其移植至窦房结毁损猪右心房外膜下，优化重建心脏生物起搏点，建立起搏频率及持续时间均较理想的生物起搏点。本研究有助于提升心脏生物起搏的应用价值，为构建的生物起搏细胞最终应用于临床提供理论依据。该项目取得了一系列研究成果。. （1）建立了一套较完善的Tbx3+HCN4 双基因共转染梅山猪iPSC体外诱导分化心脏起搏样细胞的培养与检测方法；. （2）初步阐明了Tbx3、Nkx2.5、Shox2 与HCN4 基因介导iPSC分化为心脏起搏样细胞的机理、可能的基因调控途径及关键的调控因素，为构建理想的心脏生物起搏点奠定理论基础；. （3）建立了一套心房肌外膜下细胞移植技术及心肌组织模片钳检测技术，成功构建起搏频率及持续时间均较理想的生物起搏点，为进一步深入开展心脏生物起搏研究奠定实验基础。. 在这项研究中，我们利用慢病毒质粒成功将Oct4、Klf4、Sox2和c-Myc共同转入尿源性细胞（肾小管上皮细胞）成功诱导出iPSC，通过将Tbx3基因导入经HCN4修饰的iPSC，再通过心外膜注射法将其移植至猪心肌内，发现Tbx3基因转染的iPSC在移植到体内后，能够更好地与周围的心肌细胞建立缝隙连接，有助于提高在体起搏样细胞搏动的频率，减少起搏功能的退化，成为更加理想的生物起搏细胞。. 在项目资助下共发表SCI收录论文26篇，其中1篇入选《2021年度中国心血管领域高价值论文TOP100榜单》，位列第86位。获得江苏省科技进步二等奖、江苏省医学新技术引进奖一等奖、苏州市医学新技术引进奖特等奖。