心脏干细胞源外泌体lncRNA对急性心肌梗死后心肌修复的调控机制研究

The resident cardiac stem cells (CSC) exist in adult heart perform the restoration and regeneration of insulted heart. Recent studies indicate that injured myocardium maybe repaired by a paracrine mechanism of CSC. Exosomes ，which carry noncoding RNAs ，such as microRNAs and lncRNAs, are important mediators for the paracrine effect. Our pilot studies showed CSC derived exosomes effetiently inhibted apoptosis of cardiomyocytes although the specific mechanisms were largely not understood. So we hypothesize that the ischemic and hypoxic myocardium microenvironment after acute myocardial infarction (MI) induces CSC to secret function specific exosomes. Then lncRNAs are transported to insulted cardiomyocytes by exosomes, which reduce apoptosis and ventricular remodeling. Bioinformatics and lncRNA microarray are employed to filter out the restoration and regeneration regulating lncRNAs from exosomes. Then the regulatory mechanisms, especially the epigenetic effect of exosome on ventricular remodeling and the mutual effects between exosome and cardiomyocyte will be studied in vitro and in vivo. Our study aims at understanding the reciprocity between CSC and microenvironment .

成人心脏中含有少量固有心脏干细胞（CSCs）可用于心脏修复和再生；新近研究发现，急性心肌梗死后CSCs可能是通过旁分泌机制修复受损心肌，其中含有大量非编码RNA（如microRNAs、lncRNAs）的外泌体（exosome）可能是介导旁分泌效应的重要载体。本课题组前期研究发现，心脏干细胞源exosome可减少缺氧诱导的心肌细胞凋亡，但具体机制尚不明确。因此，我们提出如下假设：心梗后的急性缺血缺氧可诱导CSCs，促使其分泌功能变异的exosome，将lncRNA等遗传信息传递至受损的心肌细胞，调控心肌细胞的抗凋亡能力，改善心肌重构。本项目拟结合基因芯片和生物信息学等筛选出心脏祖细胞源exosome中调控心肌再生修复的lncRNA，在整体动物、细胞和分子水平全面观测exosome与心肌细胞的交互作用及其调控机制。

心肌细胞自噬与缺血再灌注损伤中心肌凋亡事件密切相关。研究表明，干细胞源外泌体可通过与心肌细胞间的信息交流参与调控缺血再灌注损伤后细胞凋亡，含有大量非编码RNA的外泌体可能是介导旁分泌效应的重要载体，而非编码RNA家族成员中占80%为长链非编码RNA。本课题主要筛选并研究了长链非编码RNA在缺氧预处理干细胞源外泌体抑制H9c2心肌细胞自噬和凋亡这一过程的调控作用。研究结果显示缺氧预处理心脏干细胞源外泌体及骨髓间充质干细胞源外泌体均可显著抑制缺氧复氧所诱导H9c2心肌细胞自噬和细胞凋亡，同时结合芯片筛选，生物信息学分析等综合分析手段筛选出长链非编码RNA, Lnc LOC100360491。通过在动物成体水平、细胞水平及分子水平在功能与机制上对Lnc LOC100360491如何调控心梗后心肌再生修复进行深入研究。体外细胞培养水平，过表达Lnc LOC100360491可促进缺氧复氧H9c2心肌细胞凋亡和自噬，而在骨髓间充质干细胞源外泌体作用的基础上，敲降H9c2心肌细胞中Lnc LOC100360491的表达，则可消除外泌体的抗细胞凋亡和自噬作用。在体内心肌梗死模型中，心梗后检测发现组织Lnc LOC100360491表达显著下降。经心肌注射骨髓间充质干细胞源外泌体可抑制梗死区域心肌组织凋亡及自噬，减少心脏纤维化，保护了心脏功能。然而，在骨髓间充质干细胞源外泌体作用的基础上，敲降心肌组织中Lnc LOC100360491的表达，则可消除外泌体对大鼠心肌梗死后心室重构的改善作用。采用Coding-potential Assessment Tool分析、核质分离荧光原位杂交试验及双荧光素酶报告基因试验等手段，我们发现Lnc LOC100360491在缺氧预处理干细胞源外泌体抑制H9c2心肌细胞自噬和凋亡这一过程的调控作用，主要是通过Lnc LOC100360491作为竞争性内源RNA发挥作用，通过螯合miR107-5p，负性调控miR107-5p，而下调的miR107-5p靶向PAK3的3’UTR上调PAK3的表达，从而发挥抗细胞凋亡和自噬的作用。这为缺血性心脏病患者的干细胞非细胞治疗提供了潜在的治疗靶点与新的策略。