CREG基因对iPS细胞心脏发生及iCM重编程的调控作用

诱导多能干细胞(iPS细胞)定向分化为心肌细胞或由体细胞直接重编程为诱导型心肌细胞（iCM）是当前心肌再生最有前景的两大策略，但心肌细胞分化效率低、在体整合困难的问题仍未解决。本课题组的前期研究发现：CREG基因能促进胚胎干细胞向心肌细胞定向分化,CREG与细胞膜甘露糖-6-磷酸/胰岛素样生长因子II受体及细胞间粘着连接蛋白N-cadherin均具有共定位关系。在此基础上，本申请项目拟进一步探讨CREG基因修饰对iPS细胞和iCM的心脏发生、细胞间连接组装有无促进作用及其机制；应用CREG修饰的人和小鼠iPS来源的心肌细胞及iCM与正常小鼠心肌细胞体外共培养以及急性心肌梗死在体模型，验证CREG基因修饰对两种来源的心肌细胞移植入梗死心肌后结构和功能重建的调节作用，课题的实施有助于进一步理解干细胞心肌发生的调控机制，并有望为改善干细胞分化效率和心肌细胞整合效果提供理论依据和干预靶点。

诱导多能干细胞（iPS）定向分化为心肌细胞是当前心肌再生最有前景的策略之一，但心肌细胞分化效率低、在体整合困难的问题仍未解决。因此，本项目旨在明确CREG调控iPS细胞心脏发生的作用，并阐明其机制。研究内容主要包括3个方面：（1）CREG在iPS细胞向心肌细胞分化中的作用研究；（2）CREG调控iPS细胞向心肌细胞分化的分子机制研究；（3）CREG基因修饰的iPS细胞移植对受损心肌的修复作用研究。我们成功获得小鼠iPS细胞并建立了稳定的iPS细胞向心肌细胞分化模型。利用该模型，发现CREG在分化心肌细胞中高表达，主要定位在细胞间连接处，其表达增加与心肌细胞分化程度呈正相关。CREG过表达促进iPS细胞向心肌细胞分化并形成紧密连接的心肌组织样结构；而CREG敲除抑制胚胎干细胞（ESC）向心肌细胞分化，且分化的心肌细胞不形成细胞间连接。上述结果表明，CREG是调控心肌细胞分化的关键因子。进一步机制研究发现，CREG调控心肌细胞分化不依赖周围环境，而以细胞自主的方式进行。CREG促进iPS细胞向心肌细胞分化的作用与胚层分化无关。CREG蛋白通过D141/P142与Sec8蛋白直接结合，后者参与胞吐复合体的形成，将细胞间连接蛋白N-Cadherin从胞内转运到细胞连接处，形成稳定的细胞间连接。最后，我们将CREG基因修饰的iPS细胞移植到发生心肌梗死的小鼠心肌组织中，结果发现CREG修饰的干细胞移植，可通过上调应激蛋白JNK1/2和P38表达，减少心肌梗死后心肌细胞凋亡，从而降低心肌梗死范围，改善心功能。本项目明确了CREG是调控心肌细胞分化的重要因子，并且阐明其分子机制主要是与胞吐复合体蛋白Sec8直接结合，促进N-cadherin的细胞连接处定位及稳定。本项目拓展了对心肌细胞分化机制的理解，并为心肌细胞再生医学研究及临床转化提供了重要的实验和理论基础。