黄芪多糖抑制糖尿病心肌多潜能干细胞氧化应激损伤的机制研究

Accumulating evidence supports that the heart possesses a compartment of multipotent stem/ progenitor cells (CSPCs) that differentiate into cardiomyocytes to renew itself. Enhanced CSPCs apoptosis mediated by oxidative stress may result from hyperglycemia in diabetic cardiomyopathy. Our previous study showed that Astragalus Polysaccharides (APS) treatment prevented myocardial ultrastructure abnormality and cardiac dysfunction in diabetic mice. Moreover, APS treatment led to less ROS production, less CSPCs apoptosis and upper-expression of SOD2 protein both in CSPCs cultured with hyperglycemia and in hearts of diabetic mice. However, the exact effect of APS on oxidative stress-dependent apoptosis of CSPCs in diabetic cardiomyopathy is still unkown. Therefore, in the present study, we will use CSPCs culture and SOD2 KO mice to explore the role of APS in oxidative stress-dependent apoptosis of CSPCs in diabetic cardiomyopathy, and the relevant mechanism involving redox signaling pathway and SOD2 protein regulation. This project may provide further rationale and more evidence for the APS treatment on diabetic cardiomyopathy.

研究发现心脏自身拥有一组心肌多潜能干细胞，可以分化为心肌细胞以维持心肌自我更新与修复；持续的高血糖诱导心肌多潜能干细胞的氧化应激损伤是糖尿病心肌病的重要发病机制。我们前期研究结果显示黄芪多糖对糖尿病心肌病有明确的保护作用。进一步研究我们发现，黄芪多糖治疗后，糖尿病鼠心脏的心肌多潜能干细胞含量增加、氧化应激产物减少、SOD2(线粒体过氧化物歧化酶）蛋白表达增高；黄芪多糖干预后，高糖培养下小鼠心肌多潜能干细胞的凋亡减少、氧化应激产物减少、SOD2蛋白表达增高；提示黄芪多糖对糖尿病心肌病的保护作用与心肌多潜能干细胞的氧化应激损伤密切相关，然而其机制尚不清楚。本课题将以小鼠心肌多潜能干细胞培养、部分敲除SOD2基因的转基因小鼠为模型，在动物水平和细胞水平深入探讨黄芪多糖通过调控SOD2表达对糖尿病心肌多潜能干细胞氧化应激损伤的阻断机制，为黄芪多糖治疗糖尿病心肌病提供进一步的理论依据和实验基础。

研究背景：心脏自身拥有一组心肌多潜能干细胞，可分化为心肌细胞以维持心肌自我更新与修复.持续的高血糖诱导心肌多潜能干细胞的氧化应激损伤是糖尿病心肌病的重要发病机制。.研究内容：以胚胎鼠心脏来源的H9c2细胞培养、部分敲除SOD2基因的转基因小鼠为模型，运用基因转染和siRNA干扰技术、氧化应激芯片等技术，在动物和细胞水平验证了黄芪多糖通过调控糖尿病心肌多潜能干细胞的SOD2表达，阻断糖尿病心肌多潜能干细胞的氧化还原失衡。.研究结果：1、动物实验：（1）黄芪多糖治疗明显纠正转基因SOD2+/-KO小鼠、STZ诱导糖尿病SOD2+/-KO小鼠的心脏功能障碍和血液动力学紊乱、改善心肌组织结构异常、心肌胶原纤维沉积和超微结构异常，下调心肌心衰因子的基因表达。（2）黄芪多糖治疗显著抑制转基因SOD2+/-KO小鼠、STZ诱导糖尿病SOD2+/-KO小鼠心肌多潜能干细胞（CSPCs）的凋亡和坏死程度、提高CSPCs增殖活性，抑制CSPCs活性氧化物质（ROS）及氧化应激产物的生成，显著影响CSPCs氧化应激指标及氧化应激信号传导通路的蛋白含量和基因表达（包括促氧化应激的基因表达下调和蛋白含量减少、抗氧化应激的基因表达上调和蛋白含量增加）。（3）黄芪多糖治疗显著上调转基因SOD2+/-KO小鼠、STZ诱导糖尿病SOD2+/-KO小鼠CSPCs的SOD2基因表达、SOD2蛋白含量及SOD2酶活性。2、细胞实验：给予黄芪多糖干预后，高糖培养或干扰SOD2表达的胚胎鼠心脏来源的H9c2细胞形态及功能完好，线粒体超微结构保护完好，氧化应激产物ROS水平降低，细胞凋亡和坏死减少、细胞增殖活性增加, SOD2的基因表达上调、蛋白含量及酶活性增高，氧化应激指标及氧化应激信号传导通路的相关基因表达显著改变，包括促氧化应激的基因表达下调、抗氧化应激的基因表达上调（运用QIAGEN氧化应激芯片检测84种氧化应激相关基因，对阳性基因运用Western Blot法进行蛋白检测验证）。.科学意义：在动物水平和细胞水平验证了黄芪多糖通过调控SOD2表达对糖尿病心肌多潜能干细胞氧化应激损伤的阻断机制，为黄芪多糖治疗糖尿病心肌病提供进一步的理论依据和实验基础。