Nrf3对心肌梗死后心脏干细胞分化的影响及机制研究

在国家自然科学青年基金的资助下，我们初步发现心肌梗死后低氧诱导因子-1a（HIF-1a）诱导SCF表达而趋化心脏干细胞（CSC）迁移，但低氧微环境下CSC的分化机制尚不明确。心肌素（Myocardin）是调控心肌细胞分化的关键核转录因子，前期我们发现低氧可以诱导其表达。新近研究表明，胚胎干细胞向平滑肌细胞的分化过程中，红系核内转录因子2 相关因子3（Nrf3）可上调myocardin的表达，提示可能存在Nrf3-Myocardin调控通路。预实验中我们发现低氧刺激CSC分化过程中Nrf3和myocardin均明显表达。鉴于此，本研究假设心肌梗死后的低氧微环境下HIF-1a通过活化CSC中的Nrf3进而调控myocardin表达来决定CSC的分化命运。研究成果将进一步阐明心肌梗死后迁移入损伤区域的CSC分化机制，并为"运用CSC来修复损伤心肌"之治疗策略的形成提供重要理论基础。

干细胞的命运受到其所处微环境的精确调控，而对于迁移入损伤区域的CSCs 如何被激活并发生分化的机制所知甚少。本研究假设心肌梗死后心肌损伤局部的低氧微环境下HIF-1α通过活化CSCs 中的Nrf3 进而调控Myocardin 来决定CSCs 的分化命运。体外实验中，我们采用MACS 方法从乳大鼠心肌组织中分离出c-kitPOS CSCs，并且采用免疫荧光的方法证实其c-kit 呈阳性表达；成功构建Nrf3 基因过表达载体，筛选并培养稳定表达Nrf3 的CSCs，观察到其向心肌细胞分化的能力及NKX2.5 的表达均较对照组明显增加；强制表达Nrf3 基因的CSCs 中Myocardin的表达较对照组明显增强，初步证实了CSCs 分化过程中Nrf3 对Myocardin 的调控作用；采用2% O2 的低氧刺激CSCs 分化，结果证实较常氧组明显上调了Nrf3、Myocardin 及NKX2.5 蛋白的表达。体内实验中初步证实了移植Nrf3 基因修饰的CSCs 对心肌梗死后心功能的恢复有促进作用。上述结果提示心肌梗死后损伤区域缺血缺氧的微环境下CSCs 的分化机制可能是通过Nrf3 活化来调控Myocardin 的表达进而促进CSCs 的心肌分化能力。项目实施为运用“动员心脏干细胞来修复损伤的心肌”之治疗策略的形成提供理论基础和实验依据，为临床开展基于CSCs 的干细胞治疗的再生医学奠定基础。