PMSC亲和肽-CBD改善梗死心肌中移植干细胞生存

Stem cell transplantation is a new strategy to repair infarcted myocardium and improve heart function by revascularization and delay myocardial remodeling .But the survival of transplanted stem cell were not ideal.The apoptosis of transplanted cells is the key and common problem which caused by deficiency of effective growth and differentiation signals in infarcted myocardium niche.The fibronectin/cadherin bio-inspired ceramic surface recombinanted by our group were shown to promote the adhesion and proliferation of bone marrow mesenchymal stem cell.Based on the design of the fusion protein and the identification of type I collagen expression in the infarcted myocardium in preliminary studies, the molecular signailing should be reshaped by the fusion protein containing the cells and extracellular matrix components in pro-apoptotic infarcted myocardial microenvironment.We propose to screen the PMSC binding Peptide,construct PMSC binding peptide-CBD(collagen binding domain) fusion protein, expect that the protein will protomote transplanted PMSC to adhere to myocardial extracellular matrix and the survival of trnsplanted stem cell in infarcted myocardium. Fusion protein without stem cell gene transfection, apply to variety of cell transplantation approachs, maybe provide a new strategy to improve the efficacy of stem cells to treat ischemic heart disease.

梗死后凋亡的心肌微环境难以提供有效的生长和分化信号，由此导致的凋亡是移植干细胞死亡的关键因素和限制疗效的共性问题。研究显示干细胞黏附于细胞外基质能诱导抗凋亡效应，我们的前期研究发现黏附于胶原蛋白能促进干细胞增殖、迁移和分化，前期构建的融合蛋白rFN/CDH修饰界面可使骨髓间充质干细胞高效黏附、增殖和成骨分化于生物支架。基于前期融合蛋白设计、梗死心肌中I型胶原蛋白表达鉴定，我们设想：制备兼有细胞和细胞外基质成分的融合蛋白有望重塑心肌凋亡微环境内的分子信号。拟利用噬菌体肽库筛选PMSC亲和肽，与特异性结合I型胶原蛋白的七肽CBD共同构建融合蛋白，期望该蛋白将移植PMSC黏附于梗死心肌中高表达的内源性I型胶原蛋白并促进移植干细胞存活。融合蛋白不需干细胞基因转染，适用多途径移植，可望改善干细胞移植治疗缺血性心肌疾病的疗效。

近年来，心脏干细胞再生疗法治疗心血管疾病取得了很大进步，在但仍存在心脏干细胞的移植存活率低、定植率低等问题。本研究在猪的慢性心肌缺血模型中进行经冠脉和静脉多途径的UC-MSCs移植，结果发现UC-MSCs移植显著改善缺血心脏的心功能和心室重塑，增加心肌灌注和侧枝循环的重建，然而，只在梗死边缘区域发现UC-MSCs，并发现其高表达前血管生成细胞因子（VEGF, Ang），未发现UC-MSCs分化的证据。推测UC-MSCs移植对缺血心肌治疗作用的可能机制来源于UC-MSCs的旁分泌功能。干细胞在缺血心肌的生存和分化是本项目没有解决的问题。.在先天性心脏病中，本项目获得了较大的突破和发现。Speg基因缺陷导致扩张型心肌病和心功能衰竭。本项目证实SPEG-/-CKIT+心肌祖细胞（CPCs）不能分化为成熟心肌细胞。在孕13.5天小鼠子宫内将野生CKIT+ CPCs移植于SPEG-/-胎鼠心肌中，结果发现：CKIT+ CPCs宫内移植显著改善了SPEG-/-出生后的心功能和心脏扩张。重要的发现在于：1.移植后CPCs大量存在于右心室以及左心室和室间隔的心内膜下区域。2.出生后SPEG-/-小鼠心肌中发现大量SPEG+/+的成熟心肌细胞。3. 出生后SPEG-/-小鼠心肌发育明显成熟。4.在全心脏细胞分析中发现，10.9%的心脏细胞为外源性，外源性细胞中51.37%分化为成熟心肌细胞。5.部分外源性细胞保持着未分化的特以细胞龛的形式存在。以上发现第一次证实了宫内心肌CPCs移植可以纠正基因缺陷导致的心肌发育障碍和扩张型心肌病，移植后CPCs大量增殖，部分分化为成熟心肌细胞部分继续保持未分化状态，为先天性心脏病的治疗提供一种新的思路。此外推测宫内CPCs移植不但可以有急性的治疗作用，同时未分化CPCs细胞龛将继续增殖、分化带来长期的治疗效果。对干细胞干性调控机制的研究进一步阐明和证实这一科学假设。.本项目在ESC模型上进一步探讨了干细胞干性调控的机制，结果发现：Nac1敲除导致ESC自我更新效率下降但不影响ESC的多潜能性；Nac1过表达延缓了ESC的分化；Nac1对ESC干性的调控作用是通过调控c-myc的转录实现的。提示通过对Nac1的调控可以改变干细胞的干性，对移植后CPCs干性的调控，将是本项目后续研究的方向。