丹参酚酸B调控CXCR4-PI3K/Akt信号通路促进iPS细胞对急性心肌梗死心肌修复的作用机制研究

Induced pluripotentstem cells is one kind of ideal candidate cells for repair of myocardium cells. Recent report showed Chinese medicine salvia miltiorrhiza extract could enhance the ability of stem cells to repair CXCR4 signal pathway. While the chemical component of salvia miltiorrhiza is complicated and active ingredients is not clear till now. Our earlier study showed among all the monomeric compound, Salvianolic acid B could improve the effect of myocardial infarction repair of iPSCs and the biological function of iPSCs significantly and enhance its expression of multi-directional differentiation potential genes. The mechanism might be related with Akt activation which is downstream signal of CXCR4. Thus, we suggest this signal pathway might play one key role in the repair of myocardium cells by iPSCs pretreated with Salvianolic acid B. In this study, we will discuss the effect of Salvianolic acid B pretreatment on iPSCs-CXCR4 gene expression and its possible downstream signal pathway. The H9C2 cells and myocardial infarction of CXCR4-ligand-SDF-1α gene knock-out rat will be focused to explore the effects of iPSCs' migration,homing and differentiation and the role of CXCR4-PI3K/Akt signal in biological function of improvement of iPSCs pretreated with Salvianolic acid B. It will support more theory evidence for myocardial cells repair of iPSCs.

诱导性多能干细胞（iPSCs）是目前最为理想的心肌修复的候选细胞之一。有报道中药丹参提取物能够激活干细胞修复心肌的CXCR4信号通路，然而丹参的化学成分复杂，活性成分不清。我们前期研究表明，在各种丹参单体化合物中，丹参酚酸B具有明显的促进iPSCs修复急性心肌梗死后坏死心肌的作用，且提高体外培养的iPSCs的生物学特性，提高多向分化潜能性相关基因的表达，其机制与CXCR4下游信号通路Akt激活有关。因此，我们推测该信号通路在丹参酚酸B增强iPSCs修复急性心肌梗死后坏死心肌中可能发挥较关键的作用。本项目拟分别以H9C2心肌细胞及CXCR4配体SDF-1α基因敲除大鼠的心肌梗死模型为研究对象，探讨丹参酚酸B促进iPSCs细胞动员、归巢及分化的效果及分子机制，以阐明CXCR4-PI3K/Akt信号通路在其心肌修复过程中的角色，该研究将为丹参酚酸B用于iPSCs移植修复心肌提供理论依据。

有报道称中药丹参可通过激活干细胞CXCR4信号通路修复受损心肌，然而丹参的化学成分复杂，活性成分不清。我们前期研究发现，在各种丹参单体化合物中，丹参酚酸B可提高iPSCs的生物学特性，增加其多向分化潜能相关基因的表达，并有效促进iPSCs修复急性心肌梗死后坏死心肌。因此，我们推测该信号通路在丹参酚酸B增强iPSCs修复急性心肌梗死后坏死心肌中可能发挥较关键的作用。本项目拟以H9C2心肌细胞及CXCR4配体SDF-1α基因敲除大鼠的心肌梗死模型为研究对象，探讨丹参酚酸B是否可通过CXCR4-PI3K/AKt信号通路促进iPSCs细胞动员、归巢及分化的效果及分子机制，同时探索新型诱导iPSCs定向心肌分化的方法。经过本团队不断探究，我们研究发现中药丹参提取物的确可有效提高iPSCs增殖分化能力，但各单体成份作用不一致，丹参酚酸B在提高iPSCs细胞活性的同时促进其分化潜能基因OCT-4和C-myc的表达。此外通过构建心肌特异蛋白基因NCX1慢病毒颗粒并转染至iPSCs，辅以10～100μM丹参酚酸B联合诱导，5% CO2、37℃培养15～20d后，丹参酚酸B不仅可有效促进NCX1表达，而且可有效促进心肌特异性标志物α肌动蛋白（α-actin）、心肌肌钙蛋白T（cTnT）表达，同时显微镜下可见心肌细胞样梭形改变。此外我们研究还发现，利用TALEs 基因编辑技术可有效诱导CXCR4基因启动子区域去甲基化，将CXCR4b-TAL-Tet1c慢病毒颗粒转染至iPSCs后，可得到稳定过表达CXCR4的iPSCs。在不改变iPSCs分化潜能的前提下，体外过表达CXCR4的iPSCs相比未处理的iPSCs其迁移能力提高了3.9倍，且激活了其下游AKT信号的表达，而其ERK1/2信号并未有明显的改变。.该项目有效探讨了丹参酚酸B对iPSCs在迁移、增殖、分化等生物学特性方面的影响，并发现丹参酚酸B可通过有效激活AKT信号促进CXCR4表达并提高其迁移能力；同时发现丹参酚酸B可有效促进NCX1诱导iPSCs定向心肌分化，本研究将为中药丹参提取物辅助干细胞治疗急性心肌梗死提供更多的理论依据，促进中药的临床发展。