PPAR-γ通过WNT/β-catenins通路调控心肌干细胞功能学研究

Heart failure (HF) is the main death cause of cardiovascular diseases. Cardiac stem cells (CSCs), a knid of stem cell with the ability of directional differentiation into myocytes, is deemed to be the most hopeful stem cell adopted as the myocardial replacement therapy with the manner of complete myocytes regeneration. How to mobilize CSCs and promote CSCs' differentiation into myocytes is the hot point and hope in HF study field. Canonical WNT/β-catenins pathway is the pivotal pathway to regulate the renew and differentiation of CSCs, and peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-γ) agonist can directly inhibit the transduction of WNT/β-catenins pathway. Our study found that myocardial overexpression of PPAR-γ could directly induce enlarged heart and heart failure.In addition, myocardial PPAR-γ expression would significantly increase in rats with heart failure after myocardial infarction, and CSC number would greatly decrease.After the treatment of PPAR-γ agonist, CSC number could further decrease, but it had no significant effect on CSC in normal heart. Accordingly, we hypothesize that activating PPAR-γ can negatively regulate the generation and differentiation of CSC by WNT/β-catenins pathway. The present study will evaluate the effects of PPAR-γ on myocardial generation and renew and discuss the related mechanisms, which will help to provide the theory base for the future treatment of heart failure by CSC.

心力衰竭（心衰）是心血管疾病的主要死亡原因。心肌干细胞（CSC）是一种能定向分化为心肌细胞的干细胞类型，被认为是最有希望以完全心肌再生方式用于心肌替代治疗的干细胞类型。如何动员CSC并促进其分化为心肌细胞是心衰领域的研究热点和希望。经典WNT/β-连环蛋白信号通路是调控CSC自我更新与分化的重要通路，过氧化物酶增殖体活化受体-γ（PPAR-γ）激动剂可直接抑制该通路的转导。我们发现，心肌PPAR-γ过表达可致心脏扩大及心衰，而心梗后心衰大鼠心肌PPAR-γ表达上调，CSC数量明显减少，且PPAR-γ激动剂可使CSC进一步减少，但对正常心脏CSC不产生影响。为此我们提出PPAR-γ激活通过WNT/β-连环蛋白通路负向调控小鼠CSC增殖及分化的假设，利用梗死后心衰鼠模型和Tet-on/off表达调控系统等进行论证，探讨PPAR-γ对CSC心肌再生的影响及机制，为CSC治疗心衰奠定一定理论基础。

心脏干细胞是移植治疗心肌梗死最理想的种子细胞，决定其治疗心肌梗死疗效的因素主要包括细胞输送途径和移植后的活性，当前这两方面都存在许多尚未解决的问题，我们针对这些问题展开实验。首先我们从SD大鼠心脏分离出心肌球（CSps）细胞，该细胞呈球形立体生长，内部表达c-kit、sca-1和KDR等干性标记物，与文献报告相符。随后我们进行筛选高生物学活性的CSps作为在体移植目的干细胞的一系列研究：（1）对CSps进行传代培养，发现P2代CSps获得克隆数最多，生长因子（VEGF、bFGF、HGF及IGF-1）基因表达量最强；（2）采用不同浓度（25%、50%、100%）的大鼠心肌梗死后心包腔积液（PFMI）预处理CSps，结果显示50% PFMI预处理CSps，可以促进CSps中干性基因、心肌细胞cTnT及生长因子的基因表达水平，并且对CSps的活性无明显影响；（3）与PBS对照组相比，基质水凝胶包裹的CSps在体外存活率显著性提高，体外放置12小时后，状态良好的细胞所占比例仍高于90%。因此，我们选用基质水凝胶包裹的、经50% PFMI预处理后的P2代CSps作为移植的种子细胞。因CSps呈球形立体生长，直径常大于100um，传统的干细胞输送途径不适合CSps的在体移植，如何输送CSps成为本课题的难点。我们创新性的采用心包腔作为输送途径，并进行一系列实验验证其可行性和疗效：（1）DiR标记CSps经心包腔移植后，活体成像检测移植后1周、2周及4周存活率分别为54.5±7.5%、31.0±4.5%和16.8±5.3%，且移植的CSps全部存在于心脏组织中；（2）UCG结果显示，CSps移植可以显著性抑制心肌梗死导致的左心室收缩末径的增大、左心室射血分数的降低，并且可以将大鼠的生存率调高20%；（3）Masson染色显示，CSps移植可以显著性抑制心肌梗死导致的非梗死区胶原容积的升高；（4）小动物PET/CT、免疫荧光染色及ELISA结果显示，CSps治疗通过直接分化及旁分泌这两种方式，可显著增加梗死区心肌细胞的含量及血管生成，这可能是其改善心功能及心室重构的机制。