雌激素受体与SDF-1α/CXCR4信号通路交互作用调节骨髓源性内皮祖细胞修复梗死心肌的分子机制研究

Impaired biological capacity of endothelial progenitor cells (EPC) is the leading cause which is responsible for rapid increasing incidence of coronary heart disease and worse prognosis in postmenopausal women. Based on the findings that estradiol (E2) enhances the homing of EPC-induced cardiac repair by up-regulating CXCR4 expression via estrogen receptors (ER) pathway, we will firstly culture bone marrow-derived EPC from ovariectomized mice and detect the E2 inducible ER subtype of predominant expression. Secondly, EPC of silent expression of predominant ER subtype (EPCi) with RNA interference technology will be established, the expression of SDF-1α/CXCR4-JNK and pERK1/2 signaling will be examined, and the biological capacity will be detected. Furthermore, after being preconditioned with SDF-1α and/or CXCR4 inhibitor AMD3100, EPC and EPCi will be investigated to analyse the expression of predominant ER subtype and pERK1/2 and biological activity. Finally, we will investigate the effects of predominant ER subtype and SDF-1α/CXCR4 signaling crosstalk on modulating EPC-mediated cardiac repair after acute myocardial infarction.This project will provide new theory and therapeutic strategy for prevention and treatment of coronary heart disease in postmenopausal women and improving the outcomes of treatment of ischemic heart diease with stem cell transplantation.

内皮祖细胞(EPC)生物学功能受损是女性绝经后冠心病发病率快速上升及心梗后预后差的重要原因。本项目在我们前期观察到雌激素(E2)通过雌激素受体(ER)上调CXCR4表达促进EPC归巢修复梗死心肌的基础上，培养卵巢切除小鼠骨髓源性EPC，分析其在E2诱导下优势表达的ER亚型(α或β)；应用RNAi技术建立优势ER亚型沉默表达的EPC(EPCi),分析其SDF-1α/CXCR4-JNK、pERK1/2表达及细胞的生物学功能；应用SDF-1α和/或CXCR4拮抗剂AMD3100作用于EPC或EPCi，分析其对优势ER亚型的调节、pERK1/2表达及细胞生物学功能；最后研究优势ER亚型和SDF-1α/CXCR4信号通路的交互作用及其调节EPC修复梗死心肌的机制。该研究将为绝经女性冠心病的防治和提高干细胞移植治疗缺血性心脏病的效果提供新的理论基础及治疗策略。

研究背景：新近研究表明17β-雌二醇可以调节内皮祖细胞归巢到梗死心肌，促进血管新生，从而修复梗死心肌，在此过程中，雌激素受体α（ERα）和基质细胞衍生因子-1（SDF-1）及其受体CXCR4所介导的信号通路起着重要的作用。然而，ERα和SDF-1/CXCR4两条信号通路的交互作用仍不清楚。因此，我们提出假设，雌激素可能通过ERα和SDF-1/CXCR4信号通路交互作用促进EPCs归巢和新生血管形成而产生对心脏的保护作用。.研究内容、方法和结果：从卵巢切除小鼠骨髓中培养EPCs，应用雌激素对EPCs进行作用，结果发现雌激素能上调EPCs的ERα、SDF-1和CXCR4表达。此外，雌激素显著增强EPCs迁移和血管新生功能，然而，ERα拮抗剂MMP和CXCR4抑制剂AMD3100能明显抑制雌激素上调EPCs体外迁移和血管新生功能，MMP和CXCR4两者联合应用作用更明显。本项目还进行了体内研究。应用超顺磁性氧化铁纳米粒（SPIO）标志EPCs，制作急性心肌梗死小鼠模型，在心肌梗死后经尾静脉移植3 × 106 个SPIO标志的EPCs，根据对EPCs的不同处理，分为未处理的EPCs组、雌激素处理组、MMP+AMD3100处理组以及E2+ MMP+AMD3100处理组。结果显示雌激素处理组归巢的EPCs数量、心肌梗死区内新生血管密度明显高于其它组，左心室纤维化程度明显低于其它组，心脏功能也优于其它组。然而，雌激素的这些作用几乎被联合应用的MMP和AMD3100完全阻断。.结论和意义：在急性心肌梗死背景下，雌激素通过ERα和SDF-1/CXCR4信号通路调节EPCs归巢，促进新生血管形成，减轻心室重塑，改善心功能，从而产生对心血管系统的保护作用。研究结果意味着ERα和CXCR4信号通路可以作为有效的治疗靶点，为治疗心肌梗死提供新的理论依据和治疗策略。