在低氧心肌微环境中重编程心脏成纤维细胞分化为心肌细胞的实验研究

目前，在缺血性心脏病心肌修复研究中，细胞移植和非功能性细胞的基因修饰均无法有效地补充大量缺失的心肌细胞，难以从根本上修复受损心肌。成体细胞核重编程技术可使成体细胞逆转为诱导的多能性干细胞 (iPS)，为实现从非功能性细胞到功能性细胞的转分化搭建了桥梁。本课题组在小鼠心脏成纤维细胞（CFs）核重编程预实验取得进展的基础上，提出设想：采用细胞重编程方法，将心梗局部高增殖活性的CFs原位去分化、再分化为功能性心肌细胞，从而达到原位补充心肌细胞的目的。.本课题拟采用成体细胞核重编程及干细胞向心肌细胞定向诱导分化技术，在模拟的低氧心肌微环境中，将成体细胞核重编程关键功能因子转染CFs，使其去分化至多能性状态（iPS）；利用心脏发生早期信号调节因子BMP2，改良模拟的低氧心肌微环境，诱导来源于CFs的iPS分化为心肌细胞。本研究的完成，将为实现整体水平缺血心肌原位细胞修复的目标提供理论基础及实验依据。

目前，在缺血性心脏病心肌修复的研究中，细胞移植和非功能性细胞的基因修饰治疗均无法有效地补充大量缺失的心肌细胞，难以从根本上修复受损心肌。成体细胞核重编程技术可使成体细胞逆转为诱导的多能性干细胞 (iPS)，为实现从非功能性细胞到功能性细胞的转分化搭建了桥梁。本课题组在小鼠心脏成纤维细胞核重编程预实验取得进展的基础上，提出设想：将心梗局部高增殖活性的心脏成纤维细胞（CFs）在原位去分化、再分化为功能性心肌细胞，从而达到原位补充心肌细胞的目的。 . 本课题在模拟心肌微环境中，采用成体细胞核重编程及干细胞向心肌细胞诱导分化技术，转入成体细胞核重编程关键功能因子，诱导小鼠CFs 去分化为多能性状态（iPS）。研究结果显示，小鼠CFs可被重编程为多能性干细胞（CFs-iPS），在改进的心肌微环境定向诱导下，CFs-iPS成功转分化为具有形态及功能性特征的心肌细胞。. 在模拟低氧心肌环境下，小鼠CFs-iPS重编程实验结果也显示：（1）在低氧微环境下，CFs 细胞表型可转化为心脏肌成纤维细胞(cardiac myofibroblasts, CMFs) ；（2）低氧促进了重编程CFs-iPS糖酵解代谢途径的早期激活，诱导CFs-iPS线粒体呼吸功能进一步降低，低氧诱导CFs-iPS的细胞能量代谢产物谱更接近于胚胎干细胞（ESCs）；（3）低氧微环境诱导CFs-iPS多能性转录因子（Oct4、Naong、Sox2）表达水平显著增高，具有与ESCs相似的多向分化潜能特征；（4）与常氧诱导环境比较，在低氧微环境下，CFs-iPS诱导效率显著提高。. 本研究项目证实了在缺氧环境下，重编程心脏成纤维细胞转分化为功能性心肌细胞的可行性，此为实现整体水平缺血心肌原位细胞修复提供了有益的理论基础及实验依据。