低氧三维培养通过HIF-1α通路诱导干细胞分化为心肌细胞补片及分子机制研究

Myocardial infarction (MI) is the main cause of death and the main reason for heart failure due to limited myocardial regeneration. Stem cell transplantation as the main treatment of heart failure, stem cell patch is the main means of treatment of myocardial infarction. Stem cell transplantation is not easy to survive and proliferate and differentiate after myocardial transplantation. The mechanism of inducing cardiomyocyte stem cells under hypoxic environment is unclear. How to carry out effective transplantation is a key factor for the success of myocardial infarction. Previous studies have shown that three-dimensional in vitro culture is a method of stem cell myocardial patch. Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate P (3HB-co-4HB) patch has good biocompatibility , As a carrier, bone marrow stem cells implanted in patch can promote the adhesion and survival of stem cells proliferation and differentiation, HIF-1α pathway plays an important role. In the in vivo study of exogenous HIF-1α gene expression and HIF-1α knockout animal model, three-dimensional cultured stem cell myocardial patch in hypoxic environment was used to observe the effect on myocardial infarction, and to clarify the effect of HIF- 1α pathway in bone marrow stem cells induced by hypoxia is an important mechanism of stem cell myocardial patch. This project is expected to provide a better treatment for clinical treatment of myocardial infarction and myocardial infarction remodeling.

心肌梗死是导致死亡的主要原因，心肌再生受限是导致心衰发生的主要原因。干细胞移植成为治疗心衰的主要技术，干细胞补片是治疗心梗的主要手段。干细胞移植心肌后不易存留及增殖分化，低氧环境下诱导成为心肌细胞的机理不清，如何进行有效移植，是治疗心梗成功的关键因素。既往研究表明体外三维培养是成为干细胞心肌补片的方法，聚-3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯P(3HB-co-4HB)补片具有很好的生物相容性，作为载体，骨髓干细胞种植于补片能促进干细胞的黏附存留和增殖分化，HIF-1α通路在其中起重要的作用。在动物模型体内试验中，应用体外低氧环境下三维培养的干细胞心肌补片，观察对梗死心肌功能改善的效果，阐明HIF-1α通路在低氧环境下骨髓干细胞诱导为干细胞心肌补片中的重要机理作用。本项目有望为临床治疗心肌梗死，改善梗死心肌重构，提供一种更好的治疗手段。

心肌梗死是导致死亡的主要原因，心肌再生受限是导致心衰发生的主要原因。干细胞移植成为治疗心衰的主要技术，干细胞补片是治疗心梗的主要手段。干细胞移植心肌后不易存留及增殖分化，低氧环境下诱导成为心肌细胞的机理不清，如何进行有效移植，是治疗心梗成功的关键因素。既往研究表明体外三维培养是成为干细胞心肌补片的方法，聚-3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯P(3HB-co-4HB)补片具有很好的生物相容性，作为载体，骨髓干细胞种植于补片能促进干细胞的黏附存留和增殖分化，HIF-1α通路在其中起重要的作用。本研究通过探究低氧微环境对聚3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸酯［Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate，P(3HB-co-4HB)］与小鼠骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，mMSCs）形成细胞补片，在细胞黏附、存活、增殖及心肌分化方面产生的影响，为细胞移植术的进一步发展提供理论积淀。在培养24小时后，CCK-8法检测显示低氧组的OD值(0.349±0.038)显著大于常氧组（0.308±0.025），差异具有统计学意义（P<0.05，n=10）；扫描电子显微镜观察到低氧组补片上存活细胞数量比常氧组更多，细胞与补片之间的黏附牢固，细胞形态正常；培养12小时后通过实时定量PCR观察到低氧组的HIF-1 mRNA表达水平上调（P <0.05）；低氧培养 24 h 后 Western blotting检测到同常氧组（0.47±0.05）比较，低氧组（0.63± 0.06）HIF-1α 蛋白相对表达水平显著增高（n=3，P<0.05）；免疫荧光显示低氧组的cTnT表达比常氧组更加明显。低氧微环境可促进骨髓间充质干细胞在P（3HB-co-4HB）材料上的黏附、存活、增殖、心肌分化并且形成心肌补片， 这一效应可能与HIF-1α通路的激活有关。本项目有望为临床治疗心肌梗死，改善梗死心肌重构，提供一种更好的治疗手段。