1、促进移植细胞在心肌中存活的研究进展中华内科杂志 2006 年 8 月第 45 卷第 8 期ChinJInternMed,August2006,Vol45,No.8促进移植细胞在心肌中存活的研究进展秦晴钱菊英一般认为心肌细胞是一种终末分化细胞,不能通过诱导周边心肌细胞增殖来修补,因而限制了细胞损伤后再生的可能性.心脏移植已经很成功,但免疫排斥和供体心脏的短缺仍未得到解决.自身和外源性细胞移植为心肌坏死区的细胞重建及衰竭心脏的功能恢复提供了一种新的方法.然而移植的细胞必须达到一定的量方能产生治疗作用.因此,植入的细胞能否在心肌内存活以及进一步增殖和分化是当前关注的热点.以往的研究发现并非所有的动物
2、受体体内都能找到可识别的移植细胞,再者,有证据表明移植后 1d,移植细胞就开始死亡 j.有人发现将移植细胞的数量从 61O 增加到 2510 并不能增加移植面积,原因是大部分细胞在移植后死亡.在整个研究模型中,细胞损失分两个过程:第一过程中细胞的减少与技术原因有关,包括细胞残留在注射器中,漏人心室腔或心包腔或进入血管腔及淋巴系统,减少的细胞数量约 45%.在第二过程中主要原因为细胞死亡,约占总注射量的 50%一 75%.通过电子显微镜观察死亡细胞同时具有不可逆性缺血损伤和凋亡的特征.相关实验发现将心肌细胞植入 2 周龄肉芽组织和普通心肌细胞后凋亡指数(TUNEL 指数)分别为 53%和 80%
3、,证明缺血是移植物存活不佳的原因.目前针对改善心肌细胞植入环境的血供情况,以促进心肌细胞存活方面的研究已有了一定的进展.以下将分别加以论述.一,蛋白激酶 B(Akt)Akt 是细胞凋亡的一个调节因子,有几项不同的细胞功能,包括控制细胞大小和调节细胞存活和代谢.研究发现Akt 在心肌细胞内环境稳定上起了重要作用 J.Akt 受上游分子如 B.肾上腺素能受体,GF.1 或胰岛素受体通过磷脂酰肌醇 3 激酶(PI3K).Ot 激活,被人类肿瘤细胞中的抑癌因子(PTEN)分子抑制 .最近一项研究发现 J,激活的 Akt 有聚集在细胞核里的倾向,提示 Akt 活性的靶目标在细胞核内.使 Akt 聚集在细
4、胞核中不仅可以抑制细胞凋亡,还不会表现出诸如肌纤维密度改变或肥大等形态学方面重构,并且磷酸化 Akt 和激酶的活性显着提高,有效抑制缺氧导致的细胞死亡.Matsui 等发现转入 Akt 基因的心肌细胞使缺血再灌注损伤形成的梗死面积减少了 64%,凋亡细胞数目减少84%.同时 Akt 的激活使局部心肌厚度得到恢复.由此可见,Akt 的激活对短暂缺血有很强的心肌细胞保护作用,可能是通过抑制心肌细胞死亡和促进存活心肌细胞功能来实作者单位:200032 上海,复旦大学附属中山医院心内科通信作者:钱菊英,Email:qi 叭 jyzshpita1.130111?689?.综述.现的.目前,将 Akt 作
5、为心肌细胞移植辅助手段的研究已取得一定进展.在小鼠动物模型上观察到移植转基因过度表达 Aktl 的间质干细胞(MSCs)能促进心肌梗死之后心功能的恢复.Aktl 过度表达能够使 Akt.MSCs 的凋亡减少80%.移植后 Akt.MSCs 能够分化成为心肌细胞样细胞,这些细胞能够显着减少冠状动脉(冠脉)结扎后梗死区域的面积.Akt.MSC 细胞移植还能够通过减少炎症 ,胶原沉积和心肌细胞过度生长来预防心脏变形,通过预防心室扩大来恢复正常的心肌体积.几项实验已证明它有促进细胞生存的效应.心肌细胞感染了含野生 Akt 和活性 Akt 的腺病毒后 Akt蛋白表达增加“.将感染含 Akt 的腺病毒的心
6、肌细胞植入受损心肌后 1d,TUNEL 阳性指数分别为 (29.54.0)%和(25.421.3)%,远远低于腺病毒感染的对照组的 TUNEL指数(42.5 3.6)%.虽然实验证明 Akt 具有保护细胞的倾向,但 Akt 处理的细胞与未经任何处理的心肌细胞的 TUNEL指数差异无统计学意义.值得注意的是,感染腺病毒的移植心肌细胞较未处理的心肌细胞更容易死亡.再者,感染腺病毒的细胞可能产生长期免疫反应.因此寻找非病毒方式以增加移植细胞存活率是必要的.二,热休克处理有研究证明热休克不仅可以增加细胞对多种损伤机制的抵抗力,包括热,氧化应激,缺血/再灌注和凋亡刺激 ,还能诱导抗氧化酶如过氧化氢酶与超
7、氧化物歧化酶.其机制尚未明了,但已知应激时可产生多种热休克蛋白(HSP),其作用是保持蛋白质的适宜结构,使变性蛋白质重新折叠,阻止蛋白质不恰当的修复和沉淀.离体实验发现 J,经过热休克处理大大减少了心肌细胞在无血清,无葡萄糖及感染 Fas 配体的腺病毒等环境中的病死率.在体研究发现,与未经热休克处理过的细胞相比,处理后的细胞诱导产生的 HSP60,HSP70,HSP90 显着增加,植入心肌后 ,TUNEL 指数较对照组下降超过 50%,由此可见,热休克处理可以保护移植细胞免受移植后的致命损伤.三,血管内皮生长因子(VEGF)VEGF 是一种促进血管生成的生长因子.目前发现人的 VEGF 有 6
8、 种亚单位:VEGF121,145,165,183,189,206, 其中 VEGF165 是发挥生物学效应的主要成分.VEGF 通过与 VEGF 受体结合发挥生物学作用.VEGF 是内皮细胞的特异性丝裂原,可以促进内皮细胞增殖移行,增加后毛细血管和小静脉等微小血管对大分子的通透性,调节血管紧张性,促进胚胎期血管形成,对维持血管的正常状态和完整性有重要意义.VEGF 能诱导缺血心肌毛细血管和小侧支血?690?中华内科杂志 2006 年 8 月第 45 卷第 8 期ChinJIntemMed,August2006,Vol45,No.8管生成,因此用 VEGF 治疗心肌缺血是一条可行的途径.Ret
9、uerto 等针对在移植胎鼠细胞前用血管生成疗法预先处理心脏,观察 VEGF 的应用对细胞移植的作用方面进行研究.实验研究分为 3 组,分别为预先注射腺病毒编码VEGF121 组,空表达对照组和生理盐水组.VEGF 组的梗死区毛细血管密度比生理盐水组显着增加.VEGF 组的细胞存活指数显着大于其他两组.与单用腺病毒编码VEGF121,单用细胞移植或细胞移植同时注射腺病毒编码VEGF121 相比,在细胞移植 3 周前注射腺病毒编码VEGF121 的实验动物的运动耐受力增加了一倍.结果提示用血管生成介质如 VEGF 预先处理心肌梗死区能通过为移植细胞创造适宜的生存环境来促进心肌细胞移植效率.但是
10、VEGF 不仅有诱导血管生成促进冠脉血流的作用,还有形成血管瘤的可能.Schwarz 等研究发现,直接注射phVEGF165 的位置出现了肉眼可见血管瘤样结构,组织学检测发现 24 个 phVEGF165 处理的心肌中有 21 个表现出心外膜下局部血管密度增加,血管瘤样物形成.Chachques等将 VEGF 和成肌细胞直接注入心肌,发现单用 VEGF 仅能促进血管形成而不能改善心功能和心肌重塑.Suzuki等在大鼠左冠脉阻塞 1h 后进行骨骼肌成肌细胞移植,研究发现转染 VEGF 的心肌细胞的基因表达持续增高 2 周,直接导致血管生成增加但没有形成肿瘤.转染 VEGF 组,心肌细胞移植组和纯
11、培养基组的梗死面积分别为(33.31.4)%(38.11.4)%和(43.71.6)%.转染 VEGF 组在心功能的改进方面也优于单移植骨骼肌成肌细胞组和纯培养基组.Yau 等在梗死发生 3 周后植入细胞,发现移植心肌混合细胞和骨骼肌成肌细胞能显着增加 VEGF 在瘢痕及边界区的表达,而移植转染了 VEGF 的心肌细胞和骨骼肌成肌细胞则可导致 VEGF 在 1 周时的表达较前者增加 45 倍,而且峰值较前者大,出现得也早.VEGF 的表达在 4 周内局限于瘢痕区和边界区.xu 等引用转染 phVEGF165 的兔骨髓单核细胞进行了类似实验,结果显示转染 phVEGF165的兔骨髓细胞移植人心肌
12、后心功能较梗死后有显着改善,其幅度大于单移植骨髓单核细胞;而且前者中存活移植心肌细胞和内皮细胞的比例和 VEGF165 蛋白的表达也显着大于后者.转染 phVEGF165 的兔骨髓单核细胞能促进急性心肌梗死后移植细胞的生存数量并且改善心功能.Askari 等报道,转染了 adVEGF?165 的骨骼肌成肌细胞移植比腺病毒直接注射更好地改善治疗效果,主要表现在心功能的改善,血管生成等方面.其机制可能是骨骼肌成肌细胞表达的VEGF 使梗死边界的凋亡细胞减少从而改善了心功能,而不是由于表达 VEGF 的骨骼肌成肌细胞移植数目的增加.四,胰岛素样生长因子-1(IGF 一 1)IGF?1 主要通过 Ak
13、t 的介导促进心肌细胞的存活和激活其功能.它具有广为人知的抗凋亡的作用和新发现的促进心肌再生的作用 14.Chao 等研究发现 IGF.1 基因转移人体细胞后通过调节自分泌和旁分泌保护心肌细胞,这种效应优于全身性使用 IGF.1 肽及细胞自身表达心肌保护基因如 Akt,同时血清 IGF 一 1 水平没有升高.Kofidis 等钊预先将IGF 一 1 加入培养胚胎干细胞(ESC)的细胞悬液中,然后将处理过的 ESC 注射在大鼠心肌缺血区,结果显示 IGF 一 1 组左心室壁厚度较大,且短轴缩短率更高,提示 IGF.1 处理的 ESC形成存活的移植细胞并改善心功能.组织学分析显示 IGF 一 1促
14、进 Ot 一肌动蛋白表达,促进在体 ESC 表达心肌细胞表型,提示 IGF 一 1 有促进 ESC 分化为心肌细胞的作用.Lju 等对IGF 一 1 在心肌细胞中直接表达所产生的作用进行研究,用IGF 一 1 基因转染 SMCs,在实验的第 3,7,12 天,IGF 一 1 组 IGF 一 1mRNA 的表达和蛋白水平较对照组高,同时 VEGF 的增长与IGF 一 1 的表达平行.转染 IGF 一 1 的细胞在缺血再灌注刺激后表现出更多的细胞增殖,血管生成和半胱天冬氨酸蛋白酶 3活性下降.将细胞植入梗死心肌后 1 周,IGF 一 1 转染的 SMC组较对照组心肌的 IGF 一 1 和 VEGF
15、 水平增加,细胞凋亡减少,血管生成增加,移植区 IGF.1 组的 SMC 存活率也大于对照组.IGF 一 1 发挥作用的机制可能为促进血管生成和减少凋亡.五,其他缺氧诱导因子一 1(HIF 一 1)可以调节低氧反应基因的转录活性.Date 等发现转染 HIF 一 1 的心肌细胞中心肌保护基因 mRNA 水平有所提高,包括 VEGF,葡萄糖运输载体 1(Glut 一 1),葡萄糖运输载体 4(Glut-4),HSP70,和可诱导一氧化氮合酶的基因 mRNA,HIF.1 就是通过这种途径保护缺血心肌.肝细胞生长因子(HGF)是一种血管生成因子和内皮细胞的化学趋化因子.含 HGF 基因的间质干细胞能
16、高水平表达可溶性 HGF 蛋白至少持续 2 周.Duan 等将过度表达 HGF 的间质干细胞植入缺血心肌后发现受损心肌功能得到改善,包括缺血面积减少,毛细血管数目增加,胶原蛋白含量减少等.研究还发现植入细胞可以融人缺血心肌.结果提示这是一种重建局部血流和再生心肌细胞的新途径.参考文献lZhangM,MethotD,PoppaV,eta1.Cardiomyocytegraftingforcardiacrepair:graftcelldeathandantideathstrategies.jM0lCeuCardiol,2oo1,33:9O7-921.2LatronicoMV,CostineanS,
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