冠心丹参方联合骨髓间充质干细胞移植治疗心肌梗死的作用及其机制

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[目的]  心肌梗死(myocardial infarction,MI)后,干细胞移植可在一定程度上修复坏死的心肌,改善心功能。然而,缺血缺氧造成的微环境不利于干细胞的存活,并且通过静脉移植途径到达梗死部位的干细胞数量十分有限。冠心丹参方具有活血化瘀,理气止痛之功效,是临床治疗冠心病常用的中药。本研究通过冠心丹参方联合骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell,BMSCs)移植治疗心肌梗死大鼠模型,以期通过中药冠心丹参方改善移植微环境,促进BMSCs向心机梗死部位迁移以及存活,提高干细胞移植修复坏死心肌的疗效,并探讨SDF-1/CXCR4轴在冠心丹参方调控干细胞移植治疗心肌梗死中的作用。  [方法]  对200g~220g的SD大鼠结扎左冠状动脉前降支建立心肌梗死模型。随机分为四组:模型组、BMSCs组、冠心丹参方组、BMSCs+冠心丹参方联合组。模型组给予生理盐水灌胃,BMSCs组给予尾静脉注射106个DiI标记的BMSCs,冠心丹参方组给予冠心丹参滴丸溶液灌胃,BMSCs+冠心丹参方联合组给予尾静脉注射106个DiI标记的BMSCs和冠心丹参滴丸溶液灌胃处理。治疗四周后,分别通过心脏超声检测心功能;Masson三色染色检测心肌梗死面积;cTnT和CD31免疫荧光染色观察移植于细胞的存活、迁移和分化;Western Blot检测SDF-1、p-Akt、YAP等蛋白的表达;通过TUNEL法检测细胞凋亡;经CD31免疫荧光染色统计各组血管密度。为进一步探讨冠心丹参方参与BMSCs移植治疗MI的可能的作用机制,在体外培养BMSCs,用不同浓度三七皂苷R1对BMSCs处理,CCK-8检测细胞的增殖;经300μmol/LH2O2处理建立体外氧化应激模型,观察不同浓度三七皂苷R1对BMSCs的保护作用;经Transwell小室迁移实验检测三七皂苷R1对BMSCs迁移的影响;经三七皂苷R1处理后,通过Western Blot检测CXCR4的表达,RT-PCR检测VEGF、bFGF、IGF-1等基因的表达。  [结果]  BMSCs静脉移植和冠心丹参方治疗均不能有效地提高EF和FS值,而BMSCs+冠心丹参方联合组能够明显恢复EF、FS值,并且高于BMSCs组和冠心丹参方组(P<0.05)。Masson三色染色发现,BMSCs+冠心丹参方联合组能够减小心梗面积,作用优于BMSCs组和冠心丹参方组(P<0.05)。荧光显微镜下可见BMSCs+冠心丹参方联合组心肌梗死部位BMSCs数量明显多于BMSCs组,并且可见极少量移植的BMSCs表达心肌细胞标志物cTnT,而BMSCs组中未观察到cTnT阳性的移植细胞。两组中均可见移植的细胞同时表达血管内皮细胞标志物CD31。Western blot检测发现,BMSCs移植或冠心丹参方灌胃均可上调SDF-1的表达,并且BMSCs+冠心丹参方联合治疗上调SDF-1表达的作用优于BMSCs组和冠心丹参方组(P<0.05)。BMSCs移植后三天,BMSCs组和冠心丹参方组中的细胞凋亡数低于模型组(P<0.05),冠心丹参方组和BMSCs组中细胞凋亡数高于BMSCs+冠心丹参方联合组(P<0.05)。心梗治疗后四周,各组间心肌细胞凋亡无差别(P>0.05)。BMSCs组、冠心丹参方组和BMSCs+冠心丹参方联合组均能够上调p-Akt的水平。BMSCs组和冠心丹参方组中CD31阳性的血管数量高于模型组,BMSCs+冠心丹参方联合组中微血管密度明显高于BMSCs组和冠心丹参方组(P<0.01)。Western blot检测YAP的表达发现,各组间无统计学差异(P>0.05)。三七皂苷R1预处理48h、72h时能够促进BMSCs的增殖。三七皂苷R1与H2O2同时处理2h后,不同浓度三七皂苷R1组与H2O2组之间细胞活性无明显差异(P>0.05);而三七皂苷R1预处理24h可明显保护BMSCs对抗H2O2造成的损伤。Transwell小室迁移实验表明,0.1μM三七皂苷R1可提高BMSCs跨膜的迁移的数目(P<0.05),其他浓度三七皂苷R1对BMSCs迁移的影响不明显。在0.1μM三七皂苷R1基础上加入CXCR4抑制剂AMD3100后,BMSCs迁移数量明显下降。0.1μM三七皂苷R1可明显上调BMSCs中CXCR4的表达(P<0.05)。PCR检测发现,0.1μM三七皂苷R1预处理后能够上调VEGF基因的表达(P<0.01);不同浓度三七皂苷R1处理后,各组bFGF的表达无差异(P>0.05);1μM和10μM三七皂苷R1处理可显著促进IGF-1的表达(P<0.01)。  [结论]  冠心丹参方联合BMSCs移植能够改善心肌梗死大鼠模型心功能、减少梗死面积和细胞凋亡,提高静脉注射途径BMSCs向心肌梗死部位迁移以及向心肌和血管内皮细胞分化,并可促进梗死部位血管新生,从而改善缺血区的血液供应,促进心肌修复。SDF-1/CXCR4信号通路可能通过调控BMSCs向心肌梗死部位的迁移,参与冠心丹参方提高BMSCs移植治疗心肌梗死的作用。冠心丹参方联合BMSCs移植对YAP信号通路无明显影响。三七皂苷R1能够促进BMSCs的增殖,对抗BMSCs凋亡,通过上调CXCR4的表达增强BMSCs的迁移,三七皂苷R1还可以促进BMSCs中抗凋亡因子和促血管新生因子的表达。
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