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背景:急性心肌梗死(AMI)往往伴随强烈的免疫炎症反应,是损伤部位修复机制的重要调控因素之一;但免疫炎症反应过度的激活将导致心肌细胞的进一步损伤,推动心室重塑的发生和发展,免疫炎症反应在心肌梗死病理生理进程中起着双重的调节作用。近来研究表明,骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有对免疫炎症反应的调节作用,移植到梗死心肌后可以调节受体的免疫炎症反应,进而延缓心肌梗死后心室重塑的进展。
目的:研究BMSCs移植对心肌梗死后心功能不全家兔核因子-κB(NF-κB)及炎性因子(IL-6、TNF-α、CRP)的影响;以及探讨BMSCs移植后减轻炎症反应,从而改善心肌重塑的可能机理;及评价BMSCs移植治疗心梗后心功能不全的有效性,为临床防治AMI后患者心肌重塑和治疗心功能不全提供安全、有效的方法。
方法:本研究以新西兰白兔为研究对象,随机分为:对照组(假手术组)、AMI后心功能不全模型组(开胸结扎冠脉LAD)、BMSCs组(开胸结扎冠脉LAD+BMSCs移植)。
1、开胸结扎冠状动脉前降支(LAD)中段建立兔AMI后心功能不全动物模型。
2、采用密度梯度离心法分离BMSCs,经贴壁法分离和培养BMSCs,经5-氮胞苷诱导后利用DAPI进行细胞标记。
3、透射电镜观察经5-氮胞苷诱导28天后的BMSCs向心肌细胞的分化。
4、在急性心肌梗死后14天时,开胸移植自体BMSCs。
5、心功能的评价:分别于心梗手术前、心梗手术后7天和干细胞移植后28天时进行心脏超声检查,观察心功能的情况。
6、血清炎性因子测定:分别于术前、术后7天、细胞移植后28天经耳缘静脉抽血,采用ELISA法检测血清IL-6、TNF-α、CRP及MMP-9的浓度,观察炎性因子的变化情况。
7、采用实时荧光定量逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)的方法,于干细胞移植后28天检测心肌组织NF-κB、IL-6、TNF-α及MMP-9的mRNA表达。
结果:
1、BMSCs的体外分离和培养:抽取的骨髓经分离液离心后,可看到分离液和血浆之间的BM-MNC层。通过在培养瓶中贴壁和换液纯化获得BMSCs,培养72h后可见散落的BMSCs贴壁生长,4~7天后BMSCs快速增殖,集落群逐渐增大,11~14天细胞集落间出现大片融合,最后铺满大部分瓶底。大部分BMSCs呈长梭形,胞核较大。当集落达80%~90%融合时进行消化传代,传代培养3~5天开始汇合,继续传代扩增。第10代以后的BMSCs增长速度明显减慢。
2、急性心肌梗死后心功能不全家兔模型的建立:34只新西兰白兔完成了手术,处死前有24只成活。其中对照组8只全部存活;AMI后心功能不全模型组存活8只,死亡4只;BMSCs组存活8只,死亡6只。
术前各组的左室舒张末内径(LVEDD)、左室射血分数(LVEF)、短轴缩短率(LVFS)均无统计学差异。AMI后心功能不全模型制作后7天,BMSCs组、AMI后心功能不全模型组的EF值比正常对照组降低,差别有统计学意义。AMI后心功能不全模型组、BMSCs组的组间EF值差异无统计学意义。
3、自体BMSCs移植对急性心肌梗死后心功能的影响:细胞移植后28天,正常对照组、BMSCs组EDD均明显低于AMI后心功能不全模型组,EF及FS均明显高于AMI后心功能不全模型组,差异具有统计学意义。
4、血清炎性因子检测结果:正常对照组、BMSCs组和AMI后心功能不全模型组的血清IL-6、TNF-α、CRP及MMP-9浓度在手术前无统计学差异。手术后7天,与正常对照组相比BMSCs组、AMI后心功能不全模型组的血清IL-6、TNF-α、CRP及MMP-9的浓度均显著增加,差异有统计学意义;BMSCs组和AMI后心功能不全模型组差异无统计学意义。细胞移植后28天,正常对照组、BMSCs组的血清IL-6、TNF-α、CRP及MMP-9的浓度比AMI后心功能不全模型组显著降低,差异有统计学意义。
5、心肌组织NF-κB、IL-6、TNF-α及MMP-9的mRNA表达变化:正常组、BMSCs组NF-κB、TNF-α、IL-6及MMP-9的mRNA表达比AMI后心功能不全模型组显著降低,差异具有统计学意义。
6、心功能与炎性因子的相关性:细胞移植后28天时,EF与血清炎性因子呈负相关;与心肌组织炎性因子呈负相关;与心肌组织NF-κB呈负相关。其中Y代表LVEF值,X代表各个炎性因子。
结论:
1、自体BMSCs移植可显著降低心肌梗死后炎症反应及NF-κB表达。
2、自体BMSCs移植可通过减轻心梗后免疫炎症反应抑制心室重塑的进展,从而达到改善心功能的作用。
3、采用密度梯度离心法及贴壁法获得BMSCs,采用5-氮胞苷诱导,经DAPI标记,成功地获得标记的干细胞。