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目的:本实验旨在观察经抗凋亡基因(Bcl-2)修饰的骨髓间充质干细胞(BMSCs)移植对缺血性心功能不全家兔心肌细胞调亡、血管新生及心功能的影响,并探讨其可能机制。 方法:BMSCs分离、培养及纯化:采用骨髓穿刺法获取含BMSCs的兔骨髓液,在体外经密度梯度离心+贴壁培养法,获取足量、纯化的BMSCs。重组腺病毒载体的构建:用酶切法将目的基因(Bcl-2)从原始质粒上切下,并与pShuttle()CMV-EGFP重组穿梭载体连接,然后将pShuttle-CMV-EGFP-Bcl-2基因片段连接到 pA(。。)载体()上,获得含Bcl-2的重组腺病毒载体质粒。用重组质粒共转染293细胞,收集病毒并大量扩增,经反复冻融后置于-80℃保存待用。转染细胞前,将重组腺病毒液解冻、复苏并进行滴度测定。细胞转染:选取生长状态良好的BMSCs,采用含有增强型绿色荧光蛋白(EGFP)标记的腺病毒及重组Bcl-2-腺病毒分别转染上述细胞。模型制备及细胞移植:将28只新西兰兔随机分为以下3组:MI+BMSCs+Bcl-2组、MI+BMSCs组和MI+DMEM组,分别结扎左冠状动脉前降支制作心肌梗死模型。2周后经心脏超声筛查,将造模成功(心功能不全标准为:LVEF≤50%)的各组家兔于心肌梗死边缘区分别注射等量的腺病毒-Bcl-2转染的BMSCs(MI+BMSCs+Bcl-2组)、腺病毒转染的BMSCs(MI+BMSCs组)及DMEM液(MI+DMEM组)。指标观察:细胞移植后4周再次经超声测定心功能:左室射血分数(LVEF)、左室短轴缩短率(LVFS)、左室舒张末内径(LVEDD)及左室收缩末内径(LVESD);切取正常及梗死边缘区心肌组织,制作石蜡及冰冻切片,荧光显微镜下观察移植细胞的存活及分布;采用苏木精-伊红(H-E)染色法评估心肌病理学改变;原位缺口末端标记法(TUNEL)检测心肌凋亡细胞数并计算凋亡率;免疫组化染色检测CD31的表达,计算新生毛细血管密度;RT-PCR检测血管内皮生长因子(VEGF)基因表达。并分别与心功能(LVEF)进行相关性分析。 结果: 1、BMSCs分离及培养情况:骨髓液经Percoll分离液密度梯度离心后,可见乳白色絮状物层,经反复换液及贴壁培养后获得纯化的BMSCs,24-48h后观察到散在贴壁的纺锤状BMSCs,7-10d时BMSCs呈长梭状,细胞间形成突起,胞核居中,细胞排列疏松,18-21d可见形态规则的单层融合束状贴壁细胞,排列紧密呈漩涡状、放射状。经胰蛋白酶消化融合的BMSCs,以1∶2比例进行传代培养,24h后细胞完全贴壁,3-5d后即达80%融合。传至第10代时细胞生长速度逐渐减慢; 2、本实验成功构建出大量重组腺病毒载体,冻存的病毒液经连续梯度稀释后分别感染293细胞,经观察细胞病变率,计算病毒最终滴度(T)为2.5×1010PFU/ml; 3、转染后细胞状态:选用生长状态良好的第九代BMSCs()经病毒转染24-48h后,于荧光显微镜下观察到带有绿色荧光蛋白标记(EGFP)的BMSCs,细胞排列整齐,形态均一呈长梭状,经预实验测定MOI值为500时转染效率最佳。 4、模型建立及动物存活情况:28只新西兰兔接受造模手术,术后共有24只存活,经超声学验证其LVEF均≤50%。其中MI+BMSCs+Bcl-2组存活8只,死亡1只;MI+BMSCs组存活8只,死亡2只;MI+DMEM组存活8只,死亡1只。共死亡4只,2只于结扎前降支过程中诱发室颤死亡,1只造模后呼吸骤停死亡,1只于二次开胸细胞移植后48h死亡。 5、荧光显微镜下观察细胞存活情况:BMSCs移植后4周,MI+BMSCs+Bcl-2组及MI+BMSCs组在荧光显微镜下均可观察到绿色荧光,MI+DMEM组无绿色荧光。 6、普通光镜下观察心肌病理学变化:正常心肌细胞形态均一、排列整齐。细胞质染色均匀,呈淡蓝色,胞核大小一致,呈椭圆形或圆形,居胞质中央。梗死边缘区的心肌细胞排列紊乱,心肌纤维部分断裂,细胞间可见多种炎性细胞浸润。梗死区正常心肌细胞形态消失,代之以成纤维细胞及粗大的胶原纤维束,排列较疏松,其间未见炎性细胞浸润。各组梗死边缘区心肌组织与正常心肌组织比较可发现:MI+BMSCs+Bcl-2组病理学改变较轻微,MI+BMSCs组其次,MI+DMEM组较严重。 7、心肌梗死边缘区细胞凋亡率、新生血管密度及VEGF mRNA表达量:MI+BMSCs+Bcl-2组及MI+BMSCs组凋亡率均较MI+DMEM组降低,其中前者降低更为显著[(30.75±5.65)%,(44.14±5.99)%,(63.38±8.52)%,F=46.00,P<0.05]; MI+BMSCs+Bcl-2组毛细血管密度及VEGF基因表达量(RQ值)均明显高于MI+BMSCs组,后组又明显高于MI+DMEM组(毛细血管密度:24.25±3.46,14.38±2.92,6.88±2.03,F=74.07,P<0.05:RQ:1.64±0.29,0.99±0.17,0.64±0.19, F=40.56, P<0.05)。 8、细胞移植4周后经超声检测各组心功能:与MI+DMEM组相比,MI+BMSCs+Bcl-2组和MI+BMSCs组的LVEF及LVFS均明显升高,LVEDD及LVESD均明显降低,其中MI+BMSCs+Bcl-2组变化更为显著;[LVEF:(66.63±2.67)%,(60.50±3.16)%,(55.25±2.60)%, F=32.532,P<0.05; LVFS:(40.50±1.60)%,(34.63±2.33)%,(27.25±2.05)%,F=86.736, P<0.05; LVEDD:(10.13±0.64)mm,(12.07±0.59)mm,(13.93+0.51)mm,F=85.225,P<0.05; LVESD:(6.61+0.35)mm,(7.02+0.26)mm,(8.20±0.49)mm, F=37.697,P<0.05]。 9、相关性分析结果:LVEF与心肌细胞的凋亡率呈负相关(r=-0.769,P<0.01,Y=76.091-0.36X);与毛细血管密度及VEGF mRNA的表达量呈正相关(r=0.85,P<0.01,Y=47.726+0.776X; r=0.741,P<0.01,Y=47.484+11.047X)。 结论:经Bcl-2基因修饰的BMSCs移植可较单纯BMSCs移植更显著地减少心肌细胞凋亡、促进血管新生、改善心功能,其作用机制可能与Bcl-2基因的抗凋亡作用及BMSCs旁分泌作用下微循环的改善有关。