低氧预处理骨髓间充质干细胞的分泌蛋白质组在供体心脏保存的作用机制研究

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目的:心脏移植是治疗终末期心衰最有效的治疗手段之一。在心脏移植中,供体心脏不可避免地会遭受缺血/再灌注(Ischemia/reperfusion,I/R)损伤,这将增加移植术后原发性移植物功能障碍(Primary graft dysfunction,PGD)的发生率,降低患者术后近远期生存率。新近研究表明,骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)可通过其旁分泌效应减轻心肌]/R损伤,而低氧预处理BMSCs可进一步强化其心肌保护作用。本研究将建立大鼠腹腔异位心脏移植模型,探讨含有缺氧预处理BMSCs的分泌蛋白质组(Conditioned medium,CdM)的供体心脏保存液能否减轻供体心脏的I/R损伤,进而改善术后供体心脏的心功能,并进一步探讨其保护供体心脏的分子机制。方法:分别在常氧(20%O2)或低氧(1%O2)条件下培养Lewis大鼠的BMSCs,并从中分离出常氧 CdM-BMSCs(N-CdM-BMSCs)或低氧 CdM-BMSCs(H-CdM-BMSCs)。将供体心脏放入三种供体心脏保存液(含有Vehicle、N-CdM-BMSCs、H-CdM-BMSCs 的 HTK(Histidine-Tryptophan-Ketoglutarate)保存液)中低温(0-4℃)保存1小时,然后建立大鼠腹腔异位心脏移植模型,比较三组Lewis大鼠心脏移植术后1.5小时供体心脏的心功能、病理学表现、细胞凋亡水平、大鼠血浆炎症水平、大鼠血浆肌钙蛋白水平等。使用抗体阵列分析比较N-CdM-BMSCs和H-CdM-BMSCs所含的差异表达细胞因子,使用GO分析、KEGG富集分析探讨N-CdM-BMSCs和H-CdM-BMSCs中差异表达细胞因子所参与的生物学过程和信号通路。结果:1、与Vehicle组相比,使用含N-CdM-BMSCs的保存液保存供体心脏可缩短供体心脏自动复跳时间,提高供体心脏左心室射血分数及左心室收缩率,而低氧预处理可进一步增强以上治疗效果;2、与Vehicle组相比,N-CdM-BMSCs组术后供体心脏心肌组织中TUNEL阳性细胞率更低,血浆中促炎因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和cTnl的水平更低,而使用H-CdM-BMSCs保存供体心脏强化了降低炎症、细胞凋亡、心肌损伤的作用;3、抗体阵列分析显示,与N-CdM-BMSCs组相比,H-CdM-BMSCs组中的 9 种蛋白(Decorin、CINC-2、PDGF-AA、neuropilin-2、ActivinA、β-NGF、IL-6、VEGF、Flt-3L)表达显著增加;GO分析提示,上调的蛋白显著富集于正向调控ERK1和ERK2级联反应、血管内皮生长因子信号通路和蛋白自我磷酸化过程;4、KEGG分析发现,H-CdM-BMSCs组上调的蛋白主要参与了 PI3K/Akt信号通路,与N-CdM-BMSCs组相比,H-CdM-BMSCs组术后供体心脏中PI3K和p-Akt/Akt的表达水平显著增加,进一步验证了 H-CdM-BMSCs可上调PI3K/Akt通路而减轻供体心脏的I/R损伤。结论:我们的研究结果表明,在心脏移植中,用富含H-CdM-BMSCs 的心脏保存液低温保存供体心脏有望成为一种全新且富有前景的器官保存策略。
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