Sfrp2/Wnt信号通路在胰岛素样生长因子-1调节MSCs增殖、迁移与抗心肌细胞凋亡中的作用

The properties of proliferation, migration and anti-apoptosis of mesenchymal stem cells (MSCs) are important for its efficacy of transplantation in acute myocardial infarction. Effective regulation of these properties is a key factor to improve the efficacy of MSCs transplantation. Our prior study showed that insulin-like growth factor-1 (IGF-1) dose-dependently promoted proliferation and facilitated migration of MSCs. By upregulating expression of IGF-1 in myocardium, MSCs transplanted into an injured heart could inhibit apoptosis of cardiomyocytes. It has been reported that IGF-1 is important in regulating Wnt signaling system in some cell lines. The canonical Wnt signaling system could inhibit the proliferation and migration properties of MSCs. Secreted frizzled related proteins (Sfrps) are thought to function as extracellular Wnt antagonists by binding Wnts. The effect of Sfrp2 on the properties of MSCs is similar to that of IGF-1. So we propose that Sfrp2 is a pivotal mediator for IGF-1 and Wnt system. In this study, we aim to explore the effect of IGF-1/Sfrp2/Wnt signaling pathway on proliferation, migration, and anti-apoptosis properties of MSCs in cell-based therapy for AMI.

间充质干细胞（MSCs）移植治疗急性心肌梗死（AMI）的疗效与MSCs本身的增殖、迁移与抗凋亡作用等生物学特性密切相关。 如何调控MSCs的这些生物学特性并探索其分子机制，是提高疗效的关键。本课题组前期研究发现胰岛素样生长因子-1（IGF-1）有促进MSCs增殖、迁移及抗心肌细胞凋亡作用。相反，经典的Wnt信号系统则抑制MSCs的增殖、迁移并促进心肌细胞凋亡。Sfrps是Wnt信号系统的重要负向调节因子，其中Sfrp2对MSCs生物学特性的影响与IGF-1类似。本课题进一步提出，IGF-1可能通过Sfrp2介导的分子通路，下调经典Wnt信号系统的表达，从而促进MSCs的增殖、迁移和抑制心肌细胞凋亡。本研究将通过基因过表达和敲除IGF-1，探讨IGF-1/Sfrp2/Wnt信号系统对MSCs生物学特性的影响及移植后的抗心肌细胞凋亡作用。

背景：骨髓间充质干细胞（BMSC）移植是缺血性心脏病的一种有前景的治疗方案之一。但是，急性心肌梗死后局部缺血区域的不利微环境，导致移植后的干细胞存活力不足，进一步阻碍了其作用。胰岛素样生长因子-1（IGF-1）是BMSC的重要旁分泌生长因子，在BMSC的生物学性质中起重要作用。在本课题中，我们探讨了过表达IGF-1是否可以增强BMSC的增殖，迁移，抗凋亡能力以及对心肌细胞的保护作用，并从AKT/分泌的卷曲相关蛋白2（SFRP2）/β-catenin途径探讨其潜在机制。.方法：我们使用慢病毒构建了过表达胰岛素样生长因子-1（BMSCs-IGF-1）或空载体（BMSCs-NC）的BMSC，并评估了在常氧和低氧条件下的细胞存活，增殖和迁移能力。进行大鼠心肌细胞与BMSCs的隔离共培养，以探讨BMSCs-IGF-1在缺氧条件下通过旁分泌作用对心肌细胞的保护作用。进一步再急性心肌梗死大鼠模型中探讨BMSCs-IGF-1治疗的效果。.结果：BMSCs-IGF-1在低氧条件下具有较高的细胞增殖速率，迁移能力和干性特征，并且对细胞凋亡具有较强的抵抗力。IGF-1过表达通过AKT/ SFRP2途径上调了总β-catenin和核β-catenin的表达，从而增强了细胞存活率。使用AKT抑制剂或者使用siRNA对SFRP2进行敲低，可显着拮抗IGF-1的作用并降低β-catenin的表达，同时β-catenin靶基因（包括细胞周期蛋白D1和c-Myc）的表达降低。此外，BMSCs-IGF-1可以减少缺氧诱导的心肌细胞凋亡，并在缺氧条件下保持细胞活力。将BMSCs-IGF-1移植到心肌梗死大鼠中比BMSCs-NC移植能够进一步减少梗塞面积，改善心功能，并且SFRP2和β-catenin的表达明显增加。.结论：这些结果表明，在过表达IGF-1的BMSC中，SFRP2是增强干细胞活力的重要介质。其机制主要通过激活，而不是拮抗Wnt/β-catenin途径来实现的。以上结果有助于为将来临床经外周血管移植MSCs治疗心血管疾病提供基础理论依据，有助于寻找新的抗心肌细胞凋亡治疗靶点，为联合基因工程技术及干细胞移植治疗心血管疾病提供基础理论依据。