干细胞调节心肌细胞代谢的分子显像研究

针对干细胞移植后的局部心肌组织学改变不明确而心肌功能改善的现象，我们假设，干细胞移植于缺血心肌后早期，缺血心肌功能的改善可能与干细胞旁分泌的细胞因子对心肌细胞代谢的调节有关。本课题从动物实验及细胞学实验两个层面，研究干细胞移植于缺血心肌后，干细胞旁分泌的细胞因子与心肌细胞葡萄糖代谢关键酶的基因和蛋白质表达、心肌葡萄糖代谢水平及心室功能变化的相关性，探讨干细胞移植是否通过旁分泌的细胞因子调节心肌细胞代谢，来改善局部心肌的收缩功能，同时，以病理组织学及分子生物学检测结果为标准，评价影像学方法在体监测干细胞移植后自身数量及其治疗作用变化趋势的可靠性。对于进一步阐明干细胞移植治疗心肌梗死的作用机理具有重要意义。

骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BM-MSCs）是急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）干细胞移植治疗的理想供体之一，然而MSCs移植治疗缺血性心脏病的机制尚未完全阐明。因此我们提出假设，MSCs移植后心功能改善的原因不仅有MSCs的定向分化作用及血管生成作用，可能会有细胞能量底物代谢的增加，提高心肌细胞的能量来源，进而提高心肌收缩力。为此，本研究将细胞生物学与正电子发射计算机断层扫描-计算机断层扫描（PET-CT）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等分子影像检测手段相结合，并通过MRI检测，重点观察在体动物MSCs移植治疗AMI后心肌葡萄糖代谢、心肌血流灌注及心功能的改变，进而评价MSCs治疗缺血性心脏病的疗效及其机制，并通过分子生物学手段对葡萄糖转运体、葡萄糖代谢相关酶及可能参与MSCs旁分泌作用的信号转导通路进行初步的研究，以探索MSCs移植治疗AMI的疗效及机制。.本研究包括：利用心肌灌注SPECT评价了干细胞移植后的心肌血流灌注；利用 PET/CT评价了干细胞移植后心肌葡萄糖代谢的变化；通过MRI评价了干细胞移植后心肌收缩功能的改变；监测干细胞移植后，细胞移植局部心肌组织中糖代谢关键酶及与糖代谢密切相关的细胞因子浓度变化趋势与局部室壁收缩功能改善的关系；初步研究了干细胞移植后mTOR受体通路的改变。.本研究显示：经心肌内注射骨髓MSCs治疗AMI，4周后心功能明显改善，心肌葡萄糖代谢显著提高，而心肌血流灌注未见明显改善。推测心功能的改善与心肌糖代谢增加相关。注射MSCs的区域心肌细胞葡萄糖转运体及糖酵解相关酶表达上调，mTOR通路下游分子p70s6k表达显著升高，提示MSCs可能通过旁分泌作用激活该通路，促进心肌葡萄糖代谢及细胞生长，进而增加心肌收缩、促进心功能改善。