HIF-1α/Myocardin信号系统在心肌梗死后心脏干细胞分化中的作用

在前期国家自然科学基金资助下我们发现心肌梗死（MI）后心脏干细胞（CSC）可以趋化至梗死灶并分化为心肌组织而恢复部分心功能。Myocardin对心肌细胞分化至关重要，我们发现低氧可诱导其表达但具体机制不清。预实验发现MI后心肌组织Notch1配体Jagged1表达升高且CSC表达Notch1受体，提示MI后Notch1信号活化；在Jagged1存在下低氧刺激CSC高表达Myocardin；更重要的是我们发现Myocardin启动子具有和Notch1信号主要正性调节蛋白RBP-Jκ的结合位点。低氧诱导因子1 α（HIF-1α）是MI后上调的具有心肌保护作用的重要信号分子。综上，我们假设MI后HIF-1α表达并活化Notch1信号进而调控Myocardin表达而介导CSC定向分化为心肌组织。对这一假设的阐明将进一步明确CSC分化调控机制，为建立MI后干细胞治疗的心肌损伤再生医学理论奠定基础。

心肌梗死（MI）后移植的干细胞可以趋化并分化为心肌组织而恢复部分心功能，但介导干细胞分化的分子机制仍不清楚。本项目假设MI后局部低氧诱导因子1α（HIF-1α）表达并活化Notch1信号进而调控myocardin而介导移植干细胞分化为心肌组织。体外实验中，⑴我们从骨髓间充质干细胞(BMSC)分离出c-Kit+/Nkx2.5+亚群，发现强制转染N1-ICD腺病毒或者给予外源性Jagged1均可以活化c-Kit+/Nkx2.5+BMSC中Notch1信号并诱导细胞多向分化，其中以向心肌样细胞分化趋势明显。⑵分离乳大鼠心肌细胞，首次发现低氧刺激（5% O2）可通过ERK信号调控Jagged1表达；心肌细胞与c-Kit+心脏干细胞（CSC）混合培养可诱导CSC分化为心肌样细胞，低氧促进这种分化趋势，而抑制HIF-1α或Notch1信号均可减弱混合培养时CSC的分化。⑶强制过表达HIF-1α或低氧(2%O2)均能诱导c-Kit+BMSC中myocardin表达并诱导细胞向心肌样细胞分化，干扰myocardin减弱低氧诱导c-Kit+BMSC的心肌样细胞分化；常氧下2.5ng/ml Jagged1抑制c-Kit+BMSC中myocardin表达，但低氧(2%O2)时Jagged1与HIF-1α协同作用，显著上调了myocardin表达和活性。分子机制上发现，HIF-1α可直接结合myocardin启动子，且与NI-ICD蛋白可相互结合而增加HIF-1α蛋白的稳定性；⑷证实SCF可活化PI3K/Akt/MMP-2,-9信号介导c-Kit+ CSC迁移。体内实验中初步证实移植c-Kit+BMSC对MI后心功能的恢复有帮助。上述结果提示MI后移植c-Kit+干细胞有助于心功能的恢复，其机制可能与⑴MI后局部HIF-1α表达并诱导myocardin表达和促进其活性；⑵MI后心肌细胞表达Jagged1并与心肌细胞相接触的CSC的Notch1受体结合，促发了Notch1信号，促进了CSC的心肌样细胞分化；⑶HIF-1α与N1-ICD存在相互作用，放大了HIF-1α对myocardin的表达调节效应；⑷SCF通过PI3K/Akt/MMP-2,-9信号介导CSC迁移有关。项目实施结果发现了移植c-Kit+干细胞对MI的修复作用及新的可能的分子机制，为促进干细胞移植治疗MI的转化医学奠定了基础。