葛根素对胚胎干细胞源心肌细胞肌浆网钙操纵功能发育的调节

干细胞源心肌细胞是再生医学中治疗心力衰竭的很有前景的细胞来源，然而干细胞源心肌细胞发育相对幼稚，肌浆网不成熟的钙操纵功能导致心肌细胞相对幼稚的收缩特性，制约其对心泵功能的修复程度。如何在保证干细胞源心肌细胞高分化率的同时促进细胞的功能成熟是目前急需解决的问题。申请者前期研究提示中国传统中药活性成分葛根素是促进干细胞特化为心室肌细胞的天然化合物，它有可能促进心肌细胞肌浆网钙操纵功能发育,改善该细胞不成熟的收缩性能。本研究利用小鼠胚胎干细胞源心肌细胞（D3系），结合分子生物学、形态学和钙成像技术以及新型离体移植模型，以肌浆网钙操纵蛋白表达和磷酸化水平、细胞内钙瞬变、收缩力刺激频率关系等为主要观察指标，研究葛根素对干细胞源心肌细胞肌浆网钙操纵功能和收缩功能发育的调节。旨在揭示葛根素是否能优化干细胞源心肌细胞质量，为加速干细胞源心肌细胞治疗心力衰竭从实验走向临床提供重要研究基础。

干细胞源心肌细胞的肌浆网呈现不成熟的钙操纵功能和相对幼稚的收缩性，将这些功能不成熟的细胞用于细胞移植无疑将降低细胞替代治疗修复心泵功能的疗效。如何在保证干细胞源心肌细胞高分化率的同时促进细胞的功能成熟是目前急需解决的问题。本项目研究发现在诱导mES细胞向心肌分化的过程中持续使用葛根素，能明显上调TGF-β2/Tbx5/ MEF2c表达，促进mES细胞向心肌尤其是向心室样心肌细胞分化；葛根素促进mES-CMs肌原纤维和t管的发育，miR-22表达下调可能介导葛根素对t管发育的调控；葛根素组mES-CMs呈现相对成熟的胞内自发钙瞬变特征，且胞内自发钙瞬变幅度与频率呈正相关，这些与葛根素显著上调SERCA2a的mRNA和蛋白表达、促进CSQ和Triadin的转录从而显著增加肌浆网内钙储存量和钙回收速度有关，而与mES-CMs的ICa,L的电流密度和RyR功能变化无关。在心肌分化后（分化第10-16天）使用葛根素时，mES-CMs肌浆网钙操纵核心蛋白PLB、SERCA2a和Triadin 的mRNA表达均呈浓度依赖性升高，且该效应可被PI3K/Akt信号通路抑制剂Wortmannin、ERK1/2信号通路抑制剂PD0325901和Wnt/β-catenin信号通路激动剂CHIR-99021 (CT99021) HCl逆转，证实葛根素可通过多信号通路上调SERCA2a、PLB和Triadin等核心蛋白的转录，促进mES-CMs肌浆网对胞内钙的回收和聚集。本课题首次明确了葛根素通过调节肌浆网钙操纵蛋白表达及t管结构发育促进mES-CMs肌浆网钙操纵功能发育，揭示葛根素能改善心肌细胞钙操纵功能、优化干细胞源心肌细胞质量，为葛根素在临床心脏疾病中的运用和加速干细胞源心肌细胞治疗心力衰竭从实验走向临床提供了重要研究基础。