低氧诱导因子-1α对骨髓极小胚胎样干细胞向梗死心肌迁移和移植效果的影响及其机制

迄今动物实验和临床试验对骨髓干细胞向心肌细胞横向分化及移植治疗急性心肌梗死（AMI）的效果尚存争议，而新近发现来源于成体组织的"极小胚胎样干细胞（VSEL）"具备分化多能性，有望解决前述争议。另外，AMI后局部心肌趋化信号可动员干细胞归巢修复心肌，但具体机制未明。而低氧诱导因子（HIF-lα）作为AMI后对缺氧率先作出反应的上游因子，可提高干细胞归巢及分化潜能。有鉴于此，本课题拟建立小鼠骨髓VSELs分离、培养和诱导分化体系，在雌性AMI小鼠模型静脉移植同种异体雄性骨髓VSELs，并通过基因转染局部注射或小干扰RNA技术使梗死心肌局部过表达或沉默表达HIF-lα，于移植后多时点动态检测心功能、组织学和分子生物学指标，以探索HIF-1α对骨髓VSELs向梗死心肌归巢、存活、分化和移植疗效的影响及其相关机制。

本课题通过建立小鼠骨髓VSELs分离体系并移植治疗急性心肌梗死了（AMI），通过基因转染或SiRNA使梗死心肌局部过表达或沉默表达低氧诱导因子（HIF-1α），结果显示HIF-1α显著提高骨髓VSELs向梗死心肌归巢、存活和向心肌细胞分化潜能，显著改善心功能，该效应与SDF-1/CXCR-4 -PI-3K/Akt信号途径有关。主要发现如下：（1）通过多参数FACS成功分选和扩增雄性C57/BL6小鼠骨髓Sca-1＋/Lin–/CD45–的VSELs，并诱导VSELs向心肌细胞分化。免疫细胞化学证实50%VSELs经诱导分化后表达心肌肌钙蛋白I、α-肌球蛋白重链和连接蛋白43。RT-PCR显示VSELs诱导后表达GATA-4，α-MHC等基因。透射电镜可见诱导VSELs呈现早期肌丝和肌节等心肌细胞特征性结构。（2）成功构建HIF-1α重组慢病毒载体质粒pNL-HIF-1α-IRES2-EGFP，并注射至梗死心肌组织中以使局部过表达HIF-1α，AMI后48h、移植后1周、4周多时点动态检测显示，梗死心肌局部过表达HIF-1α可显著增加VSELs向梗死心肌归巢、定植和分化。（3）过SiRNA技术使梗死心肌低表达HIF-1α，AMI后48h、移植后1周、4周多时点动态检测显示，梗死心肌局部低表达HIF-lα抑制VSELs向梗死心肌归巢、定植和分化。（4）在体移植研究显示，HIF-1α显著提高VSELs修复心肌的能力，超声心动图检测显示心功能显著改善。而siRNA技术可显著抑制VSELs修复心肌的能力，心功能较对照组无显著改善。（5）通过AMI后24h、移植后1周和4周动态检测各组梗死心肌中PI-3K/Akt、SDF-1/CXCR-4 信号分子的表达变化情况，结果显示，HIF-1α提高VSELs向梗死心肌归巢和修复心肌的能力与SDF-1/CXCR-4 -PI-3K/Akt信号途径有关。这些发现为干细胞治疗AMI提供一种新的种子细胞类型，并为深入理解AMI后干细胞的迁移、定植和分化以及功能学作用提供了新的科学基础。