内源性活性因子PEDF调控心脏干细胞对代谢综合征时心脏稳态失衡的保护效应与机制研究

Metabolic Syndrome (MS) is the most common reason to cause cardiac milieu internae disorder and myocardium pathological remodeling. Recent researches discovered cardiac stem cells (CSCs) play critical roles in cardiac homeostasis maintainess and reparative regeneration. However, it is still unknown that how MS related cardiac microenvironment could affect CSCs and what the underlineing mechanism could be. Endogenous active factors are key singnals to regulate CSCs. The applicator firstly reported that pigment epithelial derived factor (PEDF) is an important factor regulating cardiac homeostasis (Eur Heart J 2013, IF14.723), and the expression of PEDF is significantly upregulated in MS cardiac microenvironment. Futhermore, we found PEDF promotes CSCs’ proliferation and differentiation into cardiomyocytes, and upregulates Nkx 2.5 and c-myc expression in vitro, indicating PEDF’s important regulation effect on CSCs. Therefore, we propose, in MS related cardiac microenvironment, PEDF upregulation promotes CSCs’ differentiation into cardiomyocytes, that is, wakes CSCs up from static multipotential stem cells to active myocardial progenitor cells, which is a self-protection mechanism of our bodies against cardiac milieu internae disorder caused by MS. In other words, MS could cause more severe cardiac impairment without PEDF’s protection. This project will use PEDF knock-out animal to demonstrate the regulation effect and mechanis of PEDF on CSCs. Specifically, in MS related cardiac microenvironment, the influence of PEDF on CSCs, so that to provide theoretical evidences and targest for correct cardiac milieu internae disorder and promote myocardium reparative regeneration.

代谢综合征（MS）是致使心脏内环境紊乱和病理重塑的重要原因。近年发现心脏干细胞(CSCs)对心脏稳态维持、再生修复至关重要。但MS时CSCs是否对心脏稳态失衡有保护效应？机制如何？尚不明确。申请人发现色素上皮衍生因子（PEDF）是调控心脏稳态的重要内源性活性因子（欧洲心脏杂志2013，IF14.723），MS时心脏PEDF表达增加。我们还发现PEDF体外促进CSCs向心肌分化与增殖，上调CSCs的Nkx2.5、c-myc表达，提示PEDF对CSCs有重要调控作用。由此提出MS时心脏PEDF表达增加促进CSCs心肌分化，激活CSCs从静止多能干细胞分化为增殖活跃的心肌专能祖细胞，这是机体纠正MS心脏稳态失衡的自我保护机制。本项目将以PEDF敲除鼠为工具，阐明PEDF调控CSCs的机制，特别是MS时PEDF变化对CSCs的影响与效应，为纠正MS时心脏稳态失衡、促进再生修复提供新理论与治疗靶点。

代谢综合征（MS）是一种涉及多种心血管危害因子的症候群，包括肥胖、高血压、血脂异常、糖尿病等。随着生活方式的改变，近年我国MS患病率显著升高。目前学术界认为MS是一种炎性反应，MS时患者存在神经体液病理改变与细胞代谢紊乱，可致使心脏内环境稳态失衡，启动心脏病理重塑。因此，对MS的研究成为国际热点，特别针对MS病理环境下关键细胞因子的变化、效应、分子网络与关键节点、信号通路机制的研究。申请人在前期率先发现心脏组织大量表达多功能蛋白—色素上皮衍生因子（PEDF）。PEDF是调控心脏稳态重要的新因子，特别是MS时血浆与心脏PEDF表达显著上调，但生物学效应与意义尚不明确。本项目提出的研究目标有：1明确PEDF在c-kit阳性细胞微环境中的表达与来源，以及对c-kit阳性细胞凋亡、增殖的作用；2.明确代谢综合征时PEDF表达上调对c-kit阳性细胞的调控效应，以及对心脏病理生理的影响；3.明确PEDF调控c-kit阳性细胞的具体分子机制。经过研究本项目明确了：体内PEDF广泛存在与c-kit阳性细胞微环境中；MS微环境下心脏、血液PEDF表达量增加；通过成功建立MS动物模型，发现PEDF广泛存在于大鼠c-kit阳性细胞的niche中，c-kit阳性细胞微环境中的PEDF可能来源于血管细胞与心肌细胞；PEDF体外促进c-kit阳性细胞的Nkx2.5与c-myc的表达；体内c-kit阳性细胞表达Notch1，c-kit阳性细胞 niche中存在Notch信号配体Jagged1；发现PEDF可能作用于c-kit阳性细胞的Notch通路发挥生物学效应。结果初步证明了PEDF通过Notch信号作用于c-kit阳性细胞的可能性；另外PEDF表达增加促进MS炎症因子诱导的细胞凋亡，机制是PEDF激活PPARγ信号通路，上调凋亡蛋白p53和caspase3。上述研究结果显示PEDF可能在代谢综合征状态下心脏稳态失衡的调控中发挥重要作用，Notch信号通路与PPARγ信号通路在其中扮演关键角色，有一定的创新性。本项目通过研究MS时PEDF增加整体效应与机制，丰富了对MS心血管稳态失衡的认识，有助于阐明细胞微环境中的内源性活性因子的调控作用与分子机制，为纠正MS心血管稳态失衡、促进修复提供新的科学依据与治疗靶点，具有一定的理论与现实意义。