心肌細(xì)胞外泌體microRNAs 治療心血管疾病的作用

陳琮

( 香港大學(xué)深圳醫(yī)院 廣東 深圳 510000）

心血管疾病（C V D）仍然是全世界發(fā)病率和病死率的主要病理原因[1]。心血管缺血性疾病（CVID）或缺血性心臟病（IHD），例如急性心肌梗塞（MI），心肌缺血/再灌注（MIR）損傷和心力衰竭，在缺血區(qū)產(chǎn)生大量的活性氧（R O S）[2]，這是心肌細(xì)胞壞死/凋亡和死亡的主要因素，并加劇了心臟病。心肌梗死后心臟顯示出內(nèi)源性心肌細(xì)胞更新的潛力有限，這導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的大量心肌細(xì)胞丟失，導(dǎo)致左心室重構(gòu)和進(jìn)行性心力衰竭[3]。MI 患者的主要治療選擇是減少梗死面積和心肌損傷，誘導(dǎo)受損心肌的置換或改善其修復(fù)，以及減少心肌重塑。在過去的幾年中，再生醫(yī)學(xué)已被公認(rèn)對(duì)預(yù)防和治療心臟病有效[4]。具有再生潛力的干/祖細(xì)胞移植已被確立為一種有前途的C V D 治療方法，可替代凋亡或死亡的心肌細(xì)胞并增強(qiáng)收縮力[5]。這些細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞（E S C），誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（i P S C），間充質(zhì)干細(xì)胞（M S C）和心臟干祖細(xì)胞。通過輸注和/或心肌內(nèi)注射將干細(xì)胞移植到心臟中已被用于治療冠狀動(dòng)脈疾病，心肌梗死和心力衰竭，其中它可以促進(jìn)心臟的修復(fù)和再生，并增強(qiáng)患有以下疾病的患者的心臟功能：遵循MIR 的CVD 和動(dòng)物模型[6]。盡管取得了這些令人鼓舞的結(jié)果，但仍存在一些缺點(diǎn)，例如需要穩(wěn)定地提供具有穩(wěn)定表型的細(xì)胞，由移植的細(xì)胞滯留在肺微脈管系統(tǒng)中引起的輸注毒性，低存活率和向新功能心肌細(xì)胞的分化能力差，免疫排斥和致瘤性，異位組織的形成，這些細(xì)胞的產(chǎn)生和處理的高成本和延遲以及道德和安全挑戰(zhàn)是臨床實(shí)踐中的主要問題[7]。

1.資料與方法

整合系統(tǒng)生物學(xué)和人類工程心臟組織（hECT）技術(shù)，對(duì)外泌體microRNA 分析數(shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘回歸分析，用多種細(xì)胞類型的條件培養(yǎng)基處理。描述性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以平均值表示，比較統(tǒng)計(jì)方法在相應(yīng)的圖例中進(jìn)行描述。P＜0.05 被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.結(jié)果

在此分析中，親代細(xì)胞包括hMSCs，人成年心臟成纖維細(xì)胞和人包皮成纖維細(xì)胞（h F F），這些化合物先前已建立對(duì)hECT 收縮力的親代細(xì)胞依賴性旁分泌作用。更具體地說，盡管通過不同的機(jī)制介導(dǎo)，來自hMSCs 和人類成年心臟成纖維細(xì)胞的條件培養(yǎng)基而非hFFs 顯著增加hECT 的收縮功能圖1。盡管h M S C 外泌體是通過上述機(jī)制增加收縮力的主要貢獻(xiàn)者，成年心臟成纖維細(xì)胞可溶性因子（例如轉(zhuǎn)化生長因子-β）在很大程度上通過肥大以及鈉和鉀通道重塑來增加收縮力。最終結(jié)果預(yù)測(cè)microRNA-21-5p（miR-21-5p）水平與hECTs 中的收縮力和鈣處理基因表達(dá)反應(yīng)呈正相關(guān)。此外，與未處理的對(duì)照組相比，在用富含h M S C 分泌蛋白的外泌體部分（hMSC-exo）處理的hECT 中，miR-21-5p 水平顯著升高，見圖2。這激發(fā)了實(shí)驗(yàn)測(cè)試m i R-21-5p 在h M S C 外源介導(dǎo)的心臟組織收縮性增加中的人類特異性作用。

圖1 人類成年心臟成纖維細(xì)胞表達(dá)

圖2 hECTs 的心跳率，*P ＜0.05

3.討論

在基于h M S C 的心臟治療中，心肌收縮性的分子介體仍未解決，從而阻礙了最大化治療功效的努力[3]。在這項(xiàng)研究中，我們使用集成的系統(tǒng)生物學(xué)和組織工程學(xué)方法來鑒定關(guān)鍵的心臟活性外泌體m i R s。首先，我們提供生物信息學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來支持miR-21-5p 在基于hMSC 的旁分泌信號(hào)治療中作為領(lǐng)先的心臟主動(dòng)外泌體miR[6]。接下來，使用hECT系統(tǒng)，我們提供了人類特異性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示了（1）m i R-21-5p 對(duì)h E C T 收縮功能的影響與h M S C-e x o 的作用非常相似，并且除去hMSC 中的miR-21-5p 可減少外泌體的促收縮作用。在mRNA 和蛋白質(zhì)水平上均支持miR-21-5p 對(duì)鈣處理和收縮力的作用。最后，我們以機(jī)械方式支持m i R-21-5p通過P I3K 信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)增加鈣的處理，從而增加收縮力。可慶的是，生物信息學(xué)已成功地用于研究干細(xì)胞療法的促血管生成，抗纖維化和免疫調(diào)節(jié)旁分泌機(jī)制[5]。

綜上所述，miR-21-5p 可能通過PI3K 信號(hào)傳導(dǎo)在hMSC外源介導(dǎo)的對(duì)心臟收縮力和鈣處理的作用中起關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)可能為利用m i R-21-5p 在優(yōu)化未來基于干細(xì)胞的心血管疾病治療中的作用開辟新的研究途徑。