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二甲雙胍對(duì)CDC的影響在心梗保護(hù)中的作用

發(fā)布時(shí)間:2019-06-15 05:53
【摘要】:一、研究背景心血管疾病已經(jīng)成為當(dāng)今世界對(duì)人類健康危害最嚴(yán)重的一類疾病,而隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高、人口老齡化的不斷發(fā)展,心血管疾病的患病率仍會(huì)呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì)。作為心血管疾病的典型代表,急性心肌梗塞或心肌梗死(myocardial infarction, MI)具有較高的死亡率和發(fā)病率,是全球范圍內(nèi)重大的健康問題之一。依據(jù)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)的數(shù)據(jù),心肌梗死占到目前全球死亡的30%,同時(shí)預(yù)計(jì)到2030年每年至少有2300萬(wàn)人死于該病發(fā)作,且其發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。其中心肌細(xì)胞受損和缺血是心肌梗死中最常見的病理改變,而成年心肌細(xì)胞作為一種高度分化的終末細(xì)胞,一般認(rèn)為其不能再生。目前,對(duì)于急性心肌梗死的病人,我們通常會(huì)及時(shí)的應(yīng)用藥物治療以及PCI等手段進(jìn)行治療,旨在及早高效的恢復(fù)心梗后缺血心肌血液供應(yīng),阻止心肌缺血性損傷的進(jìn)一步發(fā)展、加重,減少心肌梗死面積,從而最終改善心肌梗死臨床預(yù)后。盡管當(dāng)前我們對(duì)于心肌梗死的治療取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但仍無法從根本上逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)以及后續(xù)的心功能不全與心力衰竭,這也就意味著我們的治療手段僅能控制、減小心肌梗死所帶來的不良預(yù)后,而不能從根本上達(dá)到“救治”已經(jīng)受損的心肌細(xì)胞甚至“治愈”的效果。當(dāng)前,利用干細(xì)胞治療心肌梗死的研究已成為心血管疾病的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,并得到廣泛的關(guān)注和研究,已有多種干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室或臨床應(yīng)用于心肌梗死的干細(xì)胞治療中,主要包括骨髓源間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞及胚胎干細(xì)胞等,雖然取得了一定的治療效果,但這種效果是不穩(wěn)定且不顯著的,同時(shí)誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞治療還面臨著致瘤性和倫理學(xué)問題。心肌球源性干細(xì)胞(cardiosphere-derived cells ,CDC)是由心臟組織塊培養(yǎng)而來,表達(dá)c-kit及Islet-1心肌組細(xì)胞以及眾多周圍支持細(xì)胞共同組成的心臟源性細(xì)胞亞群,可穩(wěn)定傳代的干細(xì)胞。一項(xiàng)最新的CADUCEUS臨床研究表明,經(jīng)冠脈移植自源性心肌球源性干細(xì)胞治療的患者在一年后,相較于一般患者瘢痕組織減少,有效心肌數(shù)量增加,心功能得到改善,且并沒有其他安全風(fēng)險(xiǎn),因此,心肌球源性干細(xì)胞是當(dāng)前最有前景的移植治療心肌梗死的干細(xì)胞類型之一。盡管心肌球源性干細(xì)胞移植治療在動(dòng)物和患者身上都能保護(hù)并改善心梗后的受損心肌,當(dāng)它和其他干細(xì)胞治療方案一樣仍面臨著移植后宿主心臟惡劣微環(huán)境所導(dǎo)致的低存活率的瓶頸,這些惡劣的微環(huán)境包括較高的炎癥因子和大量的氧自由基。當(dāng)前已有多項(xiàng)在動(dòng)物身上的研究應(yīng)用遺傳基因改良的操作,向干細(xì)胞中引入改善移植后存活的相關(guān)基因以期解決這一難題,例如PHD2、AKT、Bcl-2,SDF-1以及趨化因子受體1等。雖然這些研究取得了一定成果,但離實(shí)際的臨床應(yīng)用還有一定的距離。當(dāng)然,如果能找到一種臨床上已知且能夠有效地提高干細(xì)胞移植后的存活率的藥物,,從而提高干細(xì)胞治療的效果,將十分鼓舞人心。在近年多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),二甲雙胍(metformin,MET),作為治療2型糖尿病的一線臨床藥物,可激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)。AMPK是一種蛋白激酶,它能夠促進(jìn)脂肪酸氧化,促進(jìn)葡萄糖運(yùn)輸,加速糖酵解,抑制體內(nèi)甘油三酯和蛋白質(zhì)合成,與此同時(shí),體外實(shí)驗(yàn)表明激活A(yù)MPK可通過保護(hù)線粒體凋亡的機(jī)制促進(jìn)心肌細(xì)胞的存活。令人驚喜的是,一項(xiàng)在狗身上進(jìn)行的研究證實(shí)了二甲雙胍能夠通過AMPK依賴的途徑減少氧化應(yīng)激所導(dǎo)致的心肌細(xì)胞凋亡,從而表明二甲雙胍具有潛在的獨(dú)立于降糖作用之外的心臟保護(hù)作用,進(jìn)而具有減輕缺血再灌注引起的損傷的效果。AMPK是調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因子,對(duì)于干細(xì)胞的存活亦有重要作用。在一項(xiàng)關(guān)于胚胎干細(xì)胞的研究中,eNOS的過表達(dá)幫助干細(xì)胞維持低含量的NO,從而減少胚胎干細(xì)胞的凋亡。心肌球源性干細(xì)胞是有離體心臟組織在體外分離、培養(yǎng)獲得的,與心臟細(xì)胞有同源性,同時(shí),eNOS是一種潛在的獨(dú)立細(xì)胞保護(hù)信號(hào)分子,在血管內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞以及不同類型的干細(xì)胞中有所表達(dá),CDCs中eNOS也有表達(dá)?紤]到心肌球源性干細(xì)胞和心肌組織的同源性,我們提出如下科學(xué)問題:二甲雙胍能否拮抗超氧應(yīng)激對(duì)CDCs的損傷作用、提高其存活率,進(jìn)而增強(qiáng)CDC移植治療心肌梗死的效果?這種保護(hù)作用是通過激活A(yù)MPK/eNOS信號(hào)通路來介導(dǎo)的嗎?二甲雙胍這種抗氧化應(yīng)激功能對(duì)于心肌球源性干細(xì)胞是否有類似的保護(hù)作用,二甲雙胍能否實(shí)質(zhì)性的提高心肌球源性干細(xì)胞移植后的在體存活率,以及二甲雙胍的引入能否有效提高心肌球源性干細(xì)胞移植治療心肌梗死的治療效果,本研究期待探討這些問題的答案。二、研究?jī)?nèi)容和方法1、分離提取心肌球源性干細(xì)胞:將已有的GFP轉(zhuǎn)基因標(biāo)記的C57小鼠的心臟組織迅速剪取離體,切成體積小于小鼠的心臟組織被切成體積小于1mm3的碎片,經(jīng)胰島素部分酶解后,將這些組織碎片移植在含有2毫升CEM,被纖連蛋白覆蓋的培養(yǎng)皿中進(jìn)行培育。經(jīng)歷足夠的增長(zhǎng)周期(約1周)之后,用溫和的酶消化、收獲包裹心臟組織塊周圍松散的、呈階段性擴(kuò)散增殖的貼壁類基質(zhì)細(xì)胞,以1×105 cells/ml的密度被接種在由多聚賴氨酸覆蓋的含CGM培養(yǎng)皿中。收集培育而來的自由懸浮的心肌球(cardiospheres),轉(zhuǎn)入普通培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng),得到心肌球源性干細(xì)胞。建立體外心肌球源性干細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷模型:將生長(zhǎng)狀態(tài)良好的心肌球源性干細(xì)胞在不含血清的介質(zhì)中培育24小時(shí),之后在含有30 μmol/L雙氧水的培養(yǎng)基中繼續(xù)培育24小時(shí)以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。建立小鼠心梗模型:選用4個(gè)月左右年齡的成年雄性C57小鼠構(gòu)建小鼠MI模型進(jìn)行研究。在異氟烷吸入麻醉的狀況下,對(duì)小鼠進(jìn)行左前降支(LAD)冠狀動(dòng)脈的永久結(jié)扎,LAD動(dòng)脈在直視下用7-0絲綢縫合線進(jìn)行永久結(jié)扎。對(duì)于對(duì)照組小鼠,除了永久結(jié)扎LAD部分,對(duì)其實(shí)施了相同的外科手術(shù)方法。建立大鼠心肌缺血-再灌注損傷模型:對(duì)大鼠進(jìn)行左前降支(LAD)冠狀動(dòng)脈的臨時(shí)結(jié)扎,30分鐘后解除結(jié)扎并誘導(dǎo)再灌注。2、為了明確在體外氧化應(yīng)激損傷模型中二甲雙胍能否提高心肌源性干細(xì)胞的存活率,我們?cè)跇?gòu)建氧化應(yīng)激損傷模型前,對(duì)心肌球源性干細(xì)胞用MET以不同的劑量(1、10、100、1000、3000、5000μmol/L),以不同的處理時(shí)長(zhǎng)(15、30、60、120、180分鐘)進(jìn)行預(yù)處理,以期減少H202誘導(dǎo)的心肌球源性干細(xì)胞細(xì)胞凋亡。3、為了明確及量化移植后在體心肌球源性干細(xì)胞的存活率,在GFP-CDC移植手術(shù)之后,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)以酶消化的方法將取出的小鼠心臟酶解,分離成單個(gè)的心臟來源的細(xì)胞。其中GFP陽(yáng)性的細(xì)胞即代表了心肌球源性干細(xì)胞和它們的派生細(xì)胞,我們對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)計(jì)數(shù),最后我們得到移植后在體心肌球源性干細(xì)胞的存活率:100%×(存活的GFP陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量/ 1×105)。為了觀察心臟在體的GFP陽(yáng)性心肌球源性干細(xì)胞的存活率,用GFP抗體、a-actinin抗體和DAPI對(duì)心臟組織進(jìn)行染色觀察。4、為了明確二甲雙胍對(duì)心肌球源性干細(xì)胞的保護(hù)作用能否應(yīng)用于改良此種干細(xì)胞對(duì)心肌梗死的治療,小鼠心梗模型的基礎(chǔ)上,術(shù)后在梗死邊緣區(qū)四點(diǎn)分別進(jìn)行一次心肌內(nèi)注射,根據(jù)注射內(nèi)容的不同分為PBS+MI組、MET+MI組、CDC+MI組和MET+CDC+MI組。在小鼠接受手術(shù)后的第2、4周,以雙盲法的形式用超聲波心動(dòng)描記術(shù)來評(píng)估清醒小鼠的心肌結(jié)構(gòu)和功能,包括左心室射血分?jǐn)?shù)EF、左心室短軸縮短率FS及左心室舒張內(nèi)徑LVIDd。同時(shí)通過masson染色的組織學(xué)方法對(duì)小鼠心肌梗死面積和心肌各部位纖維化程度進(jìn)行形態(tài)定量分析。5、進(jìn)一步明確二甲雙胍對(duì)心肌球源性干細(xì)胞的保護(hù)作用并探討其相關(guān)機(jī)制。對(duì)心肌球源性干細(xì)胞進(jìn)行不同的處理,加入適宜劑量的MET,加入AICAR以激活A(yù)MPK,加入Compound-C以阻止AMPK。對(duì)接受不同方法處理后的CDC細(xì)胞,用CCK8檢測(cè)處理后各組細(xì)胞活性;進(jìn)行AnnexinV及PI共染色,然后經(jīng)流式細(xì)胞儀分析,觀察經(jīng)不同處理后心肌球源性干細(xì)胞中凋亡細(xì)胞的比率;通過Tunel染色檢測(cè)接受不同方法處理后的心肌球源性干細(xì)胞中凋亡細(xì)胞的比率。6、為了進(jìn)一步探討二甲雙胍保護(hù)心肌球源性干細(xì)胞的具體機(jī)制,我們還通過免疫印跡的方法對(duì)AMPK (二甲雙胍發(fā)揮抗氧化應(yīng)激功能的關(guān)鍵因子)及其磷酸化水平、eNOS及其磷酸化水平進(jìn)行了檢測(cè)。三、研究結(jié)果1、在心肌梗死的動(dòng)物模型和體外氧化應(yīng)激損傷模型都發(fā)現(xiàn),MET可有效保護(hù)心肌球源性干細(xì)胞的存活。體外實(shí)驗(yàn)證明,二甲雙胍對(duì)心肌球源性干細(xì)胞的這種保護(hù)作用呈時(shí)間、濃度依賴型關(guān)系,我們通過系列實(shí)驗(yàn)最終確定了 MET保護(hù)心肌球源性干細(xì)胞的最適作用時(shí)間及濃度(60min,1000μmol/L)。2、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),單純的心肌球源性干細(xì)胞移植可提高小鼠心肌梗死后心功能、減小梗死面積及纖維化程度,但改善程度有限。經(jīng)過二甲雙胍的預(yù)處理,聯(lián)合心肌球源性干細(xì)胞移植和二甲雙胍治療的方案可進(jìn)一步改善小鼠心肌梗死的預(yù)后。3、二甲雙胍主要通過發(fā)揮其抗氧化應(yīng)激作用來提高心肌球源性干細(xì)胞存活率,這種保護(hù)作用依賴于AMPK介導(dǎo)的分子途徑。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,引入AMPK激動(dòng)劑AICAR和AMPK抑制劑Compound C替代實(shí)驗(yàn)組中的MET,從陽(yáng)性對(duì)照和陰性對(duì)照兩方面進(jìn)一步觀察AMPK信號(hào)途徑對(duì)心肌球源性干細(xì)胞存活率及凋亡情況的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)MET和AICAR都可以提高氧化應(yīng)激條件下心肌球源性干細(xì)胞的存活率,使心肌球源性干細(xì)胞TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞減少,使AnnexinV染色陽(yáng)性比率細(xì)胞減少,而Compound C則可以抵消這些改善作用。結(jié)果表明MET是通過激活A(yù)MPK對(duì)心肌球源性干細(xì)胞發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用的。4、AMPK是一種蛋白激酶,其下游還有很多效應(yīng)分子。作為潛在的細(xì)胞保護(hù)信號(hào)分子,eNOS在血管內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞以及不同種類的干細(xì)胞中都有表達(dá)。在心肌球源性干細(xì)胞的細(xì)胞試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn),MET可增加AMPK Thr-172位點(diǎn)及eNOS Ser-1177位點(diǎn)的磷酸化水平,AICAR具有類似的相應(yīng),相對(duì)于的,這些效應(yīng)都可被Compound C 所阻斷。四、結(jié)論二甲雙胍可提高心肌球源性干細(xì)胞移植后的存活率,從而進(jìn)一步提高移植心肌球源性干細(xì)胞對(duì)心肌梗死的治療效果,并有效地促進(jìn)梗死心肌的保護(hù)與修復(fù)。這種保護(hù)作用是通過激活A(yù)MPK-eNOS通路發(fā)揮的。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】:第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:R542.22

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3 王英雪;二甲雙胍對(duì)犬乳腺腫瘤細(xì)胞體外增殖抑制作用的影響[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

4 馬明磊;糖尿病與胰腺癌的臨床特點(diǎn)分析及二甲雙胍對(duì)胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)的影響[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2017年

5 呂欣;二甲雙胍對(duì)前脂肪細(xì)胞增殖分化的影響[D];山西醫(yī)科大學(xué);2017年

6 朱凱凱;二甲雙胍干預(yù)兒童肥胖高胰島素血癥的臨床療效分析[D];天津醫(yī)科大學(xué);2017年

7 劉鳳蘭;二甲雙胍衍生物1,3,5-三嗪類化合物的合成與機(jī)理[D];安徽工業(yè)大學(xué);2017年

8 鄒歌;二甲雙胍對(duì)卵巢癌細(xì)胞侵襲遷移能力及MTA1表達(dá)的影響[D];華北理工大學(xué);2017年

9 李丹丹;二甲雙胍對(duì)卵巢癌耐藥細(xì)胞SKOV3/DDP凋亡與自噬的影響[D];華北理工大學(xué);2017年

10 周文芳;間歇性低氧與二甲雙胍對(duì)小鼠H_(22)實(shí)體瘤的抑制作用[D];南昌大學(xué);2017年

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本文編號(hào):2500013

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