自体骨髓动员对急性缺血心肌血管再生的影响

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.19.016

摘要/Abstract

摘要：

背景：动物实验表明，应用干细胞移植有可能取代受损心肌细胞并建立新的血管来改善血液供应。
目的：观察应用集落刺激因子骨髓动员急性心肌梗死模型猪心功能及新生血管的作用。
方法：健康太湖梅山猪10头，建立猪心肌梗死模型后，随机分为2组。对照组4周后经冠状动脉注射DMEM；实验组心肌梗死后3 h并连续5 d注射粒细胞集落刺激因子。心肌梗死后第8周行超声心动检测心功能，检测不同时间点血清血管内皮生长因子和转化生长因子ß值，梗死区标本苏木精-伊红染色观察病理变化及Ⅷ因子免疫组织化学染色检测毛细血管密度。
结果与结论：骨髓动员后实验组血清血管内皮生长因子, 转化生长因子ß水平上升明显，标本Ⅷ因子免疫组织化学染色法血管密度有明显上升。结果提示集落刺激因子诱导的自体骨髓干细胞动员对急性缺血心肌血管再生有很明显的促进作用

关键词: 缺血性心脏病, 心力衰竭, 骨髓间充质干细胞, 血管再生, 粒细胞集落刺激因子

Abstract:

BACKGROUND: Animal trials have suggested that stem cell transplantation can replace damaged myocardial cells and establish new vessels for improving blood supply.
OBJECTIVE: To study the effect of autologous bone marrow mobilization using colony stimulating factor on cardiac function and new vessels in swines with acute myocardial infarction.
METHODS: A total of 10 healthy Taihu Meishan swines were divided into two groups following model establishment of myocardial infarction. In the control group, the swines were injected with DMEM through coronary artery at 4 weeks later. In the experimental group, the swines were infused with granulocyte colony-stimulating factor at 3 hours following myocardial infarction for 5 consecutive days. Cardiac function was examined using ultrasonic cardiograph at 8 weeks following myocardial infarction. Expression of serum vascular endothelial growth factor and transforming growth factor beta (TGF-ß) was detected at various time points. Hematoxylin-eosin staining was used to observe pathological changes in infarct region. Capillary density was determined using immunohistochemical staining for Ⅷ factor.
RESULTS AND CONCLUSION: Following mobilization, serum vascular endothelial growth factor and TGF-ß expression were significantly increased in the experimental group. Immunohistochemical staining for Ⅷ factor showed that vascular density was significantly increased. These indicated that colony stimulating factor-induced autologous bone marrow stem cell mobilization can obviously promote vascular regeneration of acute ischemic myocardium.

中图分类号:

R394.2

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Yu Gui-ping, Shen Zhen-ya, Yu Yun-sheng, Guo Shi-qiang, Chen Yi-huan, Hu Yan-qiu. Effects of autologous bone marrow mobilization on vascular regeneration of acute ischemic myocardium[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(19): 3499-3502.

参考文献

引言

材料方法

讨论

动物实验表明应用干细胞移植有可能取代受损心肌细胞并建立新的血管来改善血供^[3]，从而为心肌梗死的治疗开辟了一条崭新的途径，成为近年来各国心血管病研究者关注的焦点。骨髓间充质干细胞是多能干细胞之一，具有多向分化潜能，包含造血干细胞、间充质干细胞及内皮前体细胞等多种成分^[4]，有研究发现心肌梗死后骨髓干细胞可以感知靶器官的损害，自动迁移至损害区域，并在组织微环境作用下分化为受损组织特性的细胞，改善心功能^[5]。通过动员剂动员骨髓干细胞到血液循环再使干细胞定居到梗死心肌，常用的动员剂为单独使用粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF) ，或其中两者联用，如G-CSF+SCF,其中G-CSF又是使用最多的^[6]，常见的心肌梗死动员剂包括G-CSF、粒巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte- macrophage colony stimulating factor, GM-CSF)和SCF及白细胞介素7、白细胞介素3，和VEGF,目前以G-CSF，GM-CSF的应用最广泛，实验证明其具有高效性和低毒性,如连续使用可使骨髓多能造血干细胞池和各血细胞的前驱细胞池扩大,并促进其释放进入外周血循环。对于动员时机以及是单独使用其中一种还是联合使用效果好目前尚无定论，Ohtsuka等^[6]就单独用G-CSF与G-CSF+SCF合用二者效果无差异，本实验选用了G-CSF作为动员剂。实验中，在超声心动测量图时选取LVESD、LVEDD和射血分数评价心功能，结果发现心肌梗死后立即行骨髓动员组效果好，这一结果与Ohtsuka在大鼠所做的结果比较相似^[6]。研究表明心肌局部缺血可以促进心肌局部促血管生长因子的浓度刺激心肌缺血区小血管生长和侧支循环形成，达到改善心肌缺血的目的^[7]。目前发现的血管生长因子最受关注的是VEGF家族。实验中，干细胞动员后1周内血清VEGF的含量明显上升。心肌梗死后血清VEGF水平升高的确切机制尚不完全清楚，可能是：①急性心肌缺血的时候，心肌细胞严重缺血缺氧，心脏VEGF代偿性合成和分泌增加。②心肌梗死时左室舒张末压升高，室壁张力增加和一些细胞因子如TGF-β等释放并刺激VEGF的表达增加。③G-CSF可以刺激VEGF的表达增加。④心肌梗死时，局部微环境的改变、损伤部位内皮细胞黏附分子表达以及趋化因子等细胞因子表达的增加促进外周循环中的干细胞向受损心肌归巢^[8]，而骨髓动员后2周后的血清VEGF的含量并未继续上升，反而呈下降趋势。作者认为可能是随着时间延长，干细胞分化后，自分泌的功能减弱，所以VEGF的分泌量并不能随时间延长而增加。同时由于心肌细胞缺血缺氧的改善，VEGF受体KDR/FLT1上调水平下降，导致发生于转录水平、翻译水平、及靶器官水平的VEGF产生减少^[9]。另外机械牵张可以诱导VEGF的分泌，随着移植后心衰心脏的球形化趋势逆转，机械牵张作用减弱，也使VEGF的含量下降。 TGF-β1在心肌梗死后上调，具有促纤维化作用，介导组织修复和纤维坏死，研究发现, TGF-β1可刺激血内皮细胞增生，促进血管生成，TGF-β1介导的血管形成依赖于PI3K和P42/P44MAPK信号，阻断任何一条通路都可抑制TGF-β介导的血管再生^[10]，TGF-β1可部分通过TGF-ɑ的自分泌,从而激活PI3K和P4/PP44MAPK。TGF-β1在缺血再灌注损伤中对心肌细胞膜的保护作用通过P42PP44MAPK通路而实现,从而延缓缺血再灌注所致的心肌细胞的凋亡^[11]。本实验结果证实，心肌梗死后可以通过上调能促进心肌组织的修复。上调TGF-β1表达发挥心肌的修复作用。心肌梗死后，骨髓干细胞被自体动员到循环中，损伤处微血管内皮细胞黏附分子表达增多，能使干细胞定位归巢到受损心肌组织^[12]，并使其在心脏微环境中分化为心肌细胞和血管内皮细胞^[13]，减少急性心肌梗死后心肌组织梗死的范围及促进血管的再生，从而起到改善心肌梗死后心肌细胞的血供，促进心肌细胞再生的作用^[14]。然而，心肌梗死后自体动员并进入外周血液循环中并迁移到受损心肌组织中的骨髓干细胞数量很少，对受损心肌的修补作用有限。所以利用骨髓干细胞动员剂将骨髓干细胞动员至外周血，增加外周血干细胞的数量可以促进心肌组织的修复^[3]。血管密度检测结果也显示动员组及移植组心肌梗死区血管密度明显高于对照组，统计学比较差异有显著性意义。同样的，在大体标本上可见实验组左室游离面及心尖膨出，梗死区域室壁变薄，透壁瘢痕厚，横断面可见灰白色纤维素样组织，但外表面可见红色密集的血管网形成。而相应的是实验组心功能较对照组明显好转，差别有显著性意义。因此作者推测，骨髓干细胞动员后主要动员骨髓干细胞至梗死区,参与血管新生有关。促进了缺血性心脏病的血管再生，增加了梗死灶边缘的心肌供血，减少了肥大的心肌细胞的死亡和心肌瘢痕的扩大，从而改善了心肌的收缩和舒张能力，心肌灌注的增加可以唤醒缺血心脏的冬眠心肌并与心脏同步收缩，邻近心肌的张力效应也可以改善心肌的局部收缩能力。同时，在非梗死区亦有促血管生成作用，相当于增加了丰富的侧枝循环，改善了缺血心肌的灌注，达到了提高心功能的目的。骨髓干细胞动员治疗心肌梗死作为一种新的治疗方法，不论从其易行性、安全性来说都有着一定的优势。但在安全有效地应用于临床之前仍有许多问题尚待解决，被动员的骨髓干细胞含有多种细胞成分，其中哪一种最适于修复受损心脏尚不清楚，如何选择治疗急性心肌梗死的最佳干细胞动员时间窗，众多动员剂中哪一种或哪几种组合最适用于动员干细胞修复心肌仍不明确，但相信随着科技的发展进步，这一治疗方法将不断完善，使更多患者受益。

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