BMSCs治疗是目前疾病治疗中的研究热点之一,其在心血管疾病中的应用最先是在急性心肌梗死的治疗中用以替代梗死的心肌恢复心脏功能。目前,干细胞动员的机制尚不清楚,涉及多种细胞因子、蛋白水解酶、粘附分子及造血微环境血管内皮细胞分子结构等的改变,导致造血干细胞从骨髓释放进入外周血。许多细胞因子可以刺激BMSCs进入外周血,其中包括粒细胞集落刺激因子、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、干细胞因子、血管内皮生长因子、基质细胞衍生因子等。
在接受心脏手术的患者中发现,体外循环时,CP/CPB术后早期SDF-1α在心房表达和血浆中的浓度均增加,在心肌细胞、小动脉和小静脉的内皮细胞以及心内膜中也存在SDF-1α蛋白的表达,从而可以增加这些组织与循环中表达CXCR4的祖细胞结合的能力,实验还发现CP/CPB术后CD34+CXCR4+细胞的数目与血浆中SDF-1α水平相关,然而这种关联在CP/CPB术前或术后4 d后就不存在了,说明祖细胞动员和关键的细胞因子生成可能产生于损伤后的最初几小时。而应用CXCR4受体拮抗剂AMD3100可以阻断CXCR4
+细胞与SDF-1α的结合,并可抑制粒细胞集落刺激因子在急性心肌梗死时对心肌功能改善的作用
[10-11]。
VSMCs主要有收缩型与合成型两种类型,当血管受损或在体外培养受到某些生长因子、血管活性物质或神经递质影响时,其表型会发生转化并获得增殖能力[12]。本实验发现,大鼠颈总动脉的血管内膜受到球囊扩张并被牵拉剥脱后,其VSMCs在体外培养时表现出合成表型的特点,增殖活性增强,而转染了SDF-1α siRNA的损伤后VSMCs的增殖能力并没有受到影响,说明SDF-1α与VSMCs的增殖能力无关。
血管损伤后,在损伤血管中的内膜和中膜均可检测到SDF-1的表达,在内膜中还可测到CXCR4的表达。Gao等[13]将Wistar大鼠的腹主动脉移植到SD大鼠中发现应用SDF-1抗体后,SD大鼠的腹主动脉移植物中新生内膜的增生几乎被完全抑制,而且新生内膜的厚度与SDF-1的水平显著相关。本实验结果表明,在大鼠颈总动脉球囊损伤后的即刻,损伤VSMCs内SDF-1α的mRNA表达即出现增加,术后第1,4天的表达亦增加,至术后第7天及以后,SDF-1α mRNA的表达已与术前大致相当。应用ELISA法检测体外培养的各时间点VSMCs的上清液中SDF-1α的浓度也表明,在损伤即刻上清液中SDF-1α的浓度即出现增加,至术后1 d时达高峰,术后7 d回复至正常水平。这两者变化之间具有一定的相关性,也与国内外的其他研究结果相似[14]。这说明,大鼠颈总动脉损伤后,损伤刺激使VSMCs中SDF-1α的基因转录与翻译增强,并最终导致蛋白表达增加。
SDF-1与其受体CXCR4特异性地结合后,可以诱导单核细胞、淋巴细胞和内皮细胞的迁移。SDF-1受体CXCR4,与G蛋白偶联,是一种孤儿受体,在体内许多细胞表面表达。SDF-1是高度碱性蛋白质,它通过一组碱性氨基酸结合到基质细胞膜上的硫酸乙酰肝素上,暴露其氨基末端信号区,以便与其受体CXCR4相互作用,是SDF-1发挥其生物学效应的基础。
SDF-1对体外培养的CD34+BMSCs的趋化作用非常强而且呈剂量依赖性[15],SDF-1/CXCR4轴在急性心肌梗死时骨髓衍生的心肌祖细胞的化学趋化中也起重要作用[16],因此,SDF-1/CXCR4轴在BMSCs的动员以及干/祖细胞定向进入组织中都有着极其重要的作用。
本实验应用Transwell小室检测SDF-1α和损伤后的VSMCs对BMSCs的趋化性能时发现,体外培养的正常BMSCs在无SDF-1α存在时,其定向趋化能力很弱,而在含有SDF-1α 100 µg/L的培养液中,正常BMSCs向SDF-1α方向的趋化性增强,且损伤后的BMSCs对SDF-1α的趋化性强于正常对照组,当应用SDF-1α受体拮抗剂AMD3100干预后,二者的趋化性均趋弱;另外当将正常及损伤的BMSCs与损伤后的VSMCs共培养时,发现二者对损伤VSMCs的趋化性均增强,且强于单用SDF-1α者,同时发现当应用SDF-1α siRNA转染损伤后VSMCs后,二者的趋化能力减弱但仍强于单用SDF-1α干预者,在应用AMD3100阻断SDF-1α与CXCR4的相互作用后,BMSCs对损伤平滑肌的趋化性弱于未阻断时,证实在损伤平滑肌对BMSCs的趋化过程中,也存在着SDF-1α与CXCR4的作用。
蔡文玮,等. 基质细胞衍生因子1α及受体CXCR4对颈总动脉球囊损伤血管平滑肌细胞和骨髓基质细胞的影响
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ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
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实验发现,在大鼠颈总动脉损伤后,BMSCs中CXCR4 mRNA的表达逐渐增强,并持续表达,说明BMSCs在损伤的刺激下,CXCR4
+细胞数量有所增加,其原因推测可能与损伤后大鼠体内各种细胞因子以及炎症因子的大量释放有关。有证据证实,基因标记的BMSCs可聚集在小鼠缺血的后肢中,与新生血管形成的部位一致,并加速血管化进程,而在BMSCs归巢于损伤组织的病理过程中,细胞因子起了非常大的作用,在干细胞介导的损伤修复过程中,有许多因子参与了信号传导途径,其中SDF-1就是一个重要的因素。本实验应用transwell小室检测SDF-1α对BMSCs的趋化作用时也证实了BMSCs可以被SDF-1α吸引趋化,且该作用可以被其受体阻断剂AMD3100阻断,说明SDF-1α可以吸引BMSCs中CXCR4
+细胞向其迁移,那么当损伤组织局部产生高SDF-1α浓度梯度时,BMSCs表面CXCR4受体增加并向损伤部位迁移从而参与损伤修复。
RNA干扰(RNAi)在实验室中是一种强大的实验工具,它可以通过体外合成siRNA与所研究的目的基因的mRNA特异性结合,导致目的基因沉寂,从而达到抑制该研究基因作用的目的。本实验通过构建SDF-1α siRNA并转染至体外培养的损伤平滑肌细胞内,抑制了细胞内SDF-1α mRNA的表达,减少了SDF-1α的合成,抑制了其对BMSCs的趋化作用,从而达到减少BMSCs归巢于损伤血管的表面参加内膜修复的目的,干扰了损伤内膜的过度增生,进一步证实SDF-1α与CXCR4之间的相互作用与血管损伤后新生内膜的增生有关。
实验通过对体外培养的损伤后VSMCs和BMSCs中SDF-1α和CXCR4 mRNA和蛋白的表达情况的观察,以及VSMCs对BMSCs的趋化作用,并应用SDF-1α siRNA和CXCR4受体拮抗剂AMD3100干预后,发现SDF-1α siRNA可以减少损伤VSMCs中SDF-1α mRNA的表达和蛋白的合成,且AMD3100预干预后可以阻止SDF-1α和损伤后VSMCs对BMSCs的趋化作用,证实在损伤后体外培养的VSMCs中SDF-1α的表达增加,且SDF-1α对BMSCs有趋化作用,因此推测血管损伤后局部平滑肌合成的SDF-1水平增高,可以促进BMSCs向损伤部位迁移并定植于损伤部位,参与损伤处的修复。
血管内支架置入后再狭窄问题困扰着众多医生,其关键问题就是血管损伤后新生内膜过度增生,其中牵涉到许多方面,如果在损伤早期能采取措施借助SDF-1α对循环中CD34
+CXCR4
+细胞的吸引,加快损伤部位内皮化,建立完整的内皮屏障,就能隔绝损伤处与血液中细胞因子的相互作用;或在损伤后期阻断SDF-1α与CXCR4之间的相互作用,限制更多CD34
+CXCR4
+细胞沉积在损伤部位,并抑制损伤后VSMCs的过度增生,对新生内膜的增生应该会有一定的作用。