瘦素表达依赖性调控mscs迁移和抗凋亡作用机制研究

瘦素表达依赖性调控 MSCs迁移和抗凋亡作用机制 研究Wency2015-01-29一、 骨髓间充质干细胞 ？为什么利用其 移植修复梗死心肌 技术时需要移植前的预处理，有什么益处？二、缺氧预处理可以 提高 MSCs迁移和存活能力 ，可以上提 瘦素 基因表达，那么瘦素与 MSCs移植后 迁移和存活能力 关系何在？ （ leptin自分泌作用角度）三、缺氧预处理 MSCs诱导产生的瘦素，在 MSCs移植后对周边细胞的生理作用怎样的影响？（ leptin旁分泌作用角度）三个问题骨髓间充质干细胞（ BMSCs）是存在骨髓中具有高度自我更新能力和多向分化潜能的成体干细胞。骨髓中的非造血干细胞的存在首先被 130年前的德国病理学家 Cohnheim发现并提出，并于 1966年由Friedenstein首次证实骨髓中的细胞可以分化成为各种结缔组织细胞：软骨组织、脂肪组织、肌原细胞等等。在骨髓中，间充质干细胞占骨髓有核细胞总数的0.001%0.1%。 骨髓来源的间充质干细胞（ BMSCs）有着良好的自更新性、多潜能性、免疫抑制特征，因此， 骨髓间充质干细胞移植修复梗死心肌已成为最有潜力的临床治疗 MI的手段 。骨髓间充质干细胞Part I经血管移植细胞迁移至梗死区并在局部 存活率 很低 是影响技术广泛推广 的 核心 问题 ， 亟待深入研究来提高可行性和有效性 ： 有限的血液供应 营养物质的缺乏 严酷的 低氧环境 氧化应激压力 炎症性微环境预处理 方法 具有细胞保护作用，是有效的细胞抗凋亡保护策略， 在移植前，通过物理、化学、基因和药物手段进行干细胞 培养干预 ，使 干细胞在体外及时做好应对移植后致命的体内环境影响的准备 （ standby state） -内源性防御机制 ，可大大提高干细胞移植后 抵制严酷环境的能力并很好地生存下来，改善病变部位的状况 。技术发展存在的问题Yu et al. Transl Stroke Res. 2013 预处理方式6预处理益处Central roles of HIF-1（低氧 诱导 因子） , mitochondria and signaling pathways in stem cell preconditioningYu et al. Transl Stroke Res. 2013 缺 氧预处理 ，即在干细胞移植之前预先是干细胞接触 缺 氧环境，能提高 MSCs迁移和存活能力，促进血管的生成与分化。研究发现，瘦素基因是 低氧诱导的高表达基因 ，且缺氧预处理能显著上调瘦素表达 。(XINYANG HU et al. Stem cell. 2014)(Panpan Chen et al. . PLoS ONE.2014)瘦素 MSCs迁移和抗凋亡作用机制？Part II1994年美国 Howard Hughes医学研究所首次通过 ob /ob小鼠基因定位克隆发现了肥胖基因表达产物 leptin，最初其是来源于脂肪细胞， 是人类肥胖基 (obesegene,ob-gene)编码的 一个由 167个氨基酸组成的蛋白质 ,位于人类染色体7q3113位点上 ,分子量约 16kb.瘦素是通过与表达在不同细胞类型的跨膜受体 (ObR)的结合来发挥其生理效应的。瘦素主要通过与中枢神经系统的瘦素受体直接结合，调节 能量代谢、摄食行为和体重平衡 。瘦素 食欲调节、能量平衡（ Gonzalez-Perez RR, 2010；）9随着 2000年以来对瘦素探讨的不断深入，人们开始认识到瘦素不仅由脂肪组织 分泌 ，其它组织如乳腺 上皮细胞 、 胎盘 、 胃粘膜 上皮细胞也中可检测到，其 受体 不仅存在于下丘脑、脂肪组织，还广泛存在于全身各个组织中（肝脏、肾、肾上腺、骨髓、肌肉、骨等 。揭 示瘦素是多功能细胞因子，除了具有调节食欲及能量消耗功能外， 可能参与多种 代谢调节 的潜能，同时还能参与调解 次生代谢 ，如细胞存活、迁移和血管生成等等 。瘦素与机体系统的病理生理关系正逐步被人们了解。逐步深入被认识的瘦素 多种代谢调节2.1 自分泌角度 近期研究成果MSCWT， MSC ob/ob， MSC db/dbMSCs在移植部位的存活与迁移能力缺氧预处理上调的瘦素 对移植后的干细胞起着保护作用，促进存活，迁移。Normoxia (21% O2, 5% CO2) Hypoxia (0.5% O2, 5% CO2)requires leptinCytokine SDF-1（基质细胞衍生因子） and its receptor CXCR4 are known to regulate cell migration. leptin is required to realize enhanced CXCR4 surface expression observed in response to HPC and the consequent increase in cell migration of MSCs.Wu Q,. J Cell Mol Med. 2009Sharma M. Stem Cells and Development. 2011SDF-1/CXCR4 signaling pathwaysSTAT3/HIF-1a/VEGF signaling pathways STAT3（信号传导子及转录激活子）：经缺氧预处理或者添加Leptin后 ， STAT3活化，磷酸化程度能够增加近两倍。 缺氧预处理激活的 STAT3 能够增加 HIF-1蛋白的稳定性并绑定到 VEGF（血管内皮生长因子）的启动子上。leptin心肌细胞成纤维化的抑制2.2 旁分泌角度 近期研究成果Infarct area (blue)collagen I (red)in vitro in vivoThe activation of cardiac fibroblast was inhibited by H-MSCs WT in a manner that was leptin-dependent. The mechanism may involveblocking TGF-b/Smad2 and MRTF-A signal pathways.H-MSCs WT inhibited hypoxia induced cardiac fibroblast activation via leptinChen P. 2014. PLoS ONE.A model of regenerative potential of HP-MSCs in repair of I/R-AKI.Liu H. PLoS ONE. 2012肾缺血 /再灌注损伤治疗SDF-1-CXCR4/CXCR7 pathway1、 CXCR4 and CXCR7 by HP2、 SDF-1a-CXCR4 interaction4、促进细胞分裂、抗凋亡和消炎作用等。3、 Release of paracrine mediators( VEGF, b-FGF, IGF-1, HGF)00缺氧 预处理 后 瘦素 高表达对 MSCs的存活和迁移起重要 调节的作用 。Autocrine effects:SDF-1/CXCR4 signaling pathways STAT3/HIF-1a/VEGF signaling pathways paracrine effects:blocking TGF-b/Smad2 and MRTF-A signal pathways.SDF-1-CXCR4/CXCR7 pathway从新的 视角揭示 缺氧 预处理能够 提高 MSCs存活迁移能力 的重要原因在于高水平瘦素的存在， 可望为改善 MSCs移植修复梗死心肌疗效提供新对策 。但基于现有的证据无法真正揭示其中的更深层次认识以及人体调节机制的复杂性，还需更多人力物力的投入。总结：Part III1 XINYANG HU, RONGRONG WU, JIANAN WANG, et al. (2014)Leptin Signaling Is Required for Augmented Therapeutic Properties of Mesenchymal Stem Cells Conferred by Hypoxia Preconditioning. STEM CELLS32:27022713.2 Chen P, Wu R, Zhu W, Jiang Z, Xu Y, et al. (2014) Hypoxia Preconditioned Mesenchymal Stem Cells Prevent Cardiac Fibroblast Activation and Collagen Production via Leptin. PLoS ONE 9(8): e103587.3 Chen P, Wu R, Zhu W, Jiang Z, Xu Y, et al. (2014) Hypoxia Preconditioned Mesenchymal Stem Cells Prevent Cardiac Fibroblast Activation and CollagenProduction via Leptin. PLoS ONE 9(8): e103587.4 LU Huihe, LI Yi-fei, SHENG Zheng qiang, WANG Yi .( 2012)Preconditioning of stem cells for the treatment of myocardialInfarction. Chin Med J 125(2)： 378-384. 5 Liu H, Liu S, Li Y, Wang X, Xue W, et al. (2012) The Role of SDF-1-CXCR4/CXCR7 Axis in the Therapeutic Effects of Hypoxia-Preconditioned Mesenchymal Stem Cells for Renal Ischemia/Reperfusion Injury. PLoS ONE 7(4): e34608.6 Husnain Kh Haider 13:37643773.8 Sharma M, Afrin F, Satija N, Tripathi RP, Gangenahalli GU. Stromal-Derived Factor-1/CXCR4Signaling: Indispensable Role in Homing and Engraftment of Hematopoietic Stem Cells in Bone Marrow. Stem Cells and Development. 2011; 20:933946.9 Joo Eun Jung, Hyun Gyu Lee, Ik Hyun Cho, et al. (2005)STAT3 is a potential modulator of HIF-1-mediated VEGF expression in human renal carcinoma cells.The FASEB Journal express article 10.1096/fj.04-3099fje. 参考文献：1、浙江大学第二附属医院，王建安团队2、西京医院，第四军医大学，西安交通大学第一附属医院，刘宏宝团队3、第二附属医院，南通大学，4、江苏大学、 河北医科大学、上海第二军医大学5、辛辛那提大学（美国）， Hus