干细胞移植修复心脏的新机制与新靶点研究

1、项目名称：干细胞移植修复心脏的新机制与新靶点研究 推荐单位： 哈尔滨医科大学项目简介：近年来心血管疾病的发病率和死亡率快速上升， 每年全世界死于心血管疾病的患者人数 高达 1500 万人，居各种死因首位，严重威胁人类健康。虽然目前临床上药物治疗、内科介 入治疗和外科手术等治疗措施能够在一定程度上缓解心血管疾病的症状，但是都无法从根本上修复受损心脏， 心血管疾病的致残率和致死率仍然没有得到明显改善，究其原因是对于心血管疾病发病机制的认识十分有限， 一些新的重要靶点仍然没有被发现。 因此探讨心血管疾 病发生的病理机制， 寻找修复受损心脏的新方法和新靶点， 并据此提出新的治疗策略具有十 分重要的科学

2、意义和临床应用价值。 近年来成体干细胞或诱导多能干细胞等干细胞移植技术 因可分化为心肌细胞而被应用于心血管疾病的治疗， 并在心肌再生和修复研究中展现出广阔 的应用前景。 本项目中我们联合应用电生理学、 分子生物学、 生物信息学及药理学等多种实 验技术获得如下研究成果：（ 1）率先发现调控骨髓间充质干细胞向心肌定向分化的新靶点-microRNAs 。我们发现miR-124 可以抑制骨髓间充质干细胞向心肌分化， 而沉默 miR-124 可以激活转录因子 STAT3 表达，加速骨髓间充质干细胞分化为心肌细胞。该发现首次揭示 microRNAs 在骨髓间充质 干细胞向心肌分化中的重要作用，为促进骨髓间

3、充质干细胞移植后向心肌分化提供了新靶 点，解决了骨髓间充质干细胞向心肌分化率低这一干细胞移植难题；（ 2）首次发现骨髓间充质干细胞能够通过分泌bFGF 增加心肌细胞瞬时外向钾电流，缩短心肌动作电位时程，逆转心梗后 KV4.2 等钾离子通道重构，进而抑制心梗后心律失常 的发生。 该发现首次揭示骨髓间充质干细胞通过旁分泌作用影响心肌细胞电信号传导， 进而 抑制心梗后心律失常，解决了骨髓间充质干细胞移植的安全性问题；（ 3）揭示 LncRNA- H19 是抑制 c-kit 阳性心脏干细胞衰老的新靶点，从而发现诱导衰老心脏干细胞 返老还童 的新方法。 我们的研究发现在心脏干细胞衰老过程中LncRNA-

4、H19下调明显，并发现 H19 敲减可以加重心脏干细胞衰老，而过表达 H19 可以抑制心脏干细胞 衰老。进一步研究发现 H19 编码产生的 miRNA-675 在应激条件下同样下调，敲减 miR-675 加重心脏干细胞衰老，而过表达 miR-675 可以抑制心脏干细胞衰老。 H19 和 miR-675 对心 脏祖细胞的 返老还童 作用与调控 USP10/p53/p21 信号通路有关。此外，我们还发现抗氧化 药物褪黑素具有激活 H19/miR-675/USP10 信号通路的作用，是对抗心脏干细胞衰老的新方 法；（4）首次发现骨髓间充质干细胞可以抑制异丙肾上腺素诱导的心肌细胞肥大，进一步 研究发现

5、骨髓间充质干细胞通过分泌 VEGF 抑制心肌细胞肥大，而阻断 VEGF 可以减弱骨 髓间充质干细胞的抗肥大作用， 且在研究中我们还发现了骨髓间充质干细胞和心肌细胞之间 存在 Crosstalk 现象，两者协同分泌释放 VEGF ；（ 5）率先发现骨髓间充质干细胞可抑制心肌细胞衰老，表现为明显抑制缺氧/复氧导致的心肌细胞 -半乳糖苷酶升高，并且逆转 p53 的表达上调，该发现为老年心脏疾病的防治 提供了新策略和新思路；（6）发现多柔比星、三氧化二砷等药物以及高同型半胱氨酸等病理因素对骨髓间充质 干细胞的毒理作用并揭示其分子机制。 我们的研究发现抗肿瘤药物多柔比星和三氧化二砷通 过激活 ROS/p

6、38/JNK/p53 和 ROS/ 钙超载信号通路引起骨髓间充质干细胞凋亡，这是多柔比星和三氧化二砷在临床使用过程中产生心脏副作用的新机制。 另外，研究发现同型半胱氨酸 可引起细胞内 ROS 增多和线粒体膜电位除极化，损伤骨髓间充质干细胞的旁分泌功能，诱 导骨髓间充质干细胞凋亡。这是临床上高同型半胱氨酸血症患者易感心脏疾病的新机制之一。本项目围绕骨髓间充质干细胞在心律失常、 心肌肥厚和心肌衰老等心脏疾病中的应用开 展了一系列研究， 解决了骨髓间充质干细胞移植存在的分化率低和安全性的问题， 为寻找修 复受损心脏的新方法和新靶点提供理论基础和实验依据， 具有十分重要的科学意义和临床应 用价值。与此

7、同时，在本项目研究的基础上，项目组成员相继中标 4 项国家自然科学基金， 已在 SCI 核心期刊发表署名本课题资助的论文 9 篇，国际和国内学术会议作报告及讲座 3 次。蔡本志教授在中国心血管药理学学术会议上获得优秀论文一等奖。主要完成人情况表序 号姓名性 别出生 年月技术 职称文化 程度工作单位完成单位对成果创造性贡 献曾获科技奖励情 况1蔡本志男1980.03正高博士研 究生哈尔滨医科大学哈尔滨医科 大学作为本项目总设 计和主要实施完 成人，主持本成果 相关科研项目申 报、实施与总结， 主要完成本成果 相关论文。见下表2杨磊男1983.04副高博士研 究生哈尔滨医 科大学附 属第一医 院哈

8、尔滨医科 大学本项目课题总设 计， 人员调度， 技 术指导与咨询。1、脑心缺血损伤 的新机制及防治 新靶点，黑龙江省 政府二等奖， 2016； 2、脑心缺血损伤 的新机制及防治 新靶点，黑龙江省 医药卫生科技进 步一等奖， 20163潘振伟男1976.03正高博士研 究生哈尔滨医科大学哈尔滨医科 大学针对项目难点和 创新点进行技术 攻关，实验方案的 研究和拟定。无4王宁女1976.05正高博士研究生哈尔滨医科大学哈尔滨医科 大学针对项目难点和创新点进行技术 攻关，实验方案的 研究和拟定。无5杨帆女1988.09中级博士研 究生哈尔滨医科大学哈尔滨医科 大学完成药理学、 分子 生物学相关实验 及

9、数据分析。无6马文亚女1989.10中级博士研 究生哈尔滨医科大学哈尔滨医科 大学完成电生理学、 生 物信息学相关实 验及数据分析无蔡本志 曾获奖励情况：1、微小 RNA 对缺血预适应心肌保护的调节机制及以其为靶点的药物研发，黑龙江省医药 卫生科技进步一等奖， 20152、急慢性心肌缺血损伤的新机制和防治新靶点，黑龙江省科学技术二等奖，20153、急慢性心肌缺血损伤的新机制和防治新靶点，黑龙江省医药卫生科技进步一等奖，20144、心源性猝死防治新靶点及其药物干预，教育部自然科学奖一等奖，20145、三氧化二砷毒性反应发生机制及防治策略，中华医学会科技奖一等奖，20146、微小核苷酸在心律失常中

10、的作用，中华医学会科技奖三等奖，20147、亚太青年药理学家联盟会议优秀英文报告奖，一等奖，20138、高同型半胱氨酸诱发心血管疾病的新机制-离子通道失衡， 黑龙江省科学技术二等奖， 20119、高同型半胱氨酸诱发心血管疾病的新机制-离子通道失衡， 黑龙江省高校科学技术一等奖，201110、中国药学会 -赛诺菲安万特青年生物药物奖，一等奖，201111、黑龙江省青年科技奖，一等奖， 201112、调控恶性心律失常发生关键分子 microRNAs ，中国药学会科学技术奖二等奖，201013、心肌缺血性疾病新的分子信号机制研究，黑龙江省科学技术二等奖，201014、心肌缺血性疾病新的分子信号机制研

11、究，黑龙江省高校科学技术一等奖，201015、中国药理学会施维雅优秀青年工作者奖，一等奖，201016、中国心血管药理学术会议优秀论文奖，一等奖，201017、风心病患者心房肌细胞异质性与房颤，黑龙江省科学技术三等奖，200918、风心病患者心房肌细胞异质性与房颤，黑龙江省高校科学技术一等奖，200919、心律失常防治的分子机制研究，中华医学会科技二等奖，2009代表性论文专著目录1. BENZHI CAI , JIANPING LI, JINGHAO WANG, XIAOBIN LUO, JING AI, YANJU LIU, NING W ANG, HAIHAI LIANG, MINGYU

12、 ZHANG, NAN CHEN, GANG WANG, SHU XING,XIN ZHOU, BAOFENG YANG, XINYUE WANG, YANJIE LU. microRNA-124 Regulates Cardiomyocyte Differentiation of Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells Via Targeting STAT3 Signaling. STEM CELLS. 2012 Aug;30(8):1746-55.2. Cai Benzhi , Zhao Limei, Wang Ning, Liu Jiaqi,

13、 Zhu Songling, Meng Fanyu, Zhou Hongyu, Lu Yanjie, Ai Jing, Yang Baofeng. Bone marrow mesenchymal stem cells upregulate transient outward potassium currents in postnatal rat ventricular myocytes. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 47 (2009) 41 48.3. Benzhi Cai , Gang Wang, Nan Chen, Yanju

14、 Liu, Kun Yin, Chunping Ning, Xingda Li, Fan Yang, Ning Wang, Yang Wang, Zhenwei Pan, Yanjie Lu. Bone marrow mesenchymal stem cells protected post-infarcted myocardium against arrhythmias via reversing potassium channels remodelling. J. Cell. Mol. Med. V ol 18, No 7, 2014 pp. 1407-1416.4. BENZHI CAI

15、 , XUEYING TAN, YONG ZHANG, XINGDA LI, XINYUE WANG, JIUXIN ZHU, Y ANGW ANG, FAN Y ANG, BAOQIUWANG, YANJU LIU, CHAOQIAN XU, ZHENWEI PAN, NING WANG, BAOFENG YANG, YANJIE LU. Mesenchymal Stem Cells and Cardiomyocytes Interplay to Prevent Myocardial Hypertrophy.STEM CELLS TRANSLATIONAL MEDICINE. 2015 De

16、c;4(12):1425-355. Benzhi Cai, Songling Zhu, Jianping Li, Nan Chen, Yanju Liu, Yanjie Lu. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells protected rat cardiomyocytes from premature senescence. International Journal of Cardiology. 154 (2012) 180 223.6. Ben-Zhi Cai , Fan-Yu Meng, Song-Ling Zhu, Jing Zhao,

17、Jia-Qi Liu, Chan-Juan Liu, Nan Chen, Ming-Lei Ye, Zhong-Yu Li, Jing Ai, Yan-Jie Lu, Bao-Feng Yang. Arsenic trioxide induces the apoptosis in bone marrow mesenchymal stem cells by intracellular calcium signal and caspase-3 pathways. Toxicology Letters. 193 (2010) 173 178.7. Fan Yang, Hongyang Chen, Yanju Liu, Kun Yin, Yang Wang, Xingda Li, Guohui Wang, Siyue Wang, Xueying Tan, Chaoqian Xu, Yanjie Lu, Benzhi Cai. Doxorubicin Caused Apoptosis of Mesenchymal Stem Cells via p38, JNK and p53 Pathway. Cellular Physiology and Biochemistry. 2011 Jul 1;150(1):