研究背景
心肌梗死（MI）是一种严重的疾病，导致心肌细胞永久性损伤和心脏功能受损。尽管药物治疗和介入技术降低MI后的死亡率，但恢复心脏正常功能仍面临挑战。近年来，干细胞疗法，尤其是间充质干细胞（MSCs），因其旁分泌作用和再生潜力，成为治疗MI的新希望。人脂肪来源的干细胞（hADSCs）因其易获取、低免疫原性和多向分化潜能，成为研究热点。然而，MI后的恶劣微环境限制hADSCs的存活和功能。

基于此，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心付炜教授团队近期在《Clinical and Translational Medicine》杂志上发表”Enhanced human adipose-derived stem cells with VEGFA and bFGF mRNA promote stable vascular regeneration and improve cardiac function following myocardial infarction”相关文章。

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文中阐述了采用化学合成的修饰modified message RNA （modRNA）技术对hADSCs进行基因修饰，促使其高效表达血管内皮生长因子A（VEGFA）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF），这两种因子在血管生成和抗凋亡中发挥重要作用。结果证实经VEGFA和bFGF mRNA增强的hADSCs可促进稳定血管的再生以及抑制细胞凋亡，改善心脏传导紊乱并提高心功能，为心肌梗死的治疗提供新的方向。 
研究方法
文中采用电标测系统（Electrical Mapping）检测MI后15分钟和4周的左心室电传导的变化。分析传导时间（CT）、传导速度（CV）和非均匀性指数，评估正常组、心肌梗死手术组及治疗干预组电整合能力及干预效果。
 
研究结果
1. 在hADSCs中高效转染modRNA
研究通过GFP报告基因验证修饰信使RNA（modRNA）在人脂肪来源干细胞（hADSCs）中的转染效率，结果显示转染24小时后效率达82.93%，且GFP表达持续至少5天，同时未显著影响细胞活力。进一步实验表明，转染VEGFA和bFGF modRNAs的hADSCs在前2天快速分泌目标蛋白，并持续表达超过5天，但第7天时表达显著减少。ELISA检测证实，转染组的蛋白分泌水平在所有时间点均显著高于对照组。结果表明，modRNA能够高效转染hADSCs并快速稳定表达目标蛋白。
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图1. modRNA在hADSCs中的转染效率

 

2. modRNA修饰的hADSCs分泌蛋白的体外功能
研究评估VEGFA和bFGF modRNA转染对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）管形成和迁移能力的影响。结果显示，转染VEGFA或bFGF modRNA的hADSCs显著促进HUVECs管状结构形成和迁移，且双基因转染组（hADSCsdual）效果最佳。此外，在缺氧条件下，转染VEGFA或bFGF modRNA显著抑制H9C2细胞凋亡，其中bFGF modRNA的抑制作用更强。同时，转染组条件培养基显著促进平滑肌细胞（SMCs）增殖，hADSCsdual组效果最为显著。
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图2. modRNA转染的hADSCs的体外生物学功能

 

3. hADSCsdual在体内改善MI后的心脏功能
研究评估modRNA转染的hADSCs在MI治疗中的潜力。实验显示，MI后大鼠心脏功能显著下降，而hADSCs移植后主要分布于心脏，且未引起明显病理改变，表明其安全性良好。ELISA检测发现，hADSCsdual组在移植后72小时内VEGFA和bFGF蛋白表达显著高于MI组。超声心动图结果显示，MI后2周和4周，hADSCsVEGFA组和hADSCsdual组的心脏功能显著改善，其中hADSCsdual组效果最佳，LVEF和LVFS显著提升。研究表明，modRNA修饰的hADSCs，尤其是hADSCsdual，在改善MI后心脏功能障碍方面具有显著治疗潜力。
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图3. hADSCs移植后心脏功能的恢复

 

4. hADSCsdual在体内促进MI后左心室电传导
研究评估MI手术及治疗干预后左心室电传导的变化。结果显示，MI后15分钟和4周时，MI组的电传导紊乱，电活动离散度显著增加。到第四周时，接受hADSCsVEGFA、hADSCsbFGF或hADSCsdual治疗的大鼠电传导更有序，电活动离散度降低。定量分析表明，MI后传导时间（CT）延长，传导速度（CV）降低，传导离散度增加；而治疗后CT缩短，CV增加，传导离散度降低。hADSCsdual组的左心室传导参数改善最显著，表明其作为一种新治疗方法在改善左心室电传导方面具有治疗潜力。
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图4. hADSCs移植后左心室电传导功能的恢复

 

5. hADSCsdual减少心脏纤维化并保留心室壁厚度
建模4周后，HE和Masson染色显示，hADSCsdual组大鼠心脏再生组织比例增加，左心室瘢痕面积显著减小，心室壁厚度保持良好。Vimentin染色表明，hADSCsdual组梗死区浸润性成纤维细胞数量较少。结果表明，hADSCsdual减少心脏纤维化，缓解心室重构，并抑制MI引起的心肌损伤进展。
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图5. MI及治疗后大鼠心室形态学分析

 

6. hADSCsdual减少梗死区细胞凋亡并促进细胞增殖
研究hADSCs 体内植入效果，发现多数聚集在梗死区及边缘区，预处理VEGFA和/或bFGF modRNA的hADSCs在梗死区的存活率显著更高。TUNEL染色显示，hADSCsdual组凋亡细胞比例显著低于hADSCsLuc组。Ki-67染色证实，hADSCsdual显著促进梗死区细胞增殖。免疫染色发现，少量细胞共表达cTnT和Ki-67，但具体细胞类型难以确定。
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图6. MI及hADSCs移植后梗死区的细胞凋亡与增殖

 

7.  hADSCsdual在体内促进稳定的血管再生
为验证hADSCsdual促进血管再生的能力，进行CD31和α-SMA免疫荧光双染色。结果显示，hADSCsdual治疗后梗死区血管数量显著增加，且hADSCsVEGFA优于hADSCsbFGF，表明VEGFA在血管再生中起关键作用。hADSCsdual组MI区新生血管共表达CD31和α-SMA，表明形成成熟血管，且边缘带毛细血管和成熟血管密度显著增加。
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图7. 移植4周后梗死区和边界区新生血管形成

 

研究证明过表达VEGFA和bFGF的hADSCs在MI大鼠模型中的治疗潜力。具体而言，心内注射这些修饰的hADSCs能够促进稳定的血管再生，从而改善心脏功能和电传导（图8）。本研究报道一种结合干细胞疗法和mRNA技术修复受损心肌的方法，提出一种全面治疗MI的新策略。
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图8. 细胞工程建模示意图，以及通过血管内皮生长因子A(VEGFA)和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)修饰RNA增强的心肌细胞内注射递送hADSCS作为心肌梗死恢复的新型治疗方法的示意图

 

关于斯高
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