中科院杨黄恬研究组揭示人胚胎干细胞衍生心血管前体细胞胞外囊泡的心脏保护作用及机制 / 开普饭

近日，中科院上海营养与健康研究所肿瘤与微环境重点实验室杨黄恬研究组在Cell Death & Disease杂志在线发表研究论文。该研究报告了人多能干细胞（hPSCs）来源的心血管前体细胞分泌的胞外囊泡（hCVPC-EVs）通过改善心肌细胞存活和血管生成来发挥保护心肌梗死（心梗）心脏的作用及长链非编码RNA在其中的贡献和机制。

心血管疾病是当今威胁人类健康最严重的疾病之一。据世界卫生组织预测到2030年将有2 360万人死于心血管疾病, 高居致死病因的首位。据《中国心血管病报告2016》的统计数据，我国心血管病患病率处于持续上升阶段，其中冠心病1100万，心力衰竭(心衰)450万，从2005年开始，急性心梗死亡率呈现快速上升态势，成为严重危害国人健康的难治性疾病之一，给家庭和社会发展带来了沉重的负担。心肌细胞死亡和心肌纤维化是心肌梗死后导致心衰和死亡的关键因素。现有的治疗方法难以逆转心肌梗死后心衰进程。因此如何减少心肌梗死后心肌细胞丢失、促进功能重建是制约心衰发生发展、降低心肌梗死死亡率的重要环节, 也是生命医学领域亟需解决的重大科学问题。

随着干细胞生物学研究的突破和技术的发展, 通过移植干细胞/前体细胞及其衍生心血管细胞改善缺血心脏心肌细胞的存活、血供与心肌重构, 恢复病变心脏功能的尝试显示其有可能成为促进人类心肌梗死后心肌修复的有效方法, 但动物心肌梗死模型和临床试验显示移植细胞的存活非常少, 难以支撑起补充心脏丢失细胞发挥保护功能的假设。新近的研究揭示, 移植的干细胞主要通过旁分泌作用发挥心脏保护作用。其中，外泌体由于其独特的脂质双分子结构及其内含的各类生物大分子成分,在旁分泌保护功能中占具重要地位。

外泌体的形成及其组成成分

干细胞是一类具有高度自我更新和多向分化潜能的细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为多能干细胞(pluripotent stem cells, PSCs)和成体干细胞(somaticstem cells)。PSCs包括胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)和诱导多能干细胞(inducedpluripotent stem cells, iPSCs), 这些细胞可在体外无限增殖, 并可分化为三胚层衍生细胞, 包括心血管前体细胞(cardiovascular progenitor cells,CVPCs)、心肌细胞、血管平滑肌细胞和内皮细胞等，成为心肌梗死细胞治疗的重要供源之一。

hPSCs来源心肌谱系细胞用于心梗治疗的探索显示了其应用前景，但移植细胞种类、移植窗口、作用机制等仍待明确。近年，杨黄恬研究员带领的团队证明心梗急性期移植hPSC-CVPCs可促进心梗心肌修复，但对其旁分泌作用在心肌修复中的贡献和具体机制不甚清楚。

各类干细胞外泌体对心肌梗死修复作用模式图

该研究利用小鼠急性心梗模型揭示，心梗急性期心肌注射人多能干细胞（hPSCs）来源的心血管前体细胞分泌的胞外囊泡（hCVPC-EVs）可有效促进心梗心肌的修复，hCVPC-EVs组可显著减少心梗后心肌细胞凋亡、促进血管生成和减少纤维疤痕形成；并且低氧预处理hCVPCs可显著提升 hCVPC-EVs的心脏保护作用。

对hCVPC-EVs进行总RNA测序分析发现低氧预处理hCVPCs可显著提升 hCVPC-EVs中长链非编码RNA（lncRNA）MALAT1的含量，并且给予hCVPC-EVs后心肌细胞与心肌组织中的MALAT1含量显著升高。进一步分析揭示hCVPC-EVs促进血管生成和抑制心肌细胞凋亡的作用至少部分通过MALAT1介导，其可通过与miR-497结合，抑制后者发挥作用，进而保护心肌细胞、促进内皮细胞成管。

总之，该研究发现揭示了hPSC-CVPCs修复心梗心肌的作用方式和新的调控机制，并提示hPSC-CVPC及其分泌的细胞外囊泡有可能用于缺血受损心脏的治疗。

图：hCVPC分泌的细胞外囊泡在心梗心脏中的保护作用及作用机制

博士研究生吴强、王锦希为该研究论文的共同第一作者，杨黄恬研究员为通讯作者。该项研究还得到了新加坡国立大学Roger Foo教授团队和杨黄恬研究员团队其他成员的大力支持,并得到了国家自然科学基金委项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划专项的资助。

参考文献：

WuQ*, Wang J*, Tan WLW, Jiang Y, Wang S, Li Q, Yu X, Tan J, Liu S, Zhang P, TiangZ, Chen Z, Foo RS, Yang HT. Extracellular vesicles from human embryonic stemcell-derived cardiovascular progenitor cells promote cardiac infarct healing through reducing cardiomyocyte death and promoting angiogenesis. Cell Death & Disease 2020, 11(5):354

吴强, 杨黄恬. 干细胞及其衍生细胞外泌体在心肌梗死损伤修复中的作用。中国细胞生物学学报“干细胞与免疫细胞的临床应用研究”专刊2018, 40(13): 2198–2208 DOI:10.11844/cjcb.2018.13.0008