人胚胎干细胞和诱导型人多能干细胞分化的心肌细胞在药物心脏毒性筛选中的应用

心脏毒性是药物研发失败的主要原因之一,也是临床前安全评价研究的难题之一。人胚胎干细胞和诱导型人多能干细胞均具有无限增殖、自我更新和多向分化的特性,为体外心脏毒性筛选实验提供了细胞资源。人胚胎干细胞和诱导型人多能干细胞诱导分化的心肌细胞相似,具有相同的形态结构,且随着培养时间的推移,功能性心、Na^＋、Ca^2＋通道密度逐渐增加、心肌特异性基因ANF、α—MHC、MLC-2α的表达量增加,具有相似的动作电位时程和收缩性等特点,相当于幼稚型心肌细胞。将它们应用于已知作用药物的心脏毒性筛选,检测心肌细胞离子通道、动作电位、心脏损伤标志物、收缩功能的变化,获得与临床相似的结果。因此,建立人胚胎干细胞和诱导型人多能干细胞诱导分化心肌细胞的体外评价模型,大大减少了药物研发的时间和成本,克服了种属间的差异,推动了心脏毒性体外评价方法的发展。     

骨髓动员对骨髓造血干细胞在心肌梗死后心脏中定植及分化的影响

目的观察小鼠心肌梗死后骨髓造血干细胞在心脏内的分化及细胞因子的影响。方法C57/BL6小鼠60只分为骨髓动员组和对照组,先后行脾切除、骨髓移植（骨髓供体为增强绿色荧光蛋白转基因小鼠）、骨髓动员及建立心肌梗死模型。心肌梗死后3周将小鼠心脏取出并切片行组织学及激光共聚焦显微镜免疫荧光检查。结果骨髓动员可以增加EGFP阳性细胞在心脏中梗死区和边缘区的定植,但绝大多数EGFP阳性细胞都同时表达CD45。仅发现有极少数骨髓来源的心肌细胞、成纤维细胞及血管内皮细胞,且与骨髓动员无相关性。结论骨髓动员能够明显促进骨髓来源细胞定植入小鼠心脏的梗死区;极少数骨髓造血干细胞可以分化为心肌细胞,其数量远不足以修复梗死心肌及改善心功能;骨髓造血干细胞不参与梗死区疤痕形成的病理过程。     

间充质干细胞定向心肌细胞分化的研究进展

心肌梗死是由心脏缺血引发心肌细胞不可逆的坏死造成的疾病。目前,用干细胞来治疗心肌梗死越来越具有吸引力。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一种多能干细胞,普遍存在于动物体的一些间质组织(如骨髓、脂肪)中。由于其良好的体外扩增能力、多向分化的潜能且不受伦理学制约等优点,学者们对如何让MSCs高效、定向地分化为心肌细胞,从而补充心脏病人缺血心肌的坏死细胞做了大量的研究。目前已经发现,使MSCs向心肌方向分化的体外诱导方法主要包括化学药物诱导、生物因子诱导、物理诱导、共培养诱导以及分子改造诱导(转移miRNA和转录因子)。该文旨在通过对以上五类方法进行综述,以此了解体外诱导MSCs心肌向分化的研究现状。     

诱导多能干细胞衍生的心肌细胞成熟问题及解决策略

诱导多能干细胞衍生的心肌细胞(iPSC-CMs)可为心肌梗死的替代疗法、体外疾病建模和药物毒性测试提供良好的平台。然而,iPSC-CMs与成熟心肌细胞之间在形态结构、生理功能、代谢和基因表达等方面尚存在较大的差异。miRNA调控、物理刺激、生化刺激和3D培养等可能是提高iPSC-CMs成熟的手段。本文对iPSC-CMs的诱导成熟问题以及解决策略作一综述。     

通过形成类胚体诱导人羊水多能干细胞向心肌细胞分化

由人羊水中分离羊水多能性干细胞,通过形成类胚体诱导其向心肌细胞分化.取人羊水标本进行体外培养,分离得到人羊水干细胞,已连续传代培养至42代,采用免疫细胞化学、RT-PCR和流式细胞仪技术对羊水干细胞的生物学特性进行检测.取10～15代羊水干细胞,悬浮培养使其形成类胚体,进而向心肌细胞诱导分化.培养的羊水干细胞呈成纤维样,表达部分胚胎干细胞特异标志基因,悬浮培养可形成类胚体.类胚体碱性磷酸酶(AP)检测呈阳性,表达三胚层特异标志基因fgf5、ζ-globin和α-fetoprotein.羊水干细胞形成类胚体后进行诱导,得到α-actin阳性细胞,表达心肌细胞特异标志基因Tbx5、Nkx2.5、GATA4和α-MHC.试验结果表明,从人羊水标本中可分离得到具有胚胎干细胞特性的细胞,经初步检测确定为羊水干细胞,并能通过形成类胚体诱导其向心肌细胞分化.     

转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞治疗大鼠脊髓损伤的研究

目的:观察转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞(dMSCs)移植对大鼠脊髓损伤的修复作用。方法:取大鼠真皮组织,分离培养真皮多能干细胞,经转染Netrin-1基因和诱导,观察细胞形态变化,免疫细胞化学方法对分化细胞进行鉴定。Wistar大鼠在L4水平制成脊髓全横断损伤模型,伤处移植大鼠真皮多能干细胞或者转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞。对大鼠进行动物行为学(BBB)评分和对损伤脊髓进行组织学检测。结果:转染Netrin-1基因的dMSCs诱导产生的神经元样细胞占总细胞数的比例为24.45±3.73%,而单独的真皮多能干细胞诱导产生的神经元样细胞占总细胞数的比例10.50±2.13%,二者差异显著(P<0.05)。BBB评分显示转染Netrin-1基因的dMSCs移植组明显高于单纯dMSCs移植组和空白对照组(P<0.05);转染Netrin-1基因的dMSCs移植组损伤脊髓结构的修复明显优于单纯dMSCs移植组和空白对照组。结论:转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞移植较单纯dMSCs移植对大鼠脊髓损伤有更好的治疗作用。     

不同年龄鼠骨髓干细胞移植治疗心梗后心衰的实验研究

目的：通过对比观察不同年龄鼠骨髓干细胞在体外的生长状态和移入受损心肌后对心肌梗死大鼠心功能的影响,说明年龄对骨髓干细胞的增殖能力和对移植效果的影响。方法：分别分离培养3日龄,1月龄,6月龄,12月龄Wister雄鼠骨髓干细胞,观察细胞生长状态,描记生长曲线。将60只大鼠用结扎冠状动脉前降支的方法制成心肌梗死模型后两周,随机分为三组：Ⅰ组：3日龄组（n=20只）：给予3日龄的5-溴脱氧尿嘧啶（Brdu）标记的鼠骨髓干细胞;Ⅱ组：6月龄组（n=20只）：给予6月龄的Brdu标记的鼠骨髓干细胞;Ⅲ组：对照组（n=20只）：给予培养液。各组均于治疗前及治疗后4周进行心脏超声检查评价心功能改善情况。处死动物取出心脏,进行直接测量后取左心室作石蜡切片,行苏木素-伊红（HE）染色及免疫组化检测,鉴定植入的细胞和心肌、毛细血管再生情况。结果：不同年龄鼠骨髓干细胞培养结果示3日龄及1月龄组增殖能力均高于6月龄及12月龄组,但3日龄与1月龄组之间无统计学差异,12月龄组在原代培养后期即死亡。治疗前超声心动图显示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组心功能无显著差异（P〉0.05）,治疗之后四周超声心动图检查结果示：Ⅰ、Ⅱ组LVEF、FS、IVST、LVPW和LVESD较治疗前均有明显提高,且显著高于Ⅲ组;Ⅰ组LVEF、FS、IVST、LVPWs和LVESD又明显高于Ⅱ组;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组LVEDD与治疗前比较无统计学意义。心脏直测结果显示Ⅰ、Ⅱ组的Wh、Wh、Wb、L、I度均较第Ⅲ组有所增加,其中Ⅰ组又明显高于Ⅱ组。免疫组化结果显示：Ⅰ、Ⅱ组于梗死周边均发现Brdu（＋）细胞存在,心肌特异性抗体阳性,且Ⅰ组阳性率明显高于Ⅱ组。毛细血管密度检测结果显示Ⅰ组毛细血管增生情况明显优于Ⅱ组。结论：不同年龄鼠骨髓干细胞的体外增殖能力不同,年龄越小,增殖能力越强。骨髓干细胞移植可以改善心肌梗死后大鼠的心脏功能,增加梗死区毛细血管密度,抑制心室重构,且年龄与移植效果成反比。     

骨髓间充质干细胞移植对心衰大鼠心肌结构和功能的影响

研究骨髓间充质干细胞(MSC)移植对心力衰竭(简称心衰)大鼠心肌结构和功能的影响以及在病损心肌体内分化为心肌细胞的情况。将96只Wistar大鼠,用阿霉素成功诱导了54只心衰模型,随机分成3组,移植组为左室前壁注射MSC,对照组注射培养基,心衰组不给予任何干预措施。由彩色超声心动图(TTE)监测左室心功能参数。8周检测完成后取出心脏标本,做冰冻切片脏染色观察病损心肌结构的变化及免疫荧光检查植入MSC心肌肌球蛋白重链(MHC)及心肌特有的连接蛋白(Cx43)表达情况。结果表明植入的MSC存活并表达了MHC及Cx43,其周围宿主心肌细胞肿胀明显减轻。在移植MSC2周后,心功能开始改善,至8周时,心功改善能更明显。由此得出结论：MSC在病损心肌体内不仅能存活、分化为心肌细胞,使病损心肌组织病变减轻。而且可显著改善心衰大鼠的心功能。     

胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）具有自我更新、无限增殖和多向分化的特性,包括分化成心脏组织的多种类型细胞。经体细胞重编程产生的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS）也被证明有类似胚胎干细胞的特性。但这些多能干细胞向心肌细胞自发分化的效率非常低,因此,如何有效地诱导这些多能干细胞向心肌细胞的定向分化对深入认识心肌发生发育的关键调控机制和实现其在药物发现和再生医学,如心肌梗塞、心力衰竭的细胞治疗以及心肌组织工程中的应用均具有非常重要的意义。该文重点综述了近年来胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展,并探讨了这一研究领域亟待解决的关键问题和这些多能干细胞的应用前景。     

心肌球源性细胞在心力衰竭中的应用

冠状动脉或其分支阻塞而引起心肌缺血可导致急性心肌梗死,梗死区域周围形成瘢痕组织后心脏收缩功能下降,心室发生病理性重塑,最终出现充血性心力衰竭。心肌球源性细胞（CDC）是来自心肌的干细胞,在体外可以分化为心肌细胞和血管内皮细胞。在体内可以触发自身心肌细胞增殖和通过旁分泌募集祖细胞。旁分泌介质不但拥有干细胞的作用,且没有细胞移植相关的并发症。临床实验证明了CDC可以促进心肌梗死后的心脏功能的恢复。长期疗效还有待大规模临床试验的验证。     

Ghrelin对心肌梗死后心肌重塑及心脏功能的影响及其机制研究

目的:观察ghrelin对心肌梗死(MI)大鼠心肌重塑和心脏功能的影响,并探讨其可能的机制。方法:应用冠状动脉结扎术创建大鼠MI模型,并设立假手术组作为对照;造模成功后每天2次注射ghrelin(100μg/kg),持续4周,以此作为MI-ghrelin组,并以每天注射生理盐水的MI大鼠作为MI-生理盐水组。检测和比较各组大鼠左心室重塑和血流动力学的改变情况;非梗死心肌中白介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、基质金属蛋白酶(MMP)-2、MMP-9 mRNA和蛋白的表达;梗死边界心肌细胞的凋亡情况。结果:Ghrelin可使心肌梗死后的MI大鼠降低的缩短分数(FS)、左室内压最大变化率均显著下降(dP/dtmax)、疤痕厚度明显升高,增加左室舒张末压(LVEDP)、左室收缩末内径(LVESD)、左室舒张末期内径(LVEDD)、梗死边界心肌细胞的凋亡指数显著降低。此外,ghrelin可抑制心肌梗死后的MI大鼠非梗死心肌中白介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、质金属蛋白酶(MMP)-2和MMP-9的mRNA和蛋白的表达。结论:Ghrelin可缓解MI后大鼠LV功能紊乱及心室重塑,这可能与其抑制炎症反应及基质金属蛋白酶的表达有关。     

脊髓源神经干细胞诱导分化为胆碱能神经元过程中Aldoc和Stmn1表达的研究

目的探讨脊髓源神经干细胞在诱导分化为胆碱能神经元过程中Aldoc和Stmn1的表达变化情况。方法从孕17天Wistar胚胎大鼠取出脊髓组织,制成细胞悬液,采用含EGF和bFGF的无血清限定性培养基培养,然后进行诱导分化,观察脊髓源神经干细胞向胆碱能神经元分化的情况,应用荧光定量PCR方法分析Aldoc和Stmn1基因在脊髓源神经干细胞诱导分化为胆碱能神经元的过程中的表达变化情况。结果神经干细胞在诱导分化为胆碱能神经元后,经免疫荧光检测有ChAT阳性细胞表达;Aldoc基因的表达量在胆碱能神经元较神经干细胞低(P<0.05);Stmn1基因的表达量则在诱导分化后较神经干细胞升高(P<0.05)。结论 Aldoc对神经干细胞的干性维持有重要作用,Stmn1在胆碱能神经元的成熟过程中起作用。     

人类多能干细胞源心肌细胞的研究进展与应用前景

人类多能干细胞(human pluripotent stem cells,hPSC)具有无限增殖的能力并可体外分化成心肌细胞,可作为新型的细胞源用于心脏疾病的细胞替代疗法、药物检测及心脏发育生物学的基础研究。hPSC包括人胚胎干细胞(human embryonic stem cells,hESC)和诱导型人多能干细胞(human induced pluripotent stem cells,hiPSC),后者的出现不仅使干细胞个性化治疗成为可能,同时规避了人胚胎干细胞应用的医学伦理问题,具有较大的发展空间。尽管hPSC源心肌细胞的应用研究已取得极大进展,但将这种心肌细胞应用于临床仍有许多技术问题需要解决。该文将综述hPSC源心肌细胞的技术进展,探讨hPSC源心肌细胞的应用前景,并对存在的问题和挑战也进行了讨论。     

脂肪干细胞治疗心肌梗死的机制与新策略

介绍脂肪干细胞（ADSCs）治疗心肌梗死机制及用于提高心肌梗死治疗效果的新策略。广泛查阅近年关于ADSCs用于治疗心肌梗死的基础与临床实验研究文献,并进行整理、综合与分析。ADSCs移植治疗心肌梗死的机制研究取得了一定的进展,其机制主要包括分化为心肌细胞、参与梗死区血管形成、通过旁分泌功能改善梗死区微环境等。对ADSCs进行缺氧耐受预处理、使用新型生物材料、联合细胞因子以及药物等,可以大大提高移植细胞的存活率,促进细胞的增殖与分化,改善心肌梗死治疗效果,加快心脏功能的恢复。ADSCs可能通过多种机制发挥治疗心肌梗死的作用,进一步提高移植细胞成活率和性能稳定性是增加ADSCs治疗心肌梗死效果的关键。随着研究的不断深入,ADSCs可能为未来心肌梗死的临床治疗带来新的希望。     

人多能干细胞分化为巨核细胞和血小板高效功能筛选模型的建立

人多能干细胞具有分化为包括巨核细胞在内的多种成熟血细胞的能力,诱导人多能干细胞高效分化产生功能性血小板,为解决临床上血小板来源不足提供了潜在的新来源.建立高效的功能筛选平台,寻找调控巨核分化和血小板产生的关键基因和作用机制,有助于实现体外高效和大规模产生血小板.利用脐带血CD34+细胞巨核分化和血小板产生体系以及转录组测序鉴定了调控巨核细胞分化的关键信号通路和基因.利用小鼠(Mus musculus)mAGM-S3基质细胞共培养策略,建立了人多能干细胞高效产生功能性血小板颗粒的模型.利用此模型,对候选的基因进行了功能筛选.结果表明,转录因子RUNX1和ERG显著促进人多能干细胞分化为巨核细胞和血小板.本研究建立的筛选平台可用于揭示人多能干细胞巨核分化和血小板发生的机制.同时,鉴定的转录因子可作为重要的编程因子用于规模化血小板的生产.     

诱导骨髓间充质干细胞向心肌细胞分化研究进展

骨髓间充质干细胞(one marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)是骨髓内的一类非造血干细胞,具有自我更新和多向分化的潜能。心肌细胞本身不能再生,受损伤的心肌细胞无法通过自身的增殖和分化完成修复。BMSCs在体内外不同的诱导条件下可分化为心肌细胞,应用于缺血性心脏病的治疗,是目前心肌再生治疗的理想种子细胞。本文主要从外界干预诱导、缺氧条件影响、基因转染、临床自体移植方面将近年诱导BMSCs向心肌细胞分化的研究进行综述,以期为今后临床应用BMSCs治疗心肌梗死等心脏疾病提供理论依据。     

诱导人脐带间充质干细胞向心肌细胞分化及对小鼠心肌梗死的治疗作用

目的研究脐带间充质干细胞(UC-MSC)体外分化为心肌细胞的可行性以及观察UC-MSC体内移植对心肌梗死模型小鼠的治疗效果。方法 10μmol/L 5-氮胞苷(5-aza)体外诱导UC-MSC 14 d,通过RT-PCR、免疫荧光染色鉴定其分化效果;采用腹腔注射盐酸异丙肾上腺素(ISO)每只3.0 mg/(kg/d),制作心肌梗死模型鼠;在注射ISO 48 h后,实验组将DAPI标记的UC-MSC经两次尾静脉移植给心肌梗死模型鼠,移植后第4周和第8周,分别采集实验小鼠的心脏、脾脏,以未移植细胞组的小鼠心肌损伤模型作为对照,通过心脏指数和脾脏指数测量,免疫荧光和碱性复红-苦味酸(HBFP)染色鉴定其体内分化和修复作用。结果 RT-PCR分析表明诱导的UC-MSC表达心肌特异性基因:心肌α-actin、TBX5、GATA4和NKx2.5,免疫荧光染色显示诱导细胞呈心肌α-actin和NKx2.5阳性,且呈双核现象。尾静脉移植后第4周和第8周,模型受体鼠心脏均发现有DAPI阳性细胞迁移至心肌组织且呈现心肌α-actin阳性,HBFP染色及心脏和脾脏指数结果显示移植UC-MSC对心肌损伤的模型鼠有明显的修复和治疗效果。结论 UC-MSC在体外经5-aza诱导可定向分化为心肌细胞,尾静脉体内移植UC-MSC对心肌损伤小鼠有明显的治疗效果。     

有氧运动与干细胞动员的心肌细胞增殖研究进展

适宜运动是防治心脏疾病的有效方式,其作用机制尚未完全阐明,安全有效的运动处方需要系统研究。运动可使正常心肌细胞发生生理性肥大与增殖以及多种细胞因子的分泌和干细胞的有效动员,促进心肌细胞增殖分化。成体心肌细胞增殖的来源包括存活的心肌细胞、心肌干/祖细胞以及外周的骨髓间充质干细胞等。干细胞的动员、趋化归巢并分化为心肌细胞是心肌损伤修复的细胞基础。本文从心肌细胞增殖潜力、心肌梗死(MI)的干细胞治疗和运动促进MI心肌细胞增殖等三个方面综述运动促进干细胞动员,诱导内源性心肌细胞再生对MI心肌修复和心功能改善的可能机制、存在问题及相关研究进展。     

iPCS在药物毒性筛选中的应用

目前对药物毒性的检测系统主要依赖于动物模型和体外细胞培养的体系,不能很好地模拟人体的机体状态,基于人源诱导多能干细胞的体外体系是一个很好的替代方法。本文讨论了人源诱导多能干细胞的制备目前面临的几个问题,主要是诱导和分化率低下、模型制备过程的遗传和表观遗传改变以及难以获得完全成熟表型细胞三个方面的问题,并简单介绍了人源诱导多能干细胞在毒性评估中的几个应用,包括发育毒性评估,药物继发性药理评估及器官特异毒性等方面。     

大鼠心肌梗死对c-kit、CD34干细胞及炎症反应的影响

探索大鼠心肌梗死发生后,梗死区域c-kit心肌干细胞、CD34标记的具有多向分化潜能干细胞、炎症细胞以及影响心率功能的CX43连接蛋白的动态变化过程。通过左前降支结扎建立大鼠心肌梗死模型,利用HE染色观察梗死模型建立情况;运用免疫组织化学方法检测c-kit、CD34、ED1以及CX43标记物的含量及分布。研究表明,通过左前降支结扎成功构建大鼠心肌梗死模型,在心肌梗死发生后,梗死区域c-kit阳性细胞的比例逐渐增加,高于假手术组(p0.01);CD34阳性细胞数随着时间的变化先升高后降低,也高于假手术组(p0.01);与炎症相关ED1阳性细胞在梗死初期含量较高,随着时间推移而降低,高于假手术组(p0.01);CX43蛋白的含量梗死组低于假手术组(p0.05)。本研究对临床研究和治疗心肌梗死有一定参考价值。