研究背景:急性心肌梗死(acute myocardial infarction)已经成为危害人类健康的一大杀手。目前,自体干细胞移植在心肌梗死后的心肌组织修复和再生中发挥着重要的作用。骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)作为干细胞移植治疗,修复梗死心肌优选的一类供体细胞,它具有自我更新及多向分化的潜能,同时分泌多种细胞因子以维持机体稳态并修复损伤组织。然而研究证实,相对于年轻个体来源的MSCs,老年个体来源的MSCs呈现衰老表型,生物学功能降低,导致移植后心肌修复的效果都显著下降。因此,如何改善老年MSCs的衰老及其心肌修复能力成为亟待解决的问题。有研究表明,人胎儿组织中分离的MSCs在体外培养的条件上清中含有生物活性因子可以降低老年MSCs衰老相关的β-半乳糖苷酶活性,增强老年MSCs细胞增殖和成骨分化潜能,提示人胎儿组织来源的MSCs可以通过释放旁分泌因子发挥抗衰老作用。外泌体(exosomes)是一种细胞外囊泡,可携带多种内含物包括核酸、蛋白、脂质、mRNAs和microRNAs等。Exosomes可以延缓受损组织进一步损伤,同时可以加强组织修复进程。既往研究显示在大鼠心肌梗死模型中,MSCs来源的exosomes预处理的心脏祖细胞具有更好的存活率,能促进心梗周边毛细血管密度增加,心脏纤维化减少,并恢复长期的心脏功能。提示我们exosomes在MSCs的旁分泌中起了重要的作用,但年轻个体来源的MSCs分泌的exosomes对老年MSCs的作用尚不清楚,机制尚待明确。研究目的:人脐带组织来源的MSCs(UMSCs)分泌的exosomes是否可以改善老年人MSCs(OMSCs)的衰老表型,提高老年人MSCs对心梗小鼠的心肌修复能力及其作用机制研究。研究方法和结果:1.本研究首先比较了比较OMSCs(>60岁)与UMSCs的衰老表型和生物功能活性。结果显示OMSCs的增殖、迁移、抗凋亡能力明显下降。证实不同年龄段MSCs功能存在差异。2.从UMSCs培养条件上清中提取exosomes,通过体外用UMSCs来源的exosomes处理OMSCs,观察其是否能改善OMSCs的衰老表型及生物学功能。体外实验发现UMSCs来源的exosomes能降低OMSCs衰老相关的β-半乳糖苷酶活性,降低衰老相关因子的表达,如:p51、p21和p16,增强老年MSCs的增殖、迁移、分化潜能、抗凋亡及旁分泌功能。证实UMSCs分泌的exosomes可改善OMSCs的衰老。3.通过数据库和文献筛选出衰老相关microRNAs,比较U]MSCs、OMSCs和经 UMSCs 来源 exosomes 处理过的 OMSCs 及 UMSCs、OMSCs 分泌的 exosomes中特异miRNAs的表达差异,通过qPCR检测发现UMSCs和经exosomes处理过的OMSCs中含有更高水平的miR-136以及下调的下游基因apaf1。进一步明确UMSCs分泌的exosomes中携带有抗衰老因子。4.体外通过分别在OMSCs和UMSCs中添加miR-136 mimic和inhibitor,观察UMSCs来源的exosomes是否通过miR-136能改善OMSCs的生物功能和衰老表型。明确miR-136在exosomes改善OMSCs衰老中的重要作用。5.体内构建小鼠心梗模型,将DMEM,OMSCs,UMSCs和经exosomes处理过的OMSCs经心肌内注射移植入小鼠心脏,以便观察不同处理后的OMSC其对心梗后心肌修复的差异。分析心梗后3、7、14、28天的小鼠心脏的血管新生,心脏纤维化,心功能等指标,发现相对于未处理的OMSCs,经UMSCs来源的exosomes处理过的OMSCs更明显地改善心功能。结论:人脐带组织MSCs(UMSCs)来源的exosomes能明显改善老年人MSCs(OMSCs)的衰老表型,提高老年MSCs对心梗小鼠的心肌修复能力,且通过exosomes内的miR-136抑制下游基因apaf1发挥抗衰老作用。