过表达MIF的骨髓MSCs分泌的外泌体抑制心肌细胞凋亡及其机制研究

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目的:骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)移植能够显著缩小心肌梗死面积,促进心肌梗死区和梗死周边区血管再生,减少心肌细胞凋亡。其中,旁分泌作用在MSCs移植效应中起着非常重要的作用。巨噬细胞移动游走抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)是一种促炎性细胞因子,多种细胞包括MSCs均可分泌此生物活性因子。研究已证实MIF可减少细胞凋亡。外泌体是直径30-150nm的小囊泡,可在细胞间发挥通讯作用。很多研究发现干细胞旁分泌作用主要通过干细胞分泌的外泌体作用于受体细胞或组织发挥作用。MIF修饰的MSCs分泌的外泌体是否增强心肌细胞抗凋亡能力值得研究。本研究旨在研究过表达MIF的MSCs分泌的外泌体对心肌细胞凋亡的影响及其机制。方法:分别提取和培养人源骨髓MSCs(human MSCs,hMSCs)和新生SD大鼠心肌细胞(neonatal rat cardiomyocytes,NRCM)。构建过表达MIF的慢病毒和对照病毒分别转染hMSCs获得稳定转染的过表达MIF的细胞株(hMSCs MIF)与对照病毒的细胞株(hMSCsNull)。采用RiboTMM Exosome Isolation Reagent试剂盒分别提取hMSCs、hMSCsNull和hMSCsMIF培养上清中的外泌体(ExohMSCs、ExoNull、ExoMIF),并通过粒径分析和表面分子的表达进行鉴定。各组外泌体与NRCM在正常氧环境(21%O2)和缺氧环境(1%O2)下共培养48小时,采用TUNEL染色和蛋白免疫印迹实验检测过表达MIF的hMSCs分泌的外泌体对正常氧环境和缺氧条件下的心肌细胞凋亡水平;采用蛋白质免疫印迹实验检测AMPK信号通路主要分子如AMPK、p-AMPK、p53、SIRT1表达水平。结果:TUNEL染色实验显示过表达MIF的hMSCs分泌的外泌体可以减少缺氧环境下NRCM(NRCM-hypo)的凋亡。与NRCM-hypo组相比,NRCM-hypo+ExohMSCs组、NRCM-hypo+ExoNull组、NRCM-hypo+ExoMIF组NRCM凋亡显著降低,P均<0.01。与NRCM-hypo+ExohMSCs组和NRCM-hypo+ExoNull组相比,NRCM-hypo+ExoMIF组NRCM凋亡也显著降低,P均<0.01。同样,过表达MIF的hMSCs分泌的外泌体可以减少正常氧环境下NRCM的凋亡,与NRCM组相比,NRCM+ExohMSCs组、NRCM+ExoNull组、NRCM+ExoMIF组NRCM凋亡显著降低,P均<0.01。与NRCM+ExohMSCs组和NRCM+ExoNull组相比,NRCM+ExoMIF组NRCM凋亡比例也显著降低,P均<0.01。Bcl-2表达在NRCM-hypo+ExoMIF组较NRCM-hypo组和NRCM-hypo+ExohMSCs组显著升高,P均<0.01。而Bax表达在NRCM-hypo+ExoMIF组较NRCM-hypo组和NRCM-hypo+ExohMSCs组显著降低,P均<0.01。进一步实验发现,与过表达MIF的hMSCs分泌的外泌体共培养过的NRCM,磷酸化的AMPK(p-AMPK)和SIRT1的表达都有明显的升高,NRCM-hypo+ExoMIF组vs.NRCM-hypo组,P<0.001;而p53的表达下降,NRCM-hypo+ExoMIF组vs.NRCM-hypo组,P<0.01。这一变化可以被AMPK信号通路激动剂所模拟,NRCM-hypo+ExohMSCs+Aca vs.NRCM-hypo+ExohMSCs,P<0.01;也可以被AMPK信号通路的抑制剂所抑制,NRCM-hypo+ExoMIF+Dor vs.NRCM-hypo+ExoMIF,P<0.05。结论:过表达MIF的hMSCs分泌的外泌体可以减少缺氧与正常氧条件下NRCM的凋亡。过表达MIF的hMSCs分泌的外泌体可以减少缺氧与正常氧条件下NRCM的凋亡是通过AMPK信号通路实现的。
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