有氧运动联合G-CSF干预对MI大鼠BMSCs动员归巢的影响及其可能机制

发布时间：2018-10-11 10:50

【摘要】：目的：探讨有氧运动联合G-CSF干预对MI大鼠骨髓干细胞(Bone marrow stem cells, BMSCs)动员归巢的影响及其可能机制。方法：健康3月龄雄性SD大鼠96只,分为安静对照组(N组)、心肌梗死组(MI组)、MI+有氧运动组(ME组)、MI+动员剂组(MG组)、MI+动员剂+有氧运动组(MGE组)、MI+阻断剂+有氧运动组(MAE组)、MI+阻断剂+动员剂组(MAG组)以及MI+阻断剂+动员剂+有氧运动组(MAGE组),共8组,每组12只。大鼠MI模型采用左冠状动脉结扎术；各阻断剂组大鼠在MI后1h皮下注射AMD3100(200μg/kg/12h),连续使用6d；各动员剂组大鼠在MI后3h皮下注射G-CSF (10μg/kg/d),连续使用5d,建立大鼠BMSCs动员模型；各运动组大鼠手术后1w进行跑台运动,起始速度为10m/min,时间为10min,坡度为5。,速度逐渐增加至16m/min,时间持续至50min(含起始运动时间10min)；1w后起始运动时间缩短为5min,其它参数均不变,以上运动方案每周5d。运动8w结束后测量大鼠血流动力学参数；HE、Masson染色观察心肌组织结构变化；免疫组织化学法和Western-Blot法观察测试心脏HIF-1、MCP-1、SDF-1、CXCR4、CD29、CD34、 CD44、CD90、c-kit和VLA-4蛋白表达。结果： 1心功能测定结果：ECG显示,与N组相比,MI组大鼠心率加快,呈典型的MI特征,T波电压显著降低(p0.01),与MI组相比,ME组、MG组和MGE组大鼠心率显著减慢(p0.01),QRS间期和QT间期显著降低(p0.01),T波电压显著升高(p0.01),与ME组相比,MAE组大鼠T波电压显著升高(p0.05),与MG组相比,MAG组大鼠心率加快(p0.05),T波电压显著升高(p0.01)；与MGE组相比,MAGE组大鼠QRS间期和QT间期显著降低,T波电压显著升高(p0.01)；血流动力学指标测试显示,MI组大鼠LVSP、±dp/dtmax显著低于N组,而LVEDP则显著升高(p0.01)；与MI组相比,ME组和MGE组大鼠LVSP显著升高(p0.05,p0.01),ME组、MG组和MGE组大鼠-dp/dtmax显著升高(p0.01)；ME组和MGE组大鼠LVEDP显著下降(p0.05,p0.01)；与ME组相比,MAE组大鼠LVSP和+dp/dtmax显著升高(p0.05),-dp/dtmax显著升高(p0.01)；与MG组相比,MAG组大鼠+dp/dtmax显著升高(p0.05),-dp/dtmax显著升高(p0.01)；与MGE组相比,MAGE组大鼠±dp/dtmax显著升高(p0.01)。上述结果表明,MI严重损害了心功能,有氧运动和／或动员剂干预均可显著提升大鼠心功能,且二者联合应用优于单一因素干预；在使用AMD3100之后,心功能较之仍有不同程度的提升。 2组织学观察结果显示：Masson染色结果表明,胶原纤维呈蓝紫色,心肌细胞呈粉红色；MI组大鼠可见典型的心肌纤维化,在瘢痕区胶原纤维过度增生,心肌细胞大量坏死。ME组和MG组梗死区胶原纤维较MI组有所减少,瘢痕面积缩小,胶原纤维与心肌细胞交错分布；MGE组梗死区可见心肌替代性纤维化程度明显减轻,心肌细胞明显增多；AMD3100干预后,MAE组和MAG组大鼠MI程度较ME组和MG组进一步减小,瘢痕面积显著缩小,大量胶原纤维消失,有心肌细胞再生；MAGE组大鼠可见心肌细胞大量再生,仅有少量胶原纤维存在,坏死现象显著减轻,梗死区几乎无炎性细胞浸润,非梗死区心肌细胞横纹及闰盘结构清楚,排列整齐。上述结果表明,MI严重破坏了心肌组织的正常结构；MI后通过有氧运动和／或动员剂干预可有效改善梗死组织结构,提高心肌实质成分和间质成分的比例,且二者联合作用的效果更为显著。AMD3100阻断后,梗死面积显著缩小,有大量心肌细胞再生,提示联合应用AMD3100对梗死心肌的修复起到一定的促进作用。 3趋化因子表达结果：免疫组化结果显示,HIF-1阳性颗粒主要表达于胞核呈棕黄色,MCP-1主要表达于胞浆,正常心肌组织中可见HIF-1、MCP-1少量表达,心脏MI区及边缘区存在HIF-1阳性表达显著增多现象；ME组、MG组和MGE组HIF-1阳性表达明显减少,MCP-1阳性颗粒显著增多；AMD3100干预后,MAG组和MAE组HIF-1、MCP-1阳性表达显著增多；MAGE组HIF-1、MCP-1阳性表达显著,且可明显观察到在心肌样细胞中表达增多,梗死面积显著减小。WB结果显示,MI后HIF-1表达明显增加,ME组、MG组和MGE组HIF-1的表达显著下降(p0.01),MCP-1蛋白表达均显著升高(p0.01)。在使用阻断剂后,与ME组相比,MAE组MCP-1、HIF-1表达显著升高(p0.01)；与MG组相比,MAG组MCP-1、HIF-1表达也显著升高(p0.01)；MAGE组较MGE组MCP-1、HIF-1蛋白表达显著升高(p0.01)。上述结果表明,MI区缺血缺氧导致HIF-1因子表达增加,炎症反应促使趋化因子MCP-1表达上调；有氧运动和/或动员剂干预可快速降解HIF-1,有效修复梗死心肌,MCP-1能够进一步促进其表达；AMD3100干预后,HIF-1细胞内聚集,聚集的HIF-1反过来又可促进血管形成和改善细胞的物质代谢,改善缺血心肌血供,AMD3100同时也诱导单核细胞、内皮细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和平滑肌细胞分泌释放更多的MCP-1,趋化作用更加显著。 4干细胞动员归巢通路相关细胞因子表达结果：免疫组化结果显示,正常心肌组织中鲜见SDF-1棕黄色颗粒,而CXCR4、CD44和VLA-4有少量表达,MI后各指标阳性表达均增加；与MI组相比,有氧运动和／或动员剂干预后,SDF-1和CXCR4蛋白表达增加,CD44和VLA-4表达增多；AMD3100干预后,仍可见各指标阳性颗粒。WB结果显示,与N组相比,MI组CD44和VLA-4蛋白表达显著升高(p0.01)；ME组及MGE组SDF-1蛋白表达均显著高于MI组(p0.01),MG组和MGE组CXCR4蛋白表达均显著高于MI组(p0.01,p0.05),MGE组CD44表达显著高于MI组(p0.01),ME组、MG组和MGE组VLA-4蛋白表达均显著升高(p0.01)；AMD3100干预后,MAG组CXCR4表达显著高于MG组(p0.05),MAGE组CXCR4蛋白表达显著高于MGE组(p0.01),与ME组相比,MAE组CD44表达显著升高(p0.01)；与MG组相比,MAG组CD44表达显著升高(p0.01)；与MG组相比,MAG组VLA-4表达显著下降(p0.01)。上述结果表明,SDF-1/CXCR4信号轴及粘附分子CD44和VLA-4在有氧运动和/或动员剂干预的MI大鼠BMSCs动员归巢中起重要作用,然而,联合使用AMD3100之后,其并未削弱BMSCs归巢到受损组织,提示有氧运动和/或G-CSF干预可能通过激活心肌固有干细胞或通过其它信号通路的介导参与了梗死心肌的修复过程,此外阻断剂的剂量也有待进一步研究。 5归巢效应相关指标表达结果：免疫组化结果显示,CD29、CD34、CD90和c-kit的阳性颗粒呈棕黄色,主要表达于胞浆和胞膜。N组鲜见CD29、CD34、CD90和c-kit阳性表达；心脏MI区及边缘区存在CD29、CD34、CD90和c-kit阳性表达；ME组和MG组CD29、CD34、CD90和c-kit阳性表达明显增多,MGE组、MAG组和MAE组阳性表达显著增多；MAGE组CD29、CD34、CD90和c-kit阳性表达显著,且可明显观察到在心肌样细胞中表达增多。WB结果显示,ME组、MG组和MGE组的心肌CD29表达显著高于MI组(p0.01),MGE组的心肌CD34和c-kit表达显著高于MI组(p0.01),MG组c-kit显著升高(p0.05),与ME组相比,MAE组CD29和c-kit表达显著升高(p0.01,p0.05),MAG组CD29、CD90表达显著高于MG组(p0.01),MAGE组CD29、CD90和c-kit表达显著高于MGE组(p0.01,p0.01,p0.05)。上述结果表明,正常心肌组织中干细胞数目较少,MI发生后可促使少量干细胞趋化到梗死区；通过有氧运动和／或动员剂干预可有效动员BMSCs趋化归巢到受损局部,且二者联合作用效果更为显著；AMD3100可阻断CXCR4与SDF-1的结合,动员更多的BMSCs释放入外周血,在除SDF-1外的其他趋化因子的作用下有更多的干细胞归巢到受损心肌。结论： 1MI严重破坏了心肌组织的正常结构,梗死区胶原纤维大量增生,左室收缩舒张功能严重受损,趋化因子HIF-1、MCP-1和SDF-1,黏附分子CD44和VLA-4,干细胞表面标志物CD29、CD34、CD90、CXCR4和c-kit在梗死周边区均有少量表达。 2有氧运动和/或G-CSF干预可显著减小MI面积,心功能明显提高,SDF-1/CXCR4信号轴在二者介导的BMSCs动员过程中作用显著,有氧运动/或G-CSF干预还能促使趋化因子表达上调,使更多的干细胞迁移到受损局部,且二者联合作用的效果优于单一因素干预。 3联合应用CXCR4特异性拮抗剂AMD3100后,缺血心肌组织处干细胞表面标志物CD29、CD34、CD90、CXCR4和c-kit仍有较高表达,梗死及梗死周边区有大量心肌细胞再生,趋化因子及黏附分子的表达也处于高表达水平,进一步促进了梗死心肌的修复,提高了心功能。推测,MI后除SDF-1/CXCR4信号轴外,BMSCs还可通过非CXCR4效应归巢到受损心肌且效果显著,抑或通过心肌固有干细胞的激活发挥作用,再者对于阻断剂的给予剂量仍需做进一步的研究。
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【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：G804.2

【参考文献】