瘦素表达依赖性调控MSCs迁移和抗凋亡作用机制研究.ppt
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瘦素表达依赖性调控MSCs迁移和抗凋亡作用机制研究 Wency2015-01-29 一、骨髓间充质干细胞？为什么利用其移植修复梗死心肌技术时需要移植前的预处理，有什么益处？二、缺氧预处理可以提高MSCs迁移和存活能力，可以上提瘦瘦素素基因表达，那么瘦素与MSCs移植后迁移和存活能力关系何在？（leptin自分泌作用角度）三、缺氧预处理MSCs诱导产生的瘦素，在MSCs移植后对周边细胞的生理作用怎样的影响？（leptin旁分泌作用角度）三个问题： 骨髓间充质干细胞（BMSCs）是存在骨髓中具有高度自我更新能力和多向分化潜能的成体干细胞 骨髓中的非造血干细胞的存在首先被130年前的德国病 理 学 家 Cohnheim发 现 并 提 出 ， 并 于 1966年 由Friedenstein首次证实骨髓中的细胞可以分化成为各种结缔组织细胞：软骨组织、脂肪组织、肌原细胞等等 在骨髓中，间充质干细胞占骨髓有核细胞总数的0.001%~0.1%骨髓来源的间充质干细胞（BMSCs）有着良好的自更新性、多潜能性、免疫抑制特征，因此，骨骨髓髓间间充充质质干干细细胞胞移移植植修修复复梗梗死死心心肌肌已已成成为为最最有有潜潜力力的的临临床床治治疗疗MI的手段的手段。
骨髓间充质干细胞Part I 经血管移植细胞迁移至梗死区并在局部存活率很低是影响技术广泛推广的核心问题，亟待深入研究来提高可行性和有效性：♣ 有限的血液供应 ♣ 营养物质的缺乏♣ 严酷的低氧环境 ♣ 氧化应激压力♣ 炎症性微环境 预处理预处理方法方法具有细胞保护作用，是有效的细胞抗凋亡保护策略，在移植前，通过物理、化学、基因和药物手段进行干细胞培养干预，使干细胞在体外及时做好应对移植后致命的体内环境影响的准备（standby state）-内源性防御机制内源性防御机制，可大大提高干细胞移植后抵制严酷环境的能力并很好地生存下来，改善病变部位的状况技术发展存在的问题： [Yu et al. Transl Stroke Res. 2013] 预处理方式 5预处理益处预处理益处Central roles of HIF-1（低氧诱导因子）, mitochondria and signaling pathways in stem cell preconditioning[Yu et al. Transl Stroke Res. 2013] 缺缺氧预处理氧预处理，即在干细胞移植之前预先是干细胞接触缺氧环境，能提高MSCs迁移和存活能力，促进血管的生成与分化。
研究发现，瘦素基因是低氧诱导的高表达低氧诱导的高表达基因基因，且缺氧预处理能显著上调瘦素表达XINYANG HU et al. Stem cell. 2014)(Panpan Chen et al. . PLoS ONE.2014)瘦素瘦素MSCsMSCs迁移和抗凋亡作用机制迁移和抗凋亡作用机制 ？Part II 1994年美国Howard Hughes医学研究所首次通过ob /ob小鼠基因定位克隆发现了肥胖基因表达产物——leptin，最初其是来源于脂肪细胞，是人类肥胖基(obesegene,ob-gene)编码的 一个由167个氨基酸组成的蛋白质,位于人类染色体7q3113位点上,分子量约16kb. 瘦素是通过与表达在不同细胞类型的跨膜受体(ObR)的结合来发挥其生理效应的 瘦素主要通过与中枢神经系统的瘦素受体直接结合，调节能量代谢、摄食行为和体重平衡 瘦素——食欲调节、能量平衡（Gonzalez-Perez RR, 2010；） 8 随着2000年以来对瘦素探讨的不断深入，人们开始认识到瘦素不仅由脂肪组织分泌分泌，其它组织如乳腺上皮细胞、胎盘、胃粘膜上皮细胞也中可检测到，其受体受体不仅存在于下丘脑、脂肪组织，还广泛存在于全身各个组织中（肝脏、肾、肾上腺、骨髓、肌肉、骨等。
揭示瘦素是多功能细胞因子，除了具有调节食欲及能量消耗功能外，可能参与多种代谢代谢调节调节的潜能，同时还能参与调解次生代谢次生代谢，如细胞存活、迁移和血管生成等等瘦素与机体系统的病理生理关系正逐步被人们了解逐步深入被认识的瘦素——多种代谢调节 2.1 自分泌角度——近期研究成果MSCWT，MSC ob/ob， MSC db/dbMSCs在移植部位的存活与迁移能力 缺氧预处理上调的瘦素瘦素对移植后的干细胞起着保护作用，促进存活，迁移Normoxia (21% O2, 5% CO2) Hypoxia (0.5% O2, 5% CO2)requires leptin Cytokine SDF-1（基质细胞衍生因子） and its receptor CXCR4 are known to regulate cell migration. leptin is required to realize enhanced CXCR4 surface expression observed in response to HPC and the consequent increase in cell migration of MSCs.[Wu Q,. J Cell Mol Med. 2009][Sharma M. Stem Cells and Development. 2011]SDF-1/CXCR4 signaling pathways STAT3/HIF-1a/VEGF signaling pathways♠ STAT3（信号传导子及转录激活子）： 经缺氧预处理或者添加Leptin后，STAT3活化，磷酸化程度能够增加近两倍。
♠ 缺氧预处理激活的STAT3 能够增加HIF-1蛋白的稳定性并绑定到VEGF（血管内皮生长因子）的启动子上leptin 心肌细胞成纤维化的抑制2.2 旁分泌角度——近期研究成果Infarct area (blue)collagen I (red)in vitroin vivo The activation of cardiac fibroblast was inhibited by H-MSCs WT in a manner that was leptin-dependent. The mechanism may involve blocking TGF-b/Smad2 and MRTF-A signal pathways.H-MSCs WT inhibited hypoxia induced cardiac fibroblast activation via leptin[Chen P. 2014. PLoS ONE.] A model of regenerative potential of HP-MSCs in repair of I/R-AKI.[Liu H. PLoS ONE. 2012]肾缺血/再灌注损伤治疗SDF-1-CXCR4/CXCR7 pathway1、CXCR4 and CXCR7 by HP2、SDF-1a-CXCR4 interaction4、促进细胞分裂、抗凋亡和消炎作用等。
3、Release of paracrine mediators( VEGF, b-FGF, IGF-1, HGF)00 缺氧预处理后瘦素瘦素高表达对MSCs的存活和迁移起重要调节的作用Autocrine effects: SDF-1/CXCR4 signaling pathways STAT3/HIF-1a/VEGF signaling pathways paracrine effects: blocking TGF-b/Smad2 and MRTF-A signal pathways. SDF-1-CXCR4/CXCR7 pathway 从新的视角揭示缺氧预处理能够提高MSCs存活迁移能力的重要原因在于高水平瘦素的存在，可望为改善MSCs移植修复梗死心肌疗效提供新对策但基于现有的证据无法真正揭示其中的更深层次认识以及人体调节机制的复杂性，还需更多人力物力的投入。
总结：总结：Part III [1] XINYANG HU, RONGRONG WU, JIAN’AN WANG, et al. (2014)Leptin Signaling Is Required for Augmented Therapeutic Properties of Mesenchymal Stem Cells Conferred by Hypoxia Preconditioning. STEM CELLS32:2702–2713.[2] Chen P, Wu R, Zhu W, Jiang Z, Xu Y, et al. (2014) Hypoxia Preconditioned Mesenchymal Stem Cells Prevent Cardiac Fibroblast Activation and Collagen Production via Leptin. PLoS ONE 9(8): e103587.[3] Chen P, Wu R, Zhu W, Jiang Z, Xu Y, et al. (2014) Hypoxia Preconditioned Mesenchymal Stem Cells Prevent Cardiac Fibroblast Activation and CollagenProduction via Leptin. PLoS ONE 9(8): e103587.[4] LU Hui—he, LI Yi-fei, SHENG Zheng qiang, WANG Yi .( 2012)Preconditioning of stem cells for the treatment of myocardialInfarction. Chin Med J 125(2)：378-384. [5] Liu H, Liu S, Li Y, Wang X, Xue W, et al. (2012) The Role of SDF-1-CXCR4/CXCR7 Axis in the Therapeutic Effects of Hypoxia-Preconditioned Mesenchymal Stem Cells for Renal Ischemia/Reperfusion Injury. PLoS ONE 7(4): e34608.[6] Husnain Kh Haider & Muhammad Ashraf. (2010) Preconditioning and Stem Cell Survival. J. of Cardiovasc. Trans. Res3:89–102.[7] Wu Q, Shao H, Eton D et al. Extracellular calcium increases CXCR4 expression on bone marrow-derived cells and enhances pro-angiogenesis therapy. J Cell Mol Med 2009;13:3764–3773.][8] Sharma M, Afrin F, Satija N, Tripathi RP, Gangenahalli GU. Stromal-Derived Factor-1/CXCR4Signaling: Indispensable Role in Homing and Engraftment of Hematopoietic Stem Cells in Bone Marrow. Stem Cells and Development. 2011; 20:933–946.[9] Joo Eun Jung, Hyun Gyu Lee, Ik Hyun Cho, et al. (2005)STAT3 is a potential modulator of HIF-1-mediated VEGF expression in human renal carcinoma cells.The FASEB Journal express article 10.1096/fj.04-3099fje. 参考文献： 1、浙江大学第二附属医院，王建安团队2、西京医院，第四军医大学，西安交通大学第一附属医院，刘宏宝团队3、第二附属医院，南通大学，4、江苏大学、 河北医科大学、上海第二军医大学5、辛辛那提大学（美国），Husnain Kh Haider & Muhammad Ashraf6、约翰·霍普金斯大学医学院，耶鲁大学……现国内外相关研究单位： 瘦素在人体中的作用 20Leptin与免疫系统性的相关性[Marta Vadacca, Domenico PE Margiotta, Luca Navarini and Antonella Afeltra. Leptin in immuno-rheumatological diseases. Cellular & Molecular Immunology (2011) 8, 203–212] 。
