用户文章|外泌体miRNA改善心梗荣登16分Science子刊封面

论文标题：Exosomes secreted by hiPSC-derived cardiac cells improve recovery from myocardial infarction in swine

刊登日期：2020年9月

发表杂志：Science Translational Medicine

影响因子：16.304

研究机构：同济大学附属东方医院高崚课题组、阿拉巴马大学伯明翰分校张建一课题组

开展项目：外泌体miRNA测序

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联川生物在2020年四季度，开展外泌体买三送一活动，包括外泌体miRNA测序以及安捷伦相关芯片（表达谱芯片、lncRNA芯片、ceRNA芯片）均可参加本活动。

背景与前言
在中国，每年死于心梗的病人数量超过15万，占据心梗发病人数的比例达到30%以上。心肌梗死后如何进行紧急处理和预后恢复一直是大家关注的重点，成为心血管领域的世纪难题之一。
2020年9月，联川生物客户来自同济大学附属东方医院以及阿拉巴马大学伯明翰分校联合在Science子刊——转化医学期刊中发表重磅论文，揭示功能诱导干细胞hiPSC释放的外泌体，可改善心肌梗死后的恢复而不会增加心律失常等并发症。课题组创造性的以猪为模型，为心梗后的心肌损伤的治疗提供了新思路，创造了无细胞治疗的先河，为后期临床治疗提供了理论依据。
正文
作者对得到的 hiPSC-心脏细胞进行表征。从人心脏成纤维细胞中重编程，获得hiPSC-心脏细胞，并分为 hiPSC-CM，hiPSC-EC 和 hiPSC-SMC。纯化一周后，检测细胞标志的表达，然后鉴定了HiPSC-CMS、HiPSC-SMC和HiPSC-ECs以及这三种细胞分泌的外泌体特性。
三种外泌体hiPSC-EC、hiPSC-SMCs、HiPSC-SMC处理后，培养的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的微血管萌发及血管生成非常显著。此外，用hiPSC-EC、hiPSC-SMC和hiPSC-CC外体处理，Ca2+显著增加，凋亡减少。提高ATP含量，HIF-1α升高。因此，hPSC-CCS外泌体可能通过抑制细胞凋亡、维持细胞内钙稳态、改善能量代谢而增强内皮细胞的血管生成活性，促进hIPSC-CM的增殖，保护hIPSC-CMS免受缺氧的影响。外泌体miRNA测序（联川生物提供）后发现，总计有50个差异显著的miRNA。其中hiPSC-CC外体中含量最丰富的15条miRNA（hsa-miR-1005p、hsa-miR-21-5p、hsa-miR-10a-5p、hsa-miR-1246、hsa-miR-10b-5p、hsa-miR-1290、hsa-miR-99b-5p、hsa-miR-143-3p、hsa-miR-27b-3p、hsa-miR-335-5p、hsa-miR-99a-5p、hsa-miR-191-5p、hsa-miR-199a-3p、hsa-miR-423-5p和hsa-miR-320a-3p）作者生成了对应的mimics。
这些mimics以相当于它们在hiPSC-CC外泌体中相对丰度的比例组合，并与PBS或阴性对照miRNA mimics处理进行比较。用miRNA mimics的混合物处理hUVECs可显著增加hUVECs中血管的形成，并且显著增加Ca2+、细胞凋亡和ATP含量。在猪心肌梗死模型中，评价了hiPSC-CCS和hiPSC-CC外泌体以及从hiPSC-CCS胞浆中获得的RNA片段的心肌保护和再生能力。
结果表明，当将hiPSC-CCS、hiPSC-CC胞浆中RNA片段和hiPSC-CC外泌体输送到猪心梗死区时，在心功能、室壁应力、梗死面积和心肌肥厚方面都有类似的改善。移植的hiPSC-CCs可以诱导旁分泌机制，促进血管和小动脉的生长；促进细胞的迁移、增殖和存活；以及细胞内的通讯，这些作用可以通过注射hiPSC-CC外泌体来复现类似的现象。
潜在的致心律失常并发症是CM移植相关的一个突出的安全问题，因此作者研究了hiPSC-CCS或hiPSC-CC外泌体是否增加了心律失常的发生率。程序性电刺激(PES)引起的心律失常(室性心动过速和/或心室颤动)在心梗+细胞、心梗+外泌体和心梗动物的心脏中同样常见。因此，细胞和外泌体注射都不会对梗死猪心脏的电稳定性产生不利影响。肌酸激酶(CK)通过快速和可逆地转化为ATP和肌酸，提供心脏的初级储备能量。在这里，作者进行了磁共振波谱磁化饱和转移(MRS-MST)实验，以确定假手术组、MI组、MI+Exo组和MI+Exo组在MI诱导或假手术后4周的心肌能量代谢指标是否有所不同。
结果表明，HiPSC-CCS和HiPSC-CC外泌体都可以防止或逆转心肌梗死后发生的至少部分心肌能量代谢变化。总结
该研究首次在猪心肌梗死模型中，证明 hiPSC-CC 外泌体的改善心肌梗死的显著效果。由于大多数移植细胞在给药后，存活时间不超过几天，所以还研究了均质化的细胞碎片，也与细胞治疗具有同样的效果。而外泌体当中的miRNA起到了非常重要的作用，这些结果都通过miRNA mimics补救实验得到了证实。在体内，hiPSC-心脏细胞，hiPSC-心脏细胞片段或 hiPSC-心脏细胞外泌体，用三种不同方式治疗的动物的左心室功能，梗死面积，壁应力，心脏肥大，细胞凋亡和血管生成明显改善。在体外，hiPSC-心脏细胞产生的外泌体，在培养的内皮细胞和分离的主动脉环上，促进血管生成活性。通过减少细胞凋亡，维持细胞内钙稳态，增加细胞 ATP 含量，保护无血清低氧培养基对 hiPSC-CMs 的毒性作用。因为细胞和外泌体是在开胸手术中给药的，该技术目前的问题，是不能重复给药。此外，在体内研究中选择的 hiPSC-心脏细胞外泌体剂量（7.5 mg），是根据之前的研究确定的，该剂量表明 hiPSC-心脏细胞衍生的外泌体，在大动物心肌损伤模型中，与 hiPSC-心脏细胞本身具有同样的益处。虽然结果表明这两种治疗方法具有可比性，但仍需进行其他研究，确定哪种方法可能对心肌梗死，心力衰竭或其他类型的心血管疾病患者最有益。相关阅读