Theranostics|刘中民等课题组联合发现MSCs含有的miR-125a-5p治疗可改善缺血/再灌注损伤后的心功能恢复

撰文│高   崚

编辑│毕紫娟

审校│汤红明

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心肌梗死后，多种病理生理学发展引起心脏重构，最终导致心力衰竭。影响这一过程的决定因素是初始梗死面积大小及心梗后修复过程的充分性。在临床实践中，限制心肌急性梗死通常是通过冠状动脉及时再灌注来实现。然而这种缺血/再灌注（I/R）过程会在心脏中引发强大炎症级联反应，最终促成心梗。间充质干细胞（MSCs）被认为在治疗心脏I/R损伤具有明显抗炎、促血管生成、减少心肌细胞凋亡等作用。然而，多数证据表明旁分泌机制可能是MSCs作用关键，主要归功于其分泌的具有多种生物活性成分的外泌体（MSC-Exo）。miRNA——作为MSC-Exo中主要活性成分，具有多种先天优势，比如成分单一、无免疫原性、生产及运输方便等。但miRNA及miRNA合成寡核苷酸（agomir）是否能在I/R心脏中重现MSCs及MSC-Exo治疗效果还并不清楚。

2023年1月1号，同济大学附属东方医院刘中民课题组、高崚课题组、初曙光课题组及中科院上海营养与健康研究所杨黄恬课题组合作，联合在Theranostics杂志在线发表了题为“herapeutic delivery of microRNA-125a-5p oligonucleotides improves recovery from myocardial ischemia/reperfusion injury in mice and swin”研究论文。研究表明，miR-125a-5p在MSC-Exo富集，在小鼠I/R心肌中给予其修饰的miR-125a-5p agomir及MSCs或MSC-Exo，均可通过增加心脏收缩功能及限制不良重构发挥明显心脏保护作用。此外，miR-125a-5p agomir治疗增加了M2型巨噬细胞极化，促进了血管生成，减弱了成纤维细胞增殖和激活，改善了心肌细胞凋亡及炎症浸润。机制上，KLF13、Tgfbr1及Daam1被认为是miR-125a-5p分别调节巨噬细胞、成纤维细胞及内皮细胞的功能靶点。在猪模型中，miR-125a-5p agomir治疗后也观察到类似心脏保护结果，但不增加心律失常及肝、肾或心脏毒性风险发生。由此表明，这种有针对性的miRNA递送有望像干细胞及外泌体一样，成为一种治疗心脏I/R损伤的有效且安全的策略（图1）。

图1. miR-125a-5p agomir改善心脏I/R损伤作用机制图

研究人员首先对MSC-Exo进行miRNA测序，发现miR-125a-5p在其中最为富集，但在其他类型心脏细胞（心肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞及巨噬细胞）分泌的外泌体中含量相对较少。随后在再灌注开始时将剂量优化的MSCs、MSC-Exo及miR-125a-5p agomir注射至I/R小鼠心肌梗死边缘区，发现3种治疗方法无明显差异，均可明显提高小鼠生存率，改善小鼠心肌重构——心脏与体重的比值、心室纤维化及梗死边缘区心肌细胞横截面积大小都有明显改善（图2），阻止I/R后心功能下降——左室射血分数（LVEF）及左室短轴缩短率（LVFS）下降，收缩末期内径（LVIDs）升高。研究还发现miR-125a-5p agomir在I/R后心脏重构相关关键病理过程中有明显作用，包括减低心肌中心肌细胞凋亡及成纤维细胞活化、改善炎症、促进血管生成。

图2. 在小鼠心脏I/R模型中，给予MSC外泌体的miR-125a-5p可改善心脏功能并限制心肌重构

研究人员接下来探究了在体外miR-125a-5p对主要心脏细胞保护作用和机制。发现miR-125a-5p可被巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞、心肌细胞摄取，并可明显调节巨噬细胞M2型极化，抑制成纤维细胞增殖和激活，促进内皮细胞成管活性，但不直接影响糖氧剥夺心肌细胞凋亡。机制方面，miR-125a-5p agomir调控巨噬细胞极化与抑制KLF13和ERK1/2信号通路有关（图3），通过靶向Tgfbr1抑制成纤维细胞增殖和激活，通过与Daam1相互作用增加内皮细胞成管活性。

图3. miR-125a-5p促进巨噬细胞由M1型向M2型转化

最后，研究人员调查了miR-125a-5p agomir在治疗猪心脏I/R损伤中的作用。在再灌注开始时，心肌内注射miR-125a-5p agomir可引起miR-125a-5p水平明显升高，并可维持较长时间。多探头计算机断层扫描（MDCT）分析表明，心脏I/R损伤导致LVEF和搏出量明显下降，收缩末期容积和舒张末期容积增加。但miR-125a-5p agomir治疗可逆转这种心功能损伤（图4），改善心脏灌注指数及冠脉左前降支供应区中部和顶部的节段运动。且未观察到miR-125a-5p治疗后心律失常事件发生明显差异（图5）及肝、肾或心脏毒性负担增加。

图4. miR-125a-5p可增强猪心脏I/R后的心功能和限制心肌重构

   图5. miR-125a-5p对心脏I/R猪的心律失常的发生率没有影响

综上，本研究为应用miR-125a-5p agomir的有效性及安全性提供了证据，可发挥心脏保护作用，包括善存活率、心肌功能及心脏重构。这种具有单一成分、机制明确及无免疫原性的miRNA疗法有望像干细胞疗法、外泌体疗法一样，成为修复I/R损伤后心脏的一种前景方法。

原文链接：https://www.thno.org/v13p0685.htm

《医学参考报》干细胞与再生医学专刊

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