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《复旦大学》 2009年
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基质弹性在确定急性心肌梗死后骨髓单个核细胞移植最佳时机中的作用

张书宁  
【摘要】: 前言 骨髓源细胞移植治疗急性心肌梗死(AMI)的最佳时机问题已引起学术界的广泛关注。已有少量研究表明,移植时机的选择是影响移植疗效的重要因素。目前学术界倾向于最佳移植时机可能出现在AMI后一周左右的观点。然而,其潜在机制尚不明确。 近来越来越多的证据显示,干细胞周围的物理微环境(主要是基质的弹性或硬度,用弹性模量[Elastic Modulus,E]描述)决定着其生物学特性和转归,即由不同弹性基质诱导分化而来的细胞在形态和功能上更接近于宿主组织的细胞。具体来说,类似于脑组织的软基质能够诱导骨髓源干细胞向神经元样细胞分化;类似于肌肉的中等弹性基质能够诱导其发生肌原性分化;类似于骨胶原的硬基质能够刺激其骨原性分化。 同时,考虑到心肌梗死后由大量心肌坏死和细胞外基质的沉积诱发的心肌重构导致梗死心肌发生由软到硬的时间依赖性弹性变化的科学事实,据此,我们提出了AMI后一定时间窗内的心肌弹性可能更有利于移植细胞向有利于心功能改善的方向分化的科学假说,这一时段即为最佳移植时机。 本研究旨在通过一系列研究验证该假说及其前提的正确性,对于这一科学命题的论述将有益于骨髓源细胞移植治疗AMI的时机选择及最佳移植时机潜在机制的阐明。 第一部分移植时间对急性心肌梗死后骨髓单个核细胞移植疗效和安全性影响的荟萃分析 目的通过Meta分析的亚组分析系统评价移植时间对急性心肌梗死(AMI)后骨髓单个核细胞(BMMNCs)移植疗效和安全性的影响。 方法系统检索PubMed、Medline、Cochrane EBM Reviews、EMBASE、BIOSIS等数据库。以AMI症状出现24小时内成功实施经皮冠状动脉介入治疗(PCI)者为研究对象;试验设计体现随机对照原则;移植细胞种类为非动员的自体BMSCs;具有3个月以上的随访资料。样本总量小于10的研究未被纳入。 结果共检出相关文献349篇,筛选出符合纳入标准的文献共9篇,涉及7项研究,总病例数660例。其中心肌梗死后24小时内移植亚组271例,4-7天移植亚组389例,与对照组相比,BMMNCs移植可显著改善左室射血分数(LVEF)和左室收缩末容积(LVESV)。亚组综合效应分析显示,4-7天移植亚组能够明显提高LVEF和减少LVESV(LVEF:权重均差[WMD]=4.63%,95%CI 1.00%-8.26%,p=0.01;LVESV:标化均差[SMD]=—0.28,95%CI—0.53-—0.02,p=0.03),而24小时内移植亚组仅显示出有益趋势,两亚组相比,4-7天移植亚组较24小时内移植亚组可能更有利于LVEF和LVESV的改善,但两亚组间统计学差异无显著性(p>0.05)。而移植时间对左室舒张末容积(LVEDV)呈中性影响。死亡、支架内或罪犯血管再狭窄、再次心肌梗死、再次血运重建、因心力衰竭再入院等独立不良事件及死亡、再次血运重建、再次心肌梗死或因心力衰竭再入院的联合终点发生率均显示出BMMNCs移植治疗的有益趋势(比值比[OR]均<1,但p均>0.05)。与对照组相比,4-7天移植亚组能够明显降低再次血运重建率(OR=0.60,95%CI 0.37-0.97,p=0.04)、死亡或再次心肌梗死的联合发生率(OR=0.32,95%CI 0.11-0.95,p=0.04)及死亡、罪犯血管再狭窄、再次心肌梗死或室性心律失常的联合发生率(OR=0.59,95%CI 0.36-0.96,p=0.03),而这些指标在24小时内移植亚组与对照组间无显著差异;两亚组间相比,4-7天移植亚组的再次血运重建率明显低于24小时内移植亚组(交互p=0.02)。 结论自体BMMNCs移植治疗AMI安全可行,移植时间是移植疗效和安全性的重要影响因素,AMI后4-7天进行细胞移植较24小时内移植其疗效和安全性可能更佳。 第二部分心肌梗死后不同时期心肌弹性、血清VEGF浓度及心脏功能变化 目的探讨小鼠心肌梗死后心肌弹性、血清VEGF浓度和心脏功能的时间变化规律及其潜在联系,为进一步分析心肌弹性和VEGF在骨髓单个核细胞(BMMNCs)分化中的作用和相互作用创造条件。 方法六周龄雄性BALB/c小鼠48只,体重20-25g,采用结扎左冠状动脉制成心肌梗死模型,以假手术动物为对照。分别于心肌梗死后1小时、24小时、7天、14天和28天,行心脏功能和左心室腔内压力检测后,采用ELISA方法检测血清VEGF浓度。每组送检3个标本,应用原子力显微镜检测梗死心肌弹性模量(E);其余心脏组织制成石蜡切片行苏木素-伊红(HE)染色和Mallary纤维染色。多组间两两比较采用单因素方差分析,p<0.05为差异具有统计学显著意义,应用SPSS 11.5统计软件包进行数理分析。 结果梗死后1小时心肌弹性模量轻微降低(由对照组心肌的17.94 kPa降至16.60 kPa,p>0.05);24小时后降至最低值(4.21 kPa,p<0.001),其后梗死心肌弹性逐渐增加,由梗死后7天的31.38 kPa增至4周后的90.22 kPa(与对照组相比,p均<0.001)。梗死后不同时间点血清VEGF检测显示,心肌梗死后1小时VEGF浓度由正常对照的38.58 pg/ml升至49.44 pg/ml(p=0.024),至24小时达峰值(96.30 pg/ml,p=0.005),心肌梗死后7天、14天和28天逐渐下降(VEGF浓度分别为50.56 pg/ml[p=0.014]、43.89 pg/ml[p>0.10]、39.82pg/ml[p>0.10],p值均为与对照组相比)。组织病理染色显示,心肌梗死后24小时,出现大量心肌细胞坏死,炎性细胞浸润与各组相比最为明显;至梗死后7天,胶原纤维逐渐增多,早期疤痕组织开始形成;梗死后14天和28天,纤维疤痕组织逐渐成熟。心肌梗死后心脏功能和左心室腔内压力的改变表现出与上述理化参数相似的变化趋势,AMI后24小时LVEF、FS和LVESP降至最低点(VEGF,0.50对0.86[对照组],p<0.01;FS,0.25对0.55,p<0.01;LVESP,99.30 mmHg对144.67 mmHg,p<0.01),且此时LVEDP亦达到首个峰值(12.35 mmHg对3.89 mmHg[对照组],p<0.01)。 结论小鼠心肌梗死后心肌弹性模量、血清VEGF浓度和心脏功能均表现出时间依赖性相关变化且相互之间保持较高的一致性。梗死心肌的弹性模量经历了先降低后逐渐增高的变化过程,AMI后24小时心肌弹性模量降至最低,而此时血清VEGF浓度达到峰值;心肌梗死区域炎症反应亦最为明显,且心肌梗死后心脏功能受抑最为明显。 第三部分基质弹性和VEGF在骨髓单个核细胞向内皮祖细胞分化中的作用 目的应用可以模拟梗死后不同时期心肌弹性的弹性可控性细胞培养体系,探讨基质弹性及VEGF在诱导骨髓单个核细胞(BMMNCs)向内皮祖细胞(EPC)分化中的作用和相互作用。 方法采用不同配比浓度的丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺制成不同硬度的聚丙烯酰胺凝胶;利用原子力显微镜筛选出能模拟心肌梗死后1小时、24小时、7天、14天和28天心肌弹性模量的凝胶用于细胞培养。采用密度梯度离心法分离BMMNCs,每一弹性模量的基质胶上分别采用0ng/ml、2.5ng/ml、10ng/ml、20ng/ml等四个浓度的VEGF进行细胞培养。7天后进行乙酰化低密度脂蛋白(ac-LDL)吞噬/荆豆凝集素-1(UEA-1)结合双阳性细胞免疫荧光检测及EPC表面标志物CD133、CD45、VEGFR2流式细胞分析。同一基质弹性或同一浓度VEGF下的数据分析采用单因素方差分析,基质弹性和VEGF对促细胞分化的相互作用分析应用两因素方差分析,p<0.05为差异具有统计学显著意义,应用SPSS 11.5统计软件进行数理统计。 结果筛查出4种不同浓度凝胶的弹性模量(分别约为4kPa、15kPa、42 kPa和72kPa)可分别模拟梗死后24小时、1小时、7-14天和14-28天的梗死心肌弹性。FITC-UEA-1/DiI-AcLDL双阳性细胞免疫荧光检测显示,在较高浓度VEGF(10-20ng/ml)培养条件下,贴壁细胞双阳性表达率在各弹性基质间无显著差异(p均>0.05);当VEGF浓度降至2.5 ng/ml,42kPa基质胶的双阳性表达率显著高于15kPa(72.44%对52.44%,p=0.04),且双阳性细胞数量远大于其他弹性凝胶(p<0.01);在无VEGF的培养条件下,42kPa在双阳性细胞表达率和细胞数量上表现出较其他弹性更大的优势,此外,4kPa和15kPa双阳性细胞表达率较72kPa显著降低(p均<0.05)。两因素方差分析显示,基质弹性和VEGF浓度对BMMNCs向EPC的分化存在显著交互作用(p<0.01),分别控制VEGF浓度和基质弹性的影响后,42kPa的基质弹性和较低浓度的VEGF(2.5-10 ng/ml)较其他弹性和浓度具有更高的的双阳性细胞表达率。此外,流式细胞分析表明,低浓度VEGF(2.5ng/ml)条件下,EPC特征性表面标记物CD45(-)/VEGFR-2(+)/CD133(+)细胞表达率以仍以42 kPa为最高(1.94%)。 结论基质弹性在促进BMMNCs向EPC分化中发挥着重要作用,42 kPa(模拟心肌梗死后7-14天心肌弹性)的促细胞内皮系分化效应优于其他弹性模量。基质弹性与VEGF浓度在促进BMMNCs向EPC分化过程中可能发挥着协同作用。 第四部分心肌梗死后骨髓单个核细胞最佳移植时机及其潜在机制 目的通过对心肌梗死不同时期BMMNCs移植后心脏功能改善状况的研究,探讨心肌梗死后BMMNCs移植的最佳时机及其潜在机制。 方法采用密度梯度离心法分离BALB/c小鼠BMMNCs。分别于心肌梗死后1小时、24小时、7天、14天和28天实施梗死区域BMMNCs局部注射,以相应时间点M199注射为对照,各组于心肌梗死建模后2月,应用小动物超声成像系统和心腔导管压力测试系统对实验动物实施左心功能和左心室腔内压力测定,通过vWF免疫组化方法检测移植区域毛细血管密度。移植组与各对照组比较用成组t检验,多组间两两比较应用单因素方差分析(ANOVA),p<0.05为差异具有统计学显著意义,应用SPSS 11.5统计软件进行数理统计。 结果与对照组相比,心肌梗死后24小时至14天实施BMMNCs移植可显著提高梗死区域毛细血管密度(对照组:1.32个/高倍镜[HP];AMI后24小时移植组:2.60个/HP;7天移植组:4.60个/HP;14天移植组:3.80个/HP;p均<0.001),其中以7天移植组的毛细血管密度为最高(两者相比p=0.124)。各移植组LVEF、FS、LVEDP、LVESP及±dp/dt的绝对增量相比,亦显示出相似变化,且以AMI后7天和14天移植组改善最为明显,优于24小时移植(ΔLVEF:20.95%对11.41%,p=0.025;ΔFS:13.47%对7.13%,p=0.023;ΔLVEDP:-15.94 mmHg对-8.17 mmHg,p<0.05;+Δdp/dt:9001.02mmHg/s对4891.53 mmHg/s,p<0.05),而与14天移植组相比,统计学差异无显著意义(ΔLVEF:18.82%,p=0.57;ΔFS:11.63%,p=0.46;ΔLVEDP:-15.34 mmHg;ΔLVESP:9.19 mmHg;-Δdp/dt:-4650.71 mmHg/s;+Δdp/dt:8265.35 mmHg/s,p均<0.05)。ΔLVEF、ΔFS、ΔLVEDP及ΔLVESP等心脏功能相关参数和毛细血管密度间存在高度线性相关(相关系数均>0.75,p均<0.01)。此外,7天移植组和14天移植在LVIDd和LVIDs的改善方面呈现的有利趋势亦最为明显,但与其他各组相比差异显著性无统计学意义(p均>0.05)。 结论AMI后BMMNCs移植治疗的最佳时机出现在心肌梗死后7-14天。在这一时段,细胞移植可最大限度的改善心脏功能和左心室腔内压力,这可能与此时最为适宜的物理微环境(梗死心肌弹性)促进移植区域毛细血管密度的增加进而显著改善了梗死心肌的顺应性有关。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:R542.22

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4 北京世纪坛医院急诊科副主任医师 解跃辉;急性心肌梗死的非典型表现[N];医药经济报;2007年
5 何世桢;警惕无典型症状的急性心梗[N];中国中医药报;2007年
6 北京友谊医院心脏中心主任医师 李虹伟通讯员 蒋月荣 王永亮;远离心肌梗死威胁[N];家庭医生报;2007年
7 章秋;根据症状体征早识心梗[N];医药养生保健报;2008年
8 本报记者 唐夏;中青年成心梗院外死亡主要人群[N];中国消费者报;2011年
9 霍仁;突发心脏症状的应急处理[N];农村医药报(汉);2007年
10 本报记者 胡珉琦;监测心梗[N];北京科技报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张书宁;基质弹性在确定急性心肌梗死后骨髓单个核细胞移植最佳时机中的作用[D];复旦大学;2009年
2 陶正贤;VEGF165和Angiopoietin-1在缺血心肌特异表达治疗急性心肌梗死研究[D];南京医科大学;2010年
3 倪玉霞;冠心Ⅱ号联合骨髓间充质干细胞移植治疗急性心肌梗死的实验研究[D];广西医科大学;2008年
4 张俭;中西医结合急性心肌梗死临床路径的建立与评价研究[D];广州中医药大学;2009年
5 边素艳;鞘氨醇激酶-1基因修饰的骨髓间充质干细胞移植治疗大鼠急性心肌梗死的实验研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2008年
6 栾云;机械打孔复合缓释支架联合干细胞移植对急性心肌梗死的作用研究[D];中国协和医科大学;2010年
7 胡新央;缺氧预处理后的骨髓间充质干细胞移植促进大鼠心肌梗死后心功能的恢复[D];浙江大学;2008年
8 孙林;自体骨髓单个核细胞移植治疗猪急性心肌梗死的实验研究[D];昆明医学院;2007年
9 谢志雄;开心胶囊防治急性心肌梗死的实验与临床研究[D];广州中医药大学;2008年
10 陈军;SDF-1/CXCR4轴参与骨髓间充质干细胞修复大鼠急性心肌梗死的实验研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程立松;骨髓间充质干细胞移植治疗大鼠心肌梗死[D];天津医科大学;2005年
2 孙媛媛;血运重建时机对急性心肌梗死左心室重构及左心功能的影响[D];山东大学;2009年
3 陈洁;同种异体移植骨髓间充质干细胞治疗大鼠心梗后心室重构[D];浙江大学;2006年
4 孙勇;缺氧预处理骨髓间充质干细胞治疗大鼠心梗后心室重构[D];浙江大学;2007年
5 沈丰强;阿托伐他汀联合间充质干细胞移植治疗大鼠急性心肌梗死[D];安徽医科大学;2009年
6 邓鹏;自体骨髓干细胞动员抑制急性心肌梗死后心室重构的研究[D];苏州大学;2010年
7 牛少辉;替米沙坦对大鼠急性心肌梗死Cx43及TNF-α的影响[D];郑州大学;2010年
8 杨昕;急诊PCI治疗急性心肌梗死有效性及安全性的观察[D];浙江大学;2007年
9 常连芳;大剂量极化液治疗急性心肌梗死的疗效观察[D];中国医科大学;2004年
10 梁鹍;自体内皮祖细胞移植与他汀类药物联合治疗急性心肌梗死大鼠的实验研究[D];郑州大学;2007年
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