項目名稱：干細胞與心肌互作調控心肌病理重塑與再生的研究推薦單位：哈爾濱醫科大學項目簡介：近年來，心血管疾病的發病率和死亡率正在逐年攀升。每年全世界死于心血管疾病的患者人數高達1500萬人，居各種死因首位，嚴重威脅人類健康。雖然目前在臨床上應用藥物治療、內科介入治療和外科手術等治療措施能夠在一定程度上緩解心血管疾病的癥狀，但是都無法從根本上修復受損心臟，心血管疾病的致殘率和致死率仍然沒有得到明顯改善。究其原因是對于心血管疾病病理過程的認識十分有限，一些重要的作用機制和靶點仍然沒有被發現，且尚缺乏新的治療方法和手段。近年來研究發現，干細胞因可分化為心肌細胞而被應用于心血管疾病的治療，并在心肌再生和修復研究中展現出廣闊的應用前景。在本項目中，我們聯合應用電生理學、分子生物學、生物信息學及藥理學等多種實驗技術，探討干細胞與心肌互作調控對心血管疾病病理過程的影響，尋找修復受損心臟的新方法和新靶點，并據此提出新的治療策略。所獲研究成果如下：(1)率先發現調控骨髓間充質干細胞向心肌定向分化的新靶點-microRNAs。我們發現miR-124可以抑制骨髓間充質干細胞向心肌分化，而沉默miR-124可以激活轉錄因子STAT3表達，加速骨髓間充質干細胞分化為心肌細胞。該發現首次揭示microRNAs在骨髓間充質干細胞向心肌分化中的重要作用，為促進骨髓間充質干細胞移植后向心肌分化提供了新靶點，解決了骨髓間充質干細胞向心肌分化率低這一干細胞移植難題；(2)骨髓間充質干細胞移植存在安全性問題，即可誘導心律失常和心源性猝死的發生，極大限制了骨髓間充質干細胞的臨床應用。我們的研究首次發現骨髓間充質干細胞能夠通過分泌bFGF增加心肌細胞瞬時外向鉀電流，縮短心肌動作電位時程，逆轉心梗后KV4.2等鉀離子通道重構，進而抑制心梗后心律失常的發生。該發現首次揭示骨髓間充質干細胞可通過旁分泌作用影響心肌細胞電信號傳導，進而抑制心梗后心律失常，解決了骨髓間充質干細胞移植的安全性問題。同期，我們的研究發現，骨松寧能夠有效預防心肌梗死后心律失常的發生。離體實驗證實，骨松寧可激活L型鈣通道而非鉀通道，降低其對心肌梗死后心律失常的敏感性。該研究提示，骨松寧可能成為心律失常的保護藥物；(3)首次發現骨髓間充質干細胞可以抑制異丙腎上腺素誘導的心肌細胞肥大，進一步研究發現骨髓間充質干細胞通過分泌VEGF抑制心肌細胞肥大，而阻斷VEGF可以減弱骨髓間充質干細胞的抗肥大作用，且在研究中我們還發現，骨髓間充質干細胞和心肌細胞之間存在Crosstalk現象，兩者協同分泌釋放VEGF；(4)率先發現骨髓間充質干細胞可抑制心肌衰老。我們的研究發現，應用不同方法建立離體心肌細胞衰老模型并與骨髓間充質干細胞共培養后，心肌細胞衰老進程受到顯著抑制，表現為心肌細胞中佚半乳糖苷酶含量降低以及p53等衰老相關蛋白表達減少。此外我們的研究發現，骨髓間充質干細胞移植可明顯改善衰老心臟的功能。該發現為老年人心臟疾病的防治提供了新策略和新思路；（5）除以上研究內容外，我們還在本項目中開展了基于干細胞的藥物安全性評價研究，揭示了多柔比星、三氧化二砷等藥物對骨髓間充質干細胞/心肌干細胞的毒理作用并闡明其分子機制。首次發現抗腫瘤藥物多柔比星可以通過激活ROS/p38/JNK/p53信號通路引起骨髓間充質干細胞凋亡，而抗白血病藥物三氧化二砷對骨髓間充質干細胞和心臟干細胞均具有一定毒性作用，這也是多柔比星和三氧化二砷在臨床使用過程中易產生心臟副作用的新機制。在本項目中，我們深入探討了干細胞與心肌互作調控對心血管疾病病理過程的影響，并圍繞骨髓間充質干細胞在心律失常、心肌肥厚和心肌衰老等心臟疾病中的應用開展了一系列研究，解決了骨髓間充質干細胞移植存在的分化率低和安全性的問題，為尋找修復受損心臟的新方法和新靶點提供理論基礎和實驗依據，具有十分重要的科學意義和臨床應用價值。本項目以國家自然科學基金為依托，已發表署名本課題資助的SCI論文9篇，獲省部級科研獎勵12項，參加國際和國內學術會議作報告及講座5次。此外，在本項目研究的基礎上，項目組成員相繼中標4項國家自然科學基金。主要完成人情況表序號姓名性別出生年月技術職稱文化程度工作單位完成單位對成果創造性貢獻曾獲科技獎勵情況1蔡本志男1980.03正高博士研究生哈爾濱醫科大學哈爾濱醫科大學作為本項目總設計和主要實施完成人，主持本成果相關科研項目申報、實施與總結。見下表2楊磊男1983.04副高博士研究生哈爾濱醫科大學附屬第一醫院哈爾濱醫科大學本項目課題總設計，人員調度，針對項目難點和創新點進行技術攻關。1、腦心缺血損傷的新機制及防治新靶點，黑龍江省政府二等獎，2016；2、腦心缺血損傷的新機制及防治新靶點，黑龍江省醫藥衛生科技進步一等獎，20163楊帆女1988.09中級博士研究生哈爾濱醫科大學哈爾濱醫科大學完成藥理學、細胞生物學、分子生物學相關實驗及數據分析。無4許超千男1975.11正高博士研究生哈爾濱醫科大學哈爾濱醫科大學針對項目難點和創新點進行技術攻關，實驗方案的研究和擬定。無5袁野女1987.09副高博士研究生哈爾濱醫科大學哈爾濱醫科大學完成藥理學、分子生物學相關實驗及數據分析。無6馬文亞女1989.10中級博士研究生哈爾濱醫科大學哈爾濱醫科大學完成電生理學、生物信息學相關實驗及數據分析無7張明宇男1985.03副高博士研究生哈爾濱醫科大學哈爾濱醫科大學完成建立動物模型、細胞生物學、分子生物學相關實驗及數據分析。無蔡本志曾獲獎勵情況：微小RNA對缺血預適應心肌保護的調節機制及以其為靶點的藥物研發，黑龍江省醫藥衛生科技進步一等獎，2015急慢性心肌缺血損傷的新機制和防治新靶點，黑龍江省科學技術二等獎，2015急慢性心肌缺血損傷的新機制和防治新靶點，黑龍江省醫藥衛生科技進步一等獎，2014心源性猝死防治新靶點及其藥物干預，教育部自然科學獎一等獎，2014三氧化二砷毒性反應發生機制及防治策略，中華醫學會科技獎一等獎，2014微小核苷酸在心律失常中的作用，中華醫學會科技獎三等獎，2014亞太青年藥理學家聯盟會議優秀英文報告獎，一等獎，2013高同型半胱氨酸誘發心血管疾病的新機制-離子通道失衡，黑龍江省科學技術二等獎，2011高同型半胱氨酸誘發心血管疾病的新機制-離子通道失衡，黑龍江省高校科學技術一等獎，2011中國藥學會-賽諾菲安萬特青年生物藥物獎，一等獎，2011黑龍江省青年科技獎，一等獎，2011調控惡性心律失常發生關鍵分子一microRNAs，中國藥學會科學技術獎二等獎，2010心肌缺血性疾病新的分子信號機制研究，黑龍江省科學技術二等獎，2010心肌缺血性疾病新的分子信號機制研究，黑龍江省高校科學技術一等獎，2010中國藥理學會施維雅優秀青年工作者獎，一等獎，2010中國心血管藥理學術會議優秀論文獎，一等獎，2010風心病患者心房肌細胞異質性與房顫，黑龍江省科學技術三等獎，2009風心病患者心房肌細胞異質性與房顫，黑龍江省高校科學技術一等獎，2009心律失常防治的分子機制研究，中華醫學會科技二等獎，2009代表性論文專著目錄CaiBZ,LiJP,WangJH,LuoXB,AiJ,LiuYJ,WangN,LiangHH,ZhangMY,ChenN,WangG,XingS,ZhouX,YangBF,WangXY,LuYJ*.microRNA-124regulatescardiomyocytedifferentiationofbonemarrow-derivedmesenchymalstemcellsviatargetingSTAT3signaling.StemCells.2012;30(8):1746-55.CaiBZ,ZhaoLM,WangN,LiuJQ,ZhuSL,MengFY,ZhouHY,LuYJ,AiJ,YangBF.BoneMarrowMesenchymalStemCellsUpregulateTransientOutwardPotassiumCurrentsinPostnatalRatVentricularMyocytes.JournalofMolecularandCellularCardiology.2009;47(1):41-8.工CaiBZ,WangG,ChenN,LiuY,YinK,NingC,LiX,YangF,WangN,WangY,PanZ,LuY.Bonemarrowmesenchymalstemcellsprotectedpost-infarctedmyocardiumagainstarrhythmiasviareversingpotassiumchannelsremodelling.JCellMolMed.2014;18(7):1407-16.CaiBZ,TanX,ZhangY,LiX,WangX,ZhuJ,WangY,YangF,WangB,LiuY,XuC,PanZ,WangN,YangB,LuY.MesenchymalStemCellsandCardiomyocytesInterplaytoPreventMyocardialHypertrophy.StemCellsTranslMed.2015;4(12):1425-1435.YangF,ChenH,LiuY,YinK,WangY,LiX,WangG,WangS,TanX,XuC,LuY,CaiBZ.DoxorubicinCausedApoptosisofMesenchymalStemCellsviap38,JNKandp53Pathway.CellPhysiolBiochem.2013;32(4):1072-82.YangL,CaiB,WangR,DuW,ZhangY,ShanH,BiZ,LuY.Gusongningreducedthesusceptibilityoforchidectomizedratstoarrhythmiasininfarctedmyocardium.IntJCardiol.2014;172(1):e162-4.MaW,ZhaoL,YinK,FengD,YangF,LiangJ,ChenH,BiC,LiX,WangY,CaiBZ(Correspondingauthor).Effectsofarsenictrioxideonproliferation,paracrineandmigrationofcardiacprogenitorcells.IntJCardiol.2015Jan20;179:393-6.CaiBZ,ZhuS,LiJ,ChenN,LiuY,LuY.Bonemarrow-derivedmesenchymalstemcellsprotectedratcardiomyocytesfromprematuresenescence.IntJCardiol.2012;154(2):180-2.ZhangM,LiuD,LiS,ChangL,ZhangY,LiuR,SunF,DuanW,DuW,WuY,ZhaoT,XuC,LuY.Bonemarrowmesenchymalstemcelltransplantationretardsthenaturalsenescenceofrathearts