【学术前沿】刘中民/高崚/杨黄恬/初曙光课题组合作发现MSCs含有的miR-125a-5p治疗可改…

心肌梗死后，多种病理生理学发展引起心脏重构，并最终导致心力衰竭。影响这一过程的基本决定因素是初始梗死面积的大小和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的及时再灌注来实现的。然而这种缺血/再灌注（I/R）的过程会在心脏中引发强大的炎症级联，并促成最终的心梗1。间充质干细胞（MSCs）被认为在治疗心脏I/R损伤中，具有明显的抗炎、促进血管生成、减少心肌细胞凋亡等作用2。然而多数确凿的证据表明旁分泌机制可能是MSCs功效的关键，并主要归功于其分泌的含有多种生物活性成份的外泌体（MSC-Exo）3, 4。作为MSC-Exo中主要活性成分的miRNA，有着许多先天的优势，比如成分单一、无免疫原性、生产和运输方便等5。然而，MSC-Exo中最富集的miRNA和miRNA合成寡核苷酸（agomir）是否能在I/R心脏中重现MSCs或MSC-Exo的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、初曙光课题组和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Therapeutic delivery of microRNA-125a-5p oligonucleotides improves recovery from myocardial ischemia/reperfusion injury in mice and swine的研究论文。研究表明，miR-125a-5p在MSC-Exo中富集，在小鼠I/R心肌中给予其修饰的miR-125a-5p agomir，以及MSCs或MSC-Exo，均可通过增加心脏收缩功能和限制不良重构发挥明显的心脏保护作用。此外，miR-125a-5p agomir治疗增加了M2型巨噬细胞的极化，促进了血管生成，和减弱了成纤维细胞的增殖和激活，并随后改善了心肌细胞凋亡和炎症浸润。机制上，KLF13、Tgfbr1、和Daam1被认为是miR-125a-5p分别调节巨噬细胞、成纤维细胞、和内皮细胞功能的靶点。在猪模型中，miR-125a-5p agomir治疗后也观察到类似的心脏保护结果，但不增加心律失常发生和肝、肾、或心脏毒性的风险。由此表明，这种有针对性的miRNA递送有望像干细胞和外泌体一样，成为一种治疗心脏I/R损伤的有效和安全的策略（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，而在其他类型的心脏细胞（心肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞、和巨噬细胞）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、或 miR-125a-5p agomir注射到I/R小鼠心肌梗死边缘区，发现3种治疗方法之间没有明显的差异，但均可明显的提高小鼠生存率，阻止I/R后心功能的下降，包括左室射血分数（LVEF）和左室短轴缩短率（LVFS）的下降，以及收缩末期内径（LVIDs）的升高；并均能改善小鼠心肌重构，比如心脏与体重的比值、心室纤维化、和梗死边缘区心肌细胞的横截面积大小都有明显的改善（图2）。还发现miR-125a-5p agomir在I/R后心脏重构相关的关键病理过程中有着明显的作用，包括减低心肌中心肌细胞凋亡和成纤维细胞活化、改善炎症、和促进血管生成。

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。

研究人员接下来研究了在体外miR-125a-5p对主要类型心脏细胞的保护作用和机制。发现miR-125a-5p可被巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞、和心肌细胞摄取，并可明显的调节巨噬细胞的M2型极化、抑制成纤维细胞的增殖和激活，和促进内皮细胞的成管活性，但是不直接影响糖氧剥夺下心肌细胞的凋亡。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）；还通过靶向Tgfbr1抑制成纤维细胞的增殖和激活；和通过与Daam1相互作用增加内皮细胞的成管活性。

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损伤导致左室射血分数和搏出量的明显下降，以及收缩末期容积和舒张末期容积的增加。但miR-125a-5p agomir治疗可逆转这种心功能损伤（图4），另外还改善了心脏灌注指数和冠脉左前降支供应区中部和顶部的节段运动。并且没有观察到miR-125a-5p治疗后心律失常事件发生的明显差异（图5），和肝、肾或心脏毒性负担的增加。

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

总而言之，本研究提供了一个证据，应用miR-125a-5p agomir是一种有效和安全的策略，可发挥心脏保护作用，包括改善存活率、心肌功能和心脏重构。这种具有单一成分、明确机制和无免疫原性的miRNA疗法有望像干细胞疗法、外泌体疗法一样，成为修复I/R损伤后心脏的一种有前景的方法。

原文链接：

https://www.thno.org/v13p0685.htm

参考文献：

1. Xiang M, Lu Y, Xin L, Gao J, Shang C, Jiang Z, Lin H, Fang X, Qu Y, Wang Y, Shen Z, Zhao M, Cui X. Role of Oxidative Stress in Reperfusion following Myocardial Ischemia and Its Treatments. OXID MED CELL LONGEV. 2021;2021:6614009.

2. Terashvili M, Bosnjak ZJ. Stem Cell Therapies in Cardiovascular Disease. J CARDIOTHOR VASC AN. 2019;33(1):209-222.

3. Nernpermpisooth N, Sarre C, Barrere C, Contreras R, Luz-Crawford P, Tejedor G, Vincent A, Piot C, Kumphune S, Nargeot J, Jorgensen C, Barrere-Lemaire S, Djouad F. PPARbeta/delta Is Required for Mesenchymal Stem Cell Cardioprotective Effects Independently of Their Anti-inflammatory Properties in Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury. FRONT CARDIOVASC MED. 2021;8:681002.

4. Zhang LL, Xiong YY, Yang YJ. The Vital Roles of Mesenchymal Stem Cells and the Derived Extracellular Vesicles in Promoting Angiogenesis After Acute Myocardial Infarction. STEM CELLS DEV. 2021;30(11):561-577.

5. Liu B, Wang B, Zhang X, Lock R, Nash T, Vunjak-Novakovic G. Cell type-specific microRNA therapies for myocardial infarction. SCI TRANSL MED. 2021;13(580).

原标题：《【学术前沿】刘中民/高崚/杨黄恬/初曙光课题组合作发现MSCs含有的miR-125a-5p治疗可改善缺血/再灌注损伤后心功能恢复》

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