杨黄恬研究组合作发现活性锶离子复合水凝胶促进心肌梗死心脏修复的新作用

作者: 2021-01-18 来源:
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  2021年1月15日,国际学术期刊Science Advances在线发表了题为“Strontium ions protect the hearts against myocardial ischemia/reperfusion injury”的研究论文,该研究由中国科学院上海硅酸盐研究所常江研究组与上海营养与健康研究所杨黄恬研究组合作完成,首次揭示了缓释锶离子(Sr2+)的复合水凝胶可通过减少心肌缺血/再灌注引起的心肌细胞凋亡、促进血管新生和心血管细胞间的相互支持有效改善心肌梗死(心梗;myocardial infarction)后的心功能,并抑制纤维疤痕形成。

  根据《中国心血管健康与疾病报告2019》,心血管疾病在我国高居致死病因首位,其中心肌梗死(心梗)和其导致的心力衰竭已成为心血管病的主要“杀手”,在我国呈现快速、持续上升趋势,给居民和社会带来严重的医疗和经济负担。心肌缺血后及时恢复血供是治疗急性心梗的必要手段,但也会带来新的损伤, 称之为心肌缺血/再灌注 (ischemia/reperfusion, I/R) 损伤,目前尚缺乏有效地针对心肌缺血/再灌注损伤的干预手段(Davidson et al, J. Am. Coll. Cardiol 2019)。急性心梗引起的大量心肌细胞的死亡及死亡的心肌细胞被纤维疤痕替代导致的心力衰竭和心律失常是心梗死亡率高的主要原因。如何挽救心梗早期损伤的心肌细胞,减少心肌细胞死亡,恢复被破坏的血管网是心梗后心肌修复的关键。因此,发展治疗心肌缺血/再灌注损伤的实用方法,尤其是开发促进心肌细胞存活、血管再生、抑制纤维疤痕形成的有效干预手段具有重要的临床意义。

  锶是人体必需的微量元素,主要存在于牙齿和骨骼中,可通过食物及饮水摄取并主要通过尿液代谢。由于锶对骨生成具有多种调节作用,含锶药物(雷奈酸锶,氯化锶药物等)被广泛应用于治疗骨质疏松,骨质增生,软骨病等。在促进骨再生中,Sr2+被发现具有促进血管生成的作用,但其在心脏中的作用未见报道,其促进血管生成的作用是否可保护心肌对抗心肌缺血/再灌注损伤也不清楚。该合作团队在2019年发现含硅离子的壳聚糖纳米纤维材料制作成的心脏补片移植后可促进心梗心脏功能改善(Wang et al, ACS Appl. Mater. Inter. 2019),提示来源丰富的微量元素有可能作为治疗缺血性心脏病的一种新手段。在此基础上,合作团队进一步探索了Sr2+治疗缺血性心脏病的可能性。在本研究中,研究人员通过体外实验明确了Sr2+对多种心血管细胞的激活作用,如促进内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的增殖、迁移、分泌血管生成相关因子及细胞间相互作用;抑制心肌细胞凋亡、抵抗低氧无糖损伤;继而设计和制备具有可注射性、可降解性、可缓释合适浓度的Sr2+复合水凝胶。在小鼠心肌缺血/再灌注(60分钟/20分钟)后心肌注射Sr2+水凝胶,可以显著改善心肌缺血/再灌注一个月后心功能、减小纤维疤痕面积。这些心肌修复作用伴随着新生血管的增加、凋亡心肌细胞的减少。进一步分析发现Sr2+水凝胶在移植两周后可降解,主要通过尿液排出;Sr2+水平在注射两周后心脏中仍显著高于对照组,但未见在肝脏、肾脏和肺器官积累。

  综上,该研究揭示了Sr2+水凝胶在缺血心肌修复中的作用。由于Sr2+具低成本、高稳定性和生物安全性特点,有可能成为缺血性心脏病治疗的新手段。

  常江研究组助理研究员邢敏和杨黄恬研究组博士研究生江芸为该研究论文的共同第一作者;常江研究员和杨黄恬研究员为共同通讯作者;同时也得到了团队其他成员的大力支持。该研究得到国家重点研发计划专项、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委项目和上海市自然科学基金的资助。

  


图. Sr2+水凝胶对心肌梗死修复作用模式图

  原文连接:https://advances.sciencemag.org/content/7/3/eabe0726

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