衰老过程通过多能干细胞衍生的心肌细胞调节心脏修复

《Stem Cell Research & Therapy》：Senescence modulated cardiac repair with pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes

　　

摘要

背景

人类诱导多能干细胞衍生的心肌细胞（hiPSC-CMs）在治疗心力衰竭方面具有巨大潜力。然而，由于细胞植入效果不佳，其临床应用仍然受到限制，这突显了需要开发能够保持治疗效果的可扩展生产方法。尽管使用糖原合成酶激酶3β（GSK3β）抑制剂进行体外扩增可以显著提高hiPSC-CM的产量，但这些扩增细胞的治疗潜力尚未得到充分研究。

方法

hiPSCs通过传统的单层培养方案分化为未扩增的心肌细胞（N-CMs），或者进一步用CHIR99021处理后扩增为扩增的心肌细胞（E-CMs）。E-CMs和N-CMs都被移植到大鼠心肌梗死模型中以评估其植入效率。为了防止E-CMs发生衰老，细胞分别用PAPD5抑制剂BCH001处理（E-CM-B）或用DMSO作为对照（E-CM-D），然后以相同的方式移植。在体外，通过粘附实验、免疫细胞化学、RNA测序（RNA-seq）分析和线粒体检测来评估细胞的特性，包括衰老和成熟情况。在体内，通过超声心动图评估心脏功能，通过生物发光成像监测植入情况，并通过组织学和免疫组化分析检查植入细胞的特性。

结果

虽然GSK3β抑制剂介导的扩增提高了hiPSC-CM的产量，但它导致了端粒缩短、DNA损伤增加以及与衰老相关的标志物上调，最终影响了移植后的植入效果和功能恢复。在扩增过程中使用BCH001处理可以减轻衰老标志物并促进线粒体成熟。移植这些经过药物处理的hiPSC-CMs显著改善了心肌梗死心脏的预后，包括增加移植组织的大小、增强左心室功能、减少纤维化，并促进体内成熟。

结论

本研究表明，细胞衰老是扩增hiPSC-CMs治疗效果的主要障碍。在体外扩增过程中短暂使用PAPD5抑制剂进行药物干预可以有效恢复hiPSC-CMs的再生潜力。这些发现为克服当前hiPSC-CM治疗中的局限性提供了一种可扩展且具有临床意义的策略，为更安全、更有效的心力衰竭细胞疗法铺平了道路。

背景

人类诱导多能干细胞衍生的心肌细胞（hiPSC-CMs）在治疗心力衰竭方面具有巨大潜力。然而，由于细胞植入效果不佳，其临床应用仍然受到限制，这突显了需要开发能够保持治疗效果的可扩展生产方法。尽管使用糖原合成酶激酶3β（GSK3β）抑制剂进行体外扩增可以显著提高hiPSC-CM的产量，但这些扩增细胞的治疗潜力尚未得到充分研究。

方法

hiPSCs通过传统的单层培养方案分化为未扩增的心肌细胞（N-CMs），或者进一步用CHIR99021处理后扩增为扩增的心肌细胞（E-CMs）。E-CMs和N-CMs都被移植到大鼠心肌梗死模型中以评估其植入效率。为了防止E-CMs发生衰老，细胞分别用PAPD5抑制剂BCH001处理（E-CM-B）或用DMSO作为对照（E-CM-D），然后以相同的方式移植。在体外，通过粘附实验、免疫细胞化学、RNA测序（RNA-seq）分析和线粒体检测来评估细胞的特性，包括衰老和成熟情况。在体内，通过超声心动图评估心脏功能，通过生物发光成像监测植入情况，并通过组织学和免疫组化分析检查植入细胞的特性。

结果

虽然GSK3β抑制剂介导的扩增提高了hiPSC-CM的产量，但它导致了端粒缩短、DNA损伤增加以及与衰老相关的标志物上调，最终影响了移植后的植入效果和功能恢复。在扩增过程中使用BCH001处理可以减轻衰老标志物并促进线粒体成熟。移植这些经过药物处理的hiPSC-CMs显著改善了心肌梗死心脏的预后，包括增加移植组织的大小、增强左心室功能、减少纤维化，并促进体内成熟。

结论

本研究表明，细胞衰老是扩增hiPSC-CMs治疗效果的主要障碍。在体外扩增过程中短暂使用PAPD5抑制剂进行药物干预可以有效恢复hiPSC-CMs的再生潜力。这些发现为克服当前hiPSC-CM治疗中的局限性提供了可扩展且具有临床意义的策略，为更安全、更有效的心力衰竭细胞疗法铺平了道路。