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工程化 GDF-15 外泌体通过调节巨噬细胞重编程促进梗死后心肌修复

急性心肌梗死(AMI)作为一种严重的冠状动脉疾病,是全球人口死亡的主要原因之一。近年来发病人数骤增。《中国心血管病报告2016》结论指出,2030年我国预计有2260万心肌梗死患者。尽管血运重建策略显著降低了心肌梗死患者急性期的死亡率,慢性心力衰竭作为急性心肌梗死重要并发症之一,其发生率为19.5%~25.1%。

 

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慢性心衰患者的心脏由于长时间超负荷运转功能受到损害,心肌的收缩和舒张能力都减弱,造成心脏无法正常收缩将血液泵入动脉,也无法正常舒张将静脉血液“收回”,从而不能推动有效的血液循环。

 

慢性心力衰竭通常是一种逐渐发展的疾病,在较长的时间内逐渐恶化;主要症状包括呼吸困难、乏力、体力活动耐受力下降、水肿(尤其是腿部和腹部)、咳嗽和喘息等。这些症状常常会影响患者的日常生活质量,并可能导致低氧血症和其他并发症的发生。

 

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近年来,心脏免疫环境被越来越多的研究指出是慢性心力衰竭进展的核心因素之一。巨噬细胞作为心脏中最丰富的免疫细胞,通过其吞噬和分泌等功能,在慢性心衰的发生发展中发挥着重要的作用,是维持心脏免疫环境的主导细胞群。生长分化因子(GDF-15),作为 TGF-β 超家族的一员,是从活化的巨噬细胞系克隆中鉴定并发现的,研究显示其具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的特性。

 

近期,南京医科大学附属常州二院孙铃/纪元/王庆捷教授团队在 Biomed Pharmacother 上发表了题为“Extracellular vesicle mediated targeting delivery of growth differentiation factor-15 improves myocardial repair by reprogramming macrophages post myocardial injury”的研究论文,报告了一种从巨噬细胞中分泌的富含 GDF-15 的外泌体用于心肌梗死后心肌修复治疗。

 

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生长分化因子-15(GDF-15)是转化生长因子-β(TGF-β)超家族中的一员,属于应激反应蛋白,参与调节组织损伤以及疾病进程中的炎症和凋亡水平。已有研究证实 GDF-15 是一个重要的心血管保护因子,在缺血-再灌注、压力负荷和心衰的情况下具有抑制心肌细胞凋亡及心肌肥厚,改善心室重构和抗炎的作用。此研究旨在探讨心肌损伤后过表达 GDF-15 的工程外泌体(GDF15-EVs)的作用及其在心脏修复中的分子机制。

 

在这项工作中,研究人员首先成功构建工程化的高表达 GDF-15 的外泌体,并证实其可被心肌细胞摄取吸收进而发挥生物学功能。在此基础上进行了后续实验,发现 GDF15-EVs 在急性心肌梗死后大鼠模型中通过减少心肌纤维化面积和炎症反应、促进血管生成和抑制心肌凋亡,改善心脏功能,证实了其对缺血性心脏病的有效治疗价值。

 

机制上,通过对 GDF-15 外泌体的蛋白组学分析,证实 GDF-15 外泌体进入靶细胞后可通过调控 Smad2/3/脂肪酸结合蛋白4(FABP4) 调节促炎型及修复型巨噬细胞的平衡,进而发挥对缺血性心肌病的心脏保护作用。

 

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通过一系列实验证实,工程化 GDF-15 外泌体可促进梗死区附近的巨噬细胞表型转换,促使其重编程为修复型巨噬细胞进而促进组织修复。这项工作首次证实了工程化的 GDF-15 外泌体可通过调节心肌梗死后巨噬细胞表型转换改善心梗后的心功能,为未来的临床转化提供了新思路及新方向。

 

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