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G-CSF 介导的“ CXCR4 效应”和“非 CXCR4 效应”心肌缺血后心律失常发生中的作用

G-CSF 介导的“ CXCR4 效应”和“非 CXCR4 效应”心肌缺血后心律失常发生中的作用. The role of G-CSF mediated “CXCR4 and non-CXCR4 effects” in post-ischemic arrhythmogenesis. 中国人民武装警察部队医学院附属平津医院 武警部队心血管病研究所 罗涛 李玉明 周欣 刘红梅 恽佶例. 粒细胞集落刺激因子 Granulocyte Colony-Stimulating Factor, G-CSF.

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G-CSF 介导的“ CXCR4 效应”和“非 CXCR4 效应”心肌缺血后心律失常发生中的作用

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  1. G-CSF介导的“CXCR4效应”和“非CXCR4效应”心肌缺血后心律失常发生中的作用G-CSF介导的“CXCR4效应”和“非CXCR4效应”心肌缺血后心律失常发生中的作用 The role of G-CSF mediated “CXCR4 and non-CXCR4 effects” in post-ischemic arrhythmogenesis 中国人民武装警察部队医学院附属平津医院 武警部队心血管病研究所 罗涛 李玉明 周欣 刘红梅 恽佶例

  2. 粒细胞集落刺激因子 Granulocyte Colony-Stimulating Factor, G-CSF 动员骨髓中多种干细胞 —— 血液病治疗 用于心肌梗死干细胞治疗 —— 无创、方便 有争议

  3. G-CSF治疗心肌梗死作用机制 • G-CSF动员的骨髓干细胞直接转分化为心肌细胞及血管组织 • G-CSF动员的骨髓干细胞通过旁分泌机制发挥促血管再生、减少细胞凋亡 • G-CSF直接作用于靶细胞上的受体发挥细胞保护作用

  4. Sham Operation MI control MI + G-CSF Cardiovasc Res, 2008, 80(3): 425-34.

  5. 有创血流动力学检测

  6. 非梗死区心肌细胞病理学改变 大鼠心肌梗死后非梗死区心肌细胞横截面积比较 采用FITC标记的WGA染色心肌组织切片，细胞轮廓清晰可见（绿色荧光）DAPI标记细胞核（蓝色荧光）放大倍数为×200倍。 *与7天同处理组比较P<0.05，†与同时间点sham组比较 P<0.05，‡与同时间点saline组比较P<0.05，＃与同时间点I-G组比较P<0.05。

  7. G-CSF/SCF reduces inducible arrhythmiasin the infarcted heart potentially viaincreased connexin43 expression and arteriogenesis Michael T. Kuhlmann et al. The Journal of Experimental Medicine. 2006. 203: 87–97

  8. 究竟是何种原因引起G-CSF对心脏结构和血流动力学的作用效果和电生理效果出现差异，分离？究竟是何种原因引起G-CSF对心脏结构和血流动力学的作用效果和电生理效果出现差异，分离？

  9. G-CSF G-CSF G-CSFR nertrophils Stat-3 Akt eNOS Bcl-2 Bcl-xl Non-CXCR4 effects JAK-2 AMD3100 SDF-1 CXCR4 effects SDF-1 SDF-1 Regeneration Pancrine (VEGF, bFGF) AMD3100 CXCR4 Peripheral blood

  10. 【研究目的】 • 探讨G-CSF对离体心肌细胞模型离子通道电流的影响； • 探讨G-CSF单独作用、G-CSF与骨髓干细胞表面受体CXCR4的拮抗剂（AMD3100）联合作用对缺血心肌电生理特性的影响差异； • 探讨G-CSF对早期（7天）电生理特性的影响是否能够持续到心肌缺血后的慢性恢复期（3月）

  11. 第一部分 细胞电生理实验

  12. 不同浓度G-CSF干预条件下得到的电流 L型钙离子通道（ICa.L） 激活曲线和失活曲线（激活曲线由I-V曲线计算获得，均可为Boltzmann方程（y={1/1+exp[(Vm－V0.5)/s]}）拟合）

  13. I-V曲线和激活曲线 钠离子通道（INa） 失活曲线和静态失活曲线

  14. 细胞电生理结果小结 • 急性G-CSF干预下，模拟缺血条件下心室肌细胞ICa.L的I-V曲线发生了改变，呈剂量依赖性增加；失活曲线未发生变化，激活曲线在300μg/kg的时候向右偏移，表明离子通道更容易激活；300μg/kg G-CSF同100μg/kg G-CSF相比，电流密度无明显统计学差异。 • 给予最大剂量 （300μg/kg）G-CSF对缺氧条件下心室肌细胞急性干预，INa的 I-V曲线、激活曲线、失活曲线和静态失活曲线均无明显变化。

  15. 第二部分 在体心肌缺血模型实验

  16. Wistar rats (n=129) 缺血60min/再灌注（n=111） 延迟治疗组（D） 再灌注24h后开始治疗 即刻治疗组（I） 再灌注1h后开始治疗 术后7天 术后3个月 • 动物分组及技术路线 假手术（n=18） saline G-CSF+AMD3100（GA） G-CSF（G） 电生理检测 病理学分析 血流动力学检测

  17. G-CSF： 100μg/kg/d，连续5天； 即刻给药组：静脉注射（首次）+皮下注射（×4d） 延迟给药组：皮下注射（ ×5d ） • AMD3100： 1mg /kg/d，腹腔注射，连续6天。

  18. 采用Langendorff灌流装置进行离体电生理实验

  19. 实验动物的一般情况及术后存活情况 本实验成功造模129只，在观察期间共死亡20只，最后纳入实验结果的为109只，其中18只为sham组（无一死亡）。各处理组均保证最后有8只以上大鼠纳入实验。

  20. 大鼠心肌缺血/再灌注心肌梗死模型的建立 图 大鼠心肌缺血/再灌注模型制作过程中心电图的动态演变

  21. 外周血细胞计数分析

  22. 窦性心动周期 主要离体电生理参数变化 有效不应期与MAP90离散度

  23. 单相动作电位和有效不应期 主要离体电生理参数变化

  24. 室颤和室速记录图 主要离体电生理参数变化

  25. 室颤阈值 主要离体电生理参数变化 室颤时程

  26. 有创血流动力学检测

  27. 非梗死区心肌细胞病理学改变 大鼠心肌梗死后非梗死区心肌细胞横截面积比较 采用FITC标记的WGA染色心肌组织切片，细胞轮廓清晰可见（绿色荧光）DAPI标记细胞核（蓝色荧光）放大倍数为×200倍。 *与7天同处理组比较P<0.05，†与同时间点sham组比较 P<0.05，‡与同时间点saline组比较P<0.05，＃与同时间点I-G组比较P<0.05。

  28. 心脏整体电生理结果小结 • 即刻G-CSF干预组和延迟G-CSF干预组较I/R对照组心脏整体电生理指标均有改善，但上述两组电生理指标均未恢复到Sham组水平(P<0.05)； • 即刻G-CSF＋AMD3100干预组和延迟G-CSF＋AMD3100干预组电生理指标均基本恢复到Sham组水平。 • 缺血再灌注7天各干预组心脏整体电生理指标改善能够延续到缺血再灌注后3个月。

  29. 讨 论

  30. Non-CXCR4 effects CXCR4 effects AMD3100

  31. 即刻G-CSF治疗 动员CXCR4+干细胞 影响瘢痕形成 CXCR4 即刻G+A治疗 SDF-1 损伤心肌 负性肌力作用 非梗死区心肌肥厚 参与炎症反应 被炎症反应损伤 加重心肌损伤 削弱保护作用 LV机械和电重塑 可能机制： AMD3100 AMD3100 募集 改善 改善 Pflugers Arch, 2007, 455(2): 241-50.

  32. 结 论 0～300μg/kg范围内不同浓度G-CSF急性干预条件下，随G-CSF剂量升高缺氧大鼠心室肌细胞L型钙离子通道电流密度逐渐增大，300μg/kg G-CSF同100μg/kgG-CSF相比，电流密度无统计学差异，表明100μg/kg为G-CSF最佳干预剂量。 最大剂量（300μg/kg）G-CSF干预条件下，钠离子通道各项指标无明显改变，表明急性G-CSF干预对钠通道无影响，即心肌细胞动作电位上升支无改变。 即刻G-CSF干预优于延迟G-CSF干预；早期心脏整体电生理学指标改善能够延续到缺血心肌慢性恢复期；联合G-CSF+AMD3100干预组有强于单独G-CSF干预组的趋势。

  33. 感谢各位专家和心血管同仁

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