Cell Res | 南模生物助力发现心内膜中Kdr的过度表达可改善心肌梗死后的心脏功能

2020-12-22 16:06 by 南模生物


2020年11月20日,上海科技大学张辉团队在Cell Research 在线发表题为“Overexpression of Kdr in adult endocardium induces endocardial neovascularization and improves heart function after myocardial infarction”的研究论文,该研究发现在成年心脏的心内膜细胞中过表达Kdr基因,可以促进心内膜细胞生成冠状血管;心肌梗死后心内膜转变为冠状血管,可以降低心肌细胞的凋亡,减少心脏纤维化,改善心功能。该发现对心肌梗死的治疗具有重要意义。

南模生物为该研究构建了H11-LSL-Kdr-mCherry小鼠模型。

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冠状动脉疾病是全世界死亡率和发病率的主要原因。血液流向心肌受阻会导致心脏缺血和心肌梗塞(MI)。在MI期间会诱发许多血管生成因子,但这些因子目前在临床上也不能很好地促进心梗患者产生新的冠状血管,并且具有很大副作用。找到促进冠状血管形成的新方法将有助于心肌梗死的临床治疗。


据报道在胎儿和新生儿阶段,心室自由壁和隔膜中的冠状血管内皮细胞很大一部分是由心内膜发育而来的。然而,成年心内膜仅能在体内平衡或受伤等情况下会分化成冠状血管内皮细胞。寻找促进成年心内膜新生血管的新方法可提供重要的临床见解,为开发潜在的治疗缺血性心脏病的新技术提供重要理论依据。

血管内皮生长因子(VEGF)及其受体(VEGFRs)已显示在血管生成中起重要作用。该研究探索了VEGFR2(也称为KDR)在不同发育阶段的心内膜中的表达(Fig.1)。该研究发现在胚胎第13.5天(E13.5),E16.5和出生后第1天(P1)的心内膜中可以检测到KDR,心内膜KDR的表达从E13.5开始逐渐降低。并且,在P7或成年期的心内膜中已经检测不到明显的KDR表达。考虑到成年心内膜中KDR表达的降低,并且心内膜丧失了新生血管形成能力,研究人员推测成年心内膜中的KDR再次引入可能会重新激活其血管生成的发育程序并促进MI后的新生血管形成。

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Fig.1 KDR expression in endocardium at different developmental stages.


为了在成年心内膜中特异性表达KDR并同时追踪心内膜细胞,该研究通过插入CAG启动子驱动的表达盒产生了条件性过表达小鼠H11-LSL-Kdr-mCherry,将loxp-stop-loxp-Kdr-2A-mCherry插入位于Eif4enif1和Drg1基因间区域内的Hipp11(H11)位点中(Fig.2)。

H11-LSL-Kdr-mCherry小鼠与特异心内膜Cre驱动的Npr3-CreER小鼠杂交,在出生后8周用他莫昔芬处理了Npr3-CreER;H11-LSL-Kdr-mCherry小鼠,并在48 h后收集心脏进行分析。对KDR,mCherry和CDH5进行的免疫染色结果显示,在心内膜中可以检测到KDR和mCherry,这表明在成年Npr3-CreER;H11-LSL-Kdr-mCherry的小鼠心内膜中成功表达了KDR(Fig.2)。

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Fig.2 Adult endocardium with Kdr-overexpression generates coronary VECs in homeostasis and post-MI.


接下来,该研究检查了心脏动态平衡期间表达Kdr的心内膜的细胞命运。在Npr3-CreER;H11-LSL-Kdr-mCherry小鼠第8周进行他莫昔芬给药,第9周时未检测出mCherry标记的冠状血管内皮细胞;第18周时仅在心肌中检测到mCherry标记的稀疏的冠状血管内皮细胞;半年后在心肌自由壁的内层中已经可以发现一群标有mCherry的冠状血管内皮细胞。总的来说,长时间心内膜过表达Kdr在心脏动态平衡期间有助于冠状血管内皮细胞的形成。

为了研究在MI期间过表达Kdr的心内膜是否有助于新的冠状动脉血管内皮细胞形成,研究人员进行了天狼星红染色检查MI后的心脏纤维化,发现与对照组相比,心内膜过表达Kdr明显降低了纤维化面积。同时,在过表达Kdr小鼠心脏的梗塞区域中内皮密度增加,心肌细胞凋亡减少。因此,成年心内膜中Kdr的过表达减少了心肌纤维化和心肌细胞凋亡,增加了血管密度,并改善了MI后的心脏功能。

总之,该研究工作表明,心内膜过表达Kdr可以在心脏稳态和MI后将成年心内膜转化为冠状血管,从而改善缺血后的心脏功能。本研究发现了治疗心肌梗死的新的潜在策略,也为未来研究提出了新的方向:研发高效的特异性针对心内膜细胞实现药物递送的载体材料(如病毒载体等)促进血管新生是实现向临床转化的重要方法。




原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41422-020-00436-y




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