研究背景：

心肌梗死（MI）是冠狀動脈阻塞導(dǎo)致心肌缺氧壞死的心血管疾病�，F(xiàn)有療法僅能延緩心衰進展，無法實現(xiàn)心肌修復(fù)再生。由支架和治療細胞或生物因子組成的心肌補片（CPs）成為有前景的MI修復(fù)策略。理想CP需同時模擬心肌電學(xué)和力學(xué)性能，并提供生物活性成分增強修復(fù)效果。而研究發(fā)現(xiàn)，心臟常駐巨噬細胞（CCR2^- cRMs）是心肌內(nèi)源性修復(fù)的保障。但心梗后，心臟常駐巨噬細胞大量丟失且恢復(fù)緩慢，給心梗修復(fù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

基于此，王樂禹教授、邱小忠教授團隊近期在【Cell Reports Medicine】雜志上發(fā)表"A functional cardiac patch promotes cardiac repair by modulating the CCR2⁻ cardiac-resident macrophage niche and their cell crosstalk"的相關(guān)研究成果。

闡述一種能夠調(diào)控心臟常駐巨噬細胞生態(tài)位和細胞互作的功能性彈性導(dǎo)電心肌補片，通過整合外源性彈性導(dǎo)電微環(huán)境和心臟常駐巨噬細胞介導(dǎo)的內(nèi)源性修復(fù)微環(huán)境，為心肌梗死的臨床治療提供新的方向。

功能性心肌補片介導(dǎo)細胞互作促心梗修復(fù)的潛在方法

研究方法：
本文采用Langendorff離體心臟灌流技術(shù)和電標(biāo)測技術(shù)（Electrical Mapping）檢測不同模型組的正常區(qū)、梗死區(qū)電傳導(dǎo)速度等指標(biāo)，直接評估正常心肌與梗死心肌之間的電整合能力。

研究結(jié)果：

1. PSL/pIL4的制備、表征和細胞內(nèi)化研究
PSL/pIL4由磷脂酰絲氨酸（PS）修飾的脂質(zhì)體納米載體和聚醚酰亞胺@IL4 pDNA復(fù)合物組成，粒徑為126 ± 14nm，具有高效內(nèi)化能力。實驗表明，PSL在巨噬細胞中的內(nèi)化效率最高（93.64%），主要通過網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑實現(xiàn)，且依賴能量供應(yīng)。PSL/pIL4能夠在10小時內(nèi)從溶酶體逃逸至細胞質(zhì)，具有基因遞送的功能。

圖1. PSL/pIL4 的制備、表征和細胞內(nèi)化

2. PSL/pIL4@pHH CCP的制備、表征及其對心肌細胞功能化的影響
研究用過硫酸銨引發(fā)APMA-HA和HEMA的自由基聚合反應(yīng)，低溫冷凍得到離子導(dǎo)電水凝膠，通過裝載PSL/pIL4 構(gòu)建功能性彈性導(dǎo)電心肌補片PSL/pIL4@pHH CCP。具有仿生導(dǎo)電性（0.02 S/m）和機械性能（彈性模量23–46 kPa），模擬天然心肌微環(huán)境。PSL/pIL4納米載體高效內(nèi)化巨噬細胞，并通過溶酶體逃逸實現(xiàn)IL-4基因遞送，誘導(dǎo)M2型巨噬細胞極化。體外實驗表明，PSL/pIL4@pHH CCP顯著促進心肌細胞（CMs）的功能，增強鈣瞬變同步性和電信號傳導(dǎo)。

圖2. PSL/pIL4@pHH CCP的制備與表征及其對CMs功能的影響

3. PSL/pIL4@pHH CCP通過調(diào)控CCR2^- cRMs的增殖和旁分泌表達，介導(dǎo)CCR2^- cRMs與心肌細胞/心外膜細胞的細胞互作
PSL/pIL4@pHH CCP通過特異性靶向CCR2^- cRMs，顯著促進其增殖（Ki67陽性細胞增加）和修復(fù)性細胞因子（如IGF-1、PDGF-CC、CXCL4和Ang-2）的旁分泌，同時避免炎癥因子增加。通過Transwell和共培養(yǎng)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，PSL/pIL4@pHH CCP增強了CCR2^- cRMs與CMs之間的CX43連接，促進電信號同步傳導(dǎo)。此外，CCR2^- cRMs分泌的IGF-1和PDGF-CC激活WT1⁺心外膜細胞向內(nèi)皮細胞分化，顯著增加內(nèi)皮標(biāo)志物（vWF和CD31）的表達。這些結(jié)果表明，PSL/pIL4@pHH CCP通過調(diào)控CCR2^- cRMs的增殖與旁分泌，協(xié)調(diào)其與CMs及心外膜細胞的互作，為心肌修復(fù)提供了協(xié)同微環(huán)境。

圖3. PSL/pIL4@pHH CCP調(diào)控CCR2⁺ cRMs的增殖與旁分泌調(diào)控作用，從而影響心肌細胞（CMs）和心外膜細胞

4. PSL/pIL4@pHH CCP通過調(diào)控CCR2^- cRMs與CCR2⁺單核細胞衍生巨噬細胞的比例，糾正心肌梗死后的異常免疫微環(huán)境
PSL/pIL4@pHH CCP在體內(nèi)通過調(diào)控CCR2⁺心臟駐留巨噬細胞（CCR2^- cRMs）與CCR2⁺單核細胞衍生巨噬細胞（CCR2⁺ RMs）的比例，糾正心肌梗死后的異常免疫微環(huán)境。實驗顯示，MI后第3天，CCR2^- cRMs丟失超過80%，而PSL/pIL4@pHH CCP植入后顯著促進CCR2^- cRMs的更新，抑制CCR2⁺ RMs的募集和炎癥浸潤。免疫熒光染色證實，PSL/pIL4@pHH CCP組以修復(fù)型CCR2^- cRMs為主。超聲心動圖分析表明，CCR2^- cRMs數(shù)量與心臟功能（縮短分?jǐn)?shù)，F(xiàn)S）呈正相關(guān)（R²=0.8632），而CCR2⁺ RMs數(shù)量與FS呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)果表明，PSL/pIL4@pHH CCP通過重塑免疫微環(huán)境，有效改善心臟功能。

圖4. PSL/pIL4@pHH CCP的植入調(diào)節(jié)大鼠MI模型中CCR2^- cRMs/CCR2⁺ RMs的比例，從而糾正異常的免疫微環(huán)境并改善心臟功能

5. PSL/pIL4@pHH CCP植入通過提高CMs-CMs和CCR2^- cRMs-CMs之間的CX43表達，促進心肌梗死后的電傳導(dǎo)
PSL/pIL4@pHH CCP通過提高CMs-CMs和CCR2^- cRMs-CMs之間的CX43表達，顯著促進心肌梗死后的電傳導(dǎo)。采用Langendorff離體心臟灌流技術(shù)和電標(biāo)測技術(shù)直接評估正常心肌與梗死心肌之間的電整合能力。結(jié)果顯示，CCP植入后梗死區(qū)電傳導(dǎo)速度顯著提高（PSL/pIL4@pHH CCP組最高），電壓幅度從3.5 mV增至9 mV。免疫熒光和流式細胞術(shù)證實，CCP組中CX43⁺巨噬細胞比例從4.2%增至11.3%。這些結(jié)果是由于CCP的導(dǎo)電橋接作用和CCR2^- cRMs的更新。

圖5. PSL/pIL4@pHH CCP的植入通過調(diào)節(jié)心肌梗死后4周的CX43表達，改善心肌電整合

6. PSL/pIL4@pHH CCP植入通過調(diào)控CCR2^- cRMs與心外膜細胞的細胞互作，激活心外膜細胞的分化潛能并促進血管再生
PSL/pIL4@pHH CCP通過調(diào)控CCR2^- cRMs與心外膜細胞的互作，顯著促進梗死區(qū)的血管新生。實驗顯示，在轉(zhuǎn)基因小鼠中植入 CCP 4周后，CCP組中微血管（vWF⁺）和小動脈（vWF⁺ α-SMA⁺）密度顯著增加，M2型巨噬細胞分泌的血管生成因子進一步支持血管形成。免疫熒光和流式細胞術(shù)證實，CCP激活WT1⁺心外膜細胞向內(nèi)皮細胞和周細胞分化，而非成纖維細胞。超聲心動圖顯示，CCP植入2周后射血分?jǐn)?shù)（EF）和縮短分?jǐn)?shù)（FS）顯著提高。這些結(jié)果表明，PSL/pIL4@pHH CCP通過導(dǎo)電微環(huán)境和細胞互作，促進梗死區(qū)血管新生和心臟功能恢復(fù)。

 

圖6. PSL/pIL4@pHH CCP植入后激活心外膜細胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）并促進梗死區(qū)的血管新生

7. PSL/pIL4@pHH CCP植入有效促進大鼠心肌梗死后的心肌修復(fù)
研究發(fā)現(xiàn)，植入CCP顯著改善大鼠心肌梗死后的心臟修復(fù)效果。利用超聲心動圖、組織學(xué)分析系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)CCP能夠顯著減少梗死面積，增加心室壁厚度，顯著增強左心室前壁收縮活動，提高射血分?jǐn)?shù)（EF）和縮短分?jǐn)?shù)（FS），并逆轉(zhuǎn)左心室擴張。

圖7. PSL/pIL4@pHH CCP促進心肌梗死大鼠的心臟修復(fù)

小結(jié)：
本研究開發(fā)的功能性PSL/pIL4@pHH CCP通過靶向CCR2- cRMs的增殖和細胞互作，顯著改善心肌梗死后的修復(fù)效果。CCP減少CCR2+ RMs的募集，抑制炎癥浸潤，糾正免疫微環(huán)境。它促進CCR2-cRMs與CMs之間的CX43表達，并通過旁分泌信號激活心外膜細胞EMT，促進血管再生。此外，CCP通過調(diào)節(jié)CCR2- cRMs/CCR2+ RMs的平衡和心臟電傳導(dǎo)，恢復(fù)了心臟功能。該研究為構(gòu)建CCR2- cRMs介導(dǎo)的協(xié)同修復(fù)微環(huán)境提供了新策略，為MI治療開辟了新途徑。