南开大学团队开发新方法来实现血管损伤的靶向修复

南开大学领导的研究团队近日在《Advanced Science》杂志上发表论文，采用一种新颖的方法对脂肪来源的干细胞进行修饰，从而实现血管损伤的靶向修复。

　　

南开大学领导的研究团队近日在《Advanced Science》杂志上发表题为“Targeted Repair of Vascular Injury by Adipose-Derived Stem Cells Modified with P-Selectin Binding Peptide”的论文，采用一种新颖的方法对脂肪来源的干细胞进行修饰，从而实现血管损伤的靶向修复。

心血管疾病，包括冠状动脉阻塞，已成为人类健康的头号杀手。目前的主要治疗手段是经皮冠状动脉介入治疗（PCI），但这类手术往往会造成病理性血管损伤，其特征是P-选择素过度表达。

脂肪来源的干细胞（ADSC）已成为组织工程和再生医学的主要细胞来源，因为其易于分离且能够自我更新。不过，研究人员面临的难题是如何将细胞有效输送到感兴趣的组织。之前的一项研究表明，全身注射ADSC可以将其募集到受伤的血管，但ADSC缺乏与P-选择素结合的表面配体。因此，需要对ADSC进行修饰以增强其靶向能力。

DPP修饰

在这项研究中，研究人员将P-选择素结合肽（PBP）与聚乙二醇偶联的磷脂衍生物（DMPE-PEG）相结合，通过DMPE-PEG与磷脂双分子层之间的疏水相互作用将PBP插入ADSC细胞膜表面。

在对这种DPP（DMPE-PEG-PBP）修饰进行鉴定后，他们首先评估了修饰对ADSC行为的影响。结果表明，DPP修饰没有改变ADSC的基本功能。它既不影响ADSC的增殖，也不影响细胞凋亡和旁分泌细胞因子基因表达。

DPP-ADSC的靶向性

接着，研究人员评估了DPP-ADSC在体外和体内的靶向性。为了模拟血管损伤部位的P-选择素过表达，他们分别通过TNF-α和二磷酸腺苷ADP预处理来激活人脐静脉内皮细胞（HUVEC）和血小板。生物发光成像结果显示，5 × 10⁻⁶ M DPP修饰的ADSC（DPP-ADSC）与活化的HUVEC和血小板有着最强的结合。

在体内实验中，导丝介导的大鼠股动脉损伤诱导了P-选择素的管腔表达。为了评估DPP-ADSC的结合，他们注射了不同浓度的经过修饰的脂肪干细胞。与体外结果一样，5 × 10⁻⁶ M DPP-ADSC对富含P-选择素的损伤部位显示出最强的靶向结合能力。

DPP-ADSC修复动脉损伤

之后，研究人员将5 × 10⁻⁶ M DPP-ADSC通过静脉注射到大鼠股动脉损伤模型中，以评估其修复效果。与未治疗和未修饰的ADSC组相比，DPP-ADSC治疗组的动脉血管的新生内膜增生和管腔再狭窄得到显著抑制（图1）。

图1. DPP-ADSC治疗对损伤动脉修复的影响。

从理论上说，修复受损动脉的理想方法是恢复其原始生理结构。于是，研究人员采用抗CD31免疫荧光染色来分析术后21天的内皮再生。结果显示，5 × 10⁻⁶ M DPP-ADSC治疗组的动脉管腔几乎完全被CD31+ 内皮细胞覆盖，类似于健康的动脉内皮。此外，治疗组的功能性血管内皮（eNOS+）也快速再生。

在评估DPP-ADSC的修复机制时，他们发现DPP-ADSC粘附在损伤的血管表面，降低了白细胞和血小板的进一步粘附，减轻了局部炎症反应，从而有效抑制了损伤血管的内膜增生。qRT-PCR结果还显示，DPP-ADSC显著降低了凋亡和炎性基因表达，同时恢复了功能性（NOS3）基因表达，有效调节了被损伤活化的内皮细胞（图2）。

图2. DPP-ADSC对活化的HUVEC和血小板的调节作用。

最后，研究人员还在人类股动脉球囊损伤模型中评估了DPP-ADSC的靶向能力。他们将人类股动脉放在动态流动培养系统中，发现DPP-ADSC与损伤股动脉靶向结合产生的信号显著高于未修饰的ADSC。在5 × 10⁻⁶ M DPP-ADSC组中，ADSC的覆盖率为79.30% ± 13.80%，大约是未修饰ADSC组的五倍。这些数据证实了5 × 10⁻⁶ M DPP修饰改善了ADSC与人类损伤血管的靶向结合。本实验中使用的hADSC细胞购自赛业生物。

结论

图3. 5 × 10⁻⁶ M DPP-ADSC靶向疗法的示意图。

综上所述，研究团队成功使用了DPP对ADSC细胞膜表面进行修饰，并充分证实了经5 × 10⁻⁶ M DPP修饰的ADSC对活化的血小板、活化的内皮细胞和损伤血管有更强的靶向结合能力。与未修饰的ADSC相比，DPP-ADSC的动脉内注射显著改善了内皮再生，维持了血管平滑肌细胞的圆周排列，并减少了受损血管的新生内膜增生（图3）。更重要的是，这种方法快速简便，对细胞增殖、细胞凋亡和旁分泌没有影响。他们认为，通过系统注射将修复细胞输送到P-选择素高表达的位点，提供了一种临床上可接受的平台。

原文检索

Yan H, Mi X, Midgley AC, Du X, Huang Z, Wei T, Liu R, Ma T, Zhi D, Zhu D, Wang T, Feng G, Zhao Y, Zhang W, He J, Zhu M, Kong D, Wang K. Targeted Repair of Vascular Injury by Adipose-Derived Stem Cells Modified with P-Selectin Binding Peptide. Adv Sci (Weinh). 2020 Apr 22;7(11):1903516. doi: 10.1002/advs.201903516.