The Human Fetal and Adult Stem Cell Secretome Can Exert Cardioprotective Paracrine Effects against Cardiotoxicity and Oxidative Stress from Cancer Treatment

人胎兒和成人干細胞分泌組可以發揮心臟保護旁分泌作用，對抗癌癥治療引起的心臟毒性和氧化應激

來源：Cancers 2021, 13, 3729.

 

1. 摘要核心內容

 

本研究聚焦于 干細胞分泌組（Secretome） 對阿霉素（Dox）誘導心臟毒性的保護作用：

 

核心發現：

 

人羊水干細胞（hAFS）和脂肪間充質干細胞（hMSC）的分泌組（hAFS-CM/hMSC-CM）可顯著降低Dox誘導的心肌細胞凋亡（圖1C）。

 

分泌組通過 保護線粒體功能 緩解Dox的心臟毒性：恢復氧消耗率（OCR）和ATP合成（圖3），抑制線粒體膜電位下降（圖2）。

 

 

機制：激活PI3K/Akt信號通路（hAFS-CM特異性作用于PI3Kβ亞型），上調抗凋亡基因（如Il6、Cxcl1）。

 

體內驗證：分泌組預處理減輕Dox誘導的小鼠心肌功能障礙（圖4C），抑制心臟纖維化標志物（Anp、Bnp、Ctgf）表達（圖5D），并改善線粒體抗氧化能力（圖5E）。

 

 

 

 

 

2. 研究目的

 

比較 胎兒源（hAFS）與成體源（hMSC）干細胞分泌組 的心臟保護效果。

 

揭示分泌組拮抗Dox心臟毒性的 分子機制（尤其線粒體保護途徑）。

 

驗證分泌組作為 無細胞治療策略 的臨床潛力，避免干細胞移植的安全風險。

 

3. 研究思路

 

分泌組制備：

 

hAFS和hMSC經低氧預處理（1% O?）富集活性因子，收集條件培養基（CM）。

 

體外模型：

 

新生小鼠心室肌細胞（mNVCM）和心臟成纖維細胞（mNVFib）暴露于Dox（1μM），評估分泌組保護作用（圖1A）。

 

體內模型：

 

Balb/c小鼠接受累積劑量12 mg/kg Dox（分3周注射），分泌組（100μg/鼠）在每次Dox前腹腔注射（圖4A）。

 

多維度評估：

 

凋亡（CC-3染色）、線粒體功能（OCR、ATP合成）、基因表達（qPCR）、心臟功能（超聲心動圖）。

 

4. 測量數據及研究意義

(1) 凋亡抑制（圖1C）

 

數據：Dox組凋亡率↑4.6倍（vs. Ctrl），hAFS-CM/hMSC-CM預處理分別降低凋亡率37.6%和39.3%。

 

意義：直接證實分泌組通過抑制caspase-3激活拮抗Dox心臟毒性。

 

(2) 線粒體功能保護（圖2-3）

 

線粒體膜電位（圖2B）：

 

Dox導致膜電位↓50%，分泌組部分恢復（hAFS-CM↑30%，hMSC-CM↑25%）。

 

意義：維持線粒體能量代謝穩態。

 

氧消耗率（OCR）與ATP合成（圖3）：

 

Dox使OCR↓3倍、ATP合成↓4倍；分泌組恢復OCR至正常水平70%（p<0.0001）。

 

意義：逆轉Dox對氧化磷酸化的抑制，保障能量供應。

 

(3) 代謝重編程（圖3）

 

數據：Dox誘導糖酵解↑（葡萄糖消耗↑1.5倍，乳酸釋放↑5.5倍）；分泌組抑制此效應（p<0.0001）。

 

意義：阻止心肌細胞從有氧代謝向無氧酵解的病理性轉換。

 

(4) 體內心臟功能（圖4C）

 

數據：Dox組射血分數（EF）↓15%，分泌組預處理（hMSC-CM）顯著恢復EF（*p<0.05）。

 

意義：分泌組長期改善心功能，降低心力衰竭風險。

 

(5) 心臟損傷標志物（圖5D）

 

數據：Dox組Anp、Bnp表達↑2.4-2.6倍；hAFS-CM使Anp↓7倍（p<0.0001）。

 

意義：抑制心肌肥厚和纖維化關鍵基因，延緩心臟重構。

 

(6) 氧化應激與抗氧化（圖5E）

 

數據：Dox抑制抗氧化酶（GRx↓2倍，CAT↓2倍），hAFS-CM恢復其活性（p<0.0001）。

 

意義：增強心臟抗氧化防御，減少脂質過氧化（MDA↓1.7倍）。

 

5. 關鍵結論

 

分泌組的普適性保護：

 

hAFS-CM與hMSC-CM均能有效保護心肌細胞和成纖維細胞，減輕Dox誘導的凋亡、線粒體功能障礙及代謝紊亂。

 

機制差異：

 

hAFS-CM特異性激活PI3Kβ亞型，上調Abcb1b（促進Dox外排）和炎性因子（Il6、Cxcl1）；hMSC-CM作用通路未明確。

 

體內長效性：

 

早期分泌組干預可長期維持心臟功能（6周），抑制心肌纖維化標志物表達。

 

臨床安全性：

 

分泌組不影響Dox對乳腺癌細胞（4T1）的殺傷效果，避免干擾化療療效。

 

6. 丹麥Unisense電極測量數據的詳細解讀

技術原理與方法

 

設備型號：Unisense氧敏感電極（丹麥Unisense公司）。

 

工作原理：

 

通過 微電極實時監測溶解氧濃度變化，計算氧消耗率（OCR），精度達納摩爾級。

 

實驗流程：

 

心肌細胞經透化處理（0.03%洋地黃皂苷）。

 

添加呼吸底物（丙酮酸+蘋果酸或琥珀酸）激活電子傳遞鏈。

 

加入ADP（0.1 mM）誘導氧化磷酸化，記錄OCR（單位：nmol O?/min/10?細胞）。

 

研究意義

 

直接量化線粒體功能障礙：

 

Unisense數據首次揭示 Dox使OCR降低3倍（圖3），為“Dox抑制心肌細胞呼吸”提供直接證據。

 

分泌組恢復OCR至70%（p<0.0001），證明其通過保護線粒體復合物活性（尤其復合物I）拮抗心臟毒性。

 

揭示代謝挽救機制：

 

OCR恢復與ATP合成增加同步（圖3），證實分泌組修復 氧化磷酸化偶聯效率（P/O比值恢復）。

 

提供治療時間窗依據：

 

分泌組預處理后OCR快速恢復（6小時），支持其 早期干預 的臨床可行性。

 

技術優勢

 

高時空分辨率：秒級監測氧動態變化，優于終點法檢測（如MTT）。

 

生理相關性：直接反映活細胞線粒體功能，避免間接指標（如ATP水平）的滯后性。

 

病理機制深度解析：

 

區分不同呼吸底物（丙酮酸/琥珀酸）的OCR變化，定位Dox特異性損傷復合物I（NADH途徑）。

 

總結：丹麥Unisense電極通過 精準監測線粒體氧消耗，成為揭示分泌組心臟保護機制的核心工具。其數據證明分泌組通過修復線粒體氧化磷酸化功能，逆轉Dox誘導的能量危機，為開發“分泌組療法”防治化療心臟毒性提供了不可替代的實驗依據。胎兒源hAFS分泌組因更強的基因調控能力，可能更具臨床轉化潛力。