溶血磷脂酸受体4在心脏分化过程中瞬时表达,并对受损心脏的修复至关重要

Lysophosphatidic Acid Receptor 4 Is Transiently Expressed during Cardiac Differentiation and Critical for Repair of the Damaged Heart

作者信息Jin-Woo Lee, Choon-Soo Lee, Yong-Rim Ryu, Jaewon Lee, HyunJu Son, Hyun-Jai Cho, Hyo-Soo Kim
PMID33160074
期刊Mol Ther
发布时间2021-03-03
DOI10.1016/j.ymthe.2020.11.004

实验完整度

高

研究包含体外细胞分化实验、体内小鼠心肌梗死模型、基因敲低验证、下游信号通路分析等多层级实验,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

小鼠iPSC/ESC体外心肌分化模型 人iPSC体外心肌分化模型 小鼠心肌梗死(MI)模型 小鼠心脏外植体培养模型

重点核对

LPAR4在心脏祖细胞中的瞬时表达模式(分化第3-7天峰值) LPAR4激动剂(LPA、ODP)和抑制剂(AM966、BrP-LPA、SB203580)的浓度及处理时间 LPAR4敲低对心脏分化效率的影响 小鼠MI模型中LPAR4表达上调的时程(2周内) 体内递送LPAR4激动剂和抑制剂的剂量及给药方式

摘要

多能干细胞(PSCs)向心肌细胞的高效分化对于开发修复受损心脏组织的新治疗方式至关重要。我们发现了一种新的细胞表面标志物——G蛋白偶联受体溶血磷脂酸受体4(LPAR4),它特异于心脏祖细胞(CPCs),并确定了其功能意义和治疗潜力。在小鼠和人类PSCs向心脏谱系的体外分化过程中,LPAR4表达在心脏祖细胞中于分化3-7天达到峰值,随后下降。在体内,LPAR4在胚胎心脏发育早期阶段特异性表达,随着发育的进行,LPAR4表达下降并呈非特异性分布。我们确定了有效的激动剂十八碳烯基磷酸酯和p38 MAPK阻断剂作为下游信号阻断剂。使用这些药物对LPAR4进行序贯刺激和抑制,增强了小鼠和人类PSCs体外心脏分化的效率。重要的是,在体内,这种LPAR4的序贯刺激和抑制减少了小鼠的梗死面积并挽救了心脏功能障碍。总之,LPAR4是一种新型的CPC标志物,在胚胎发育期间仅在心脏中瞬时表达。调节LPAR4阳性细胞可能是心肌梗死后心肌修复的一种有前景的策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在寻找新的心脏祖细胞特异性表面标志物,并探究其能否通过调节其信号通路来提高多能干细胞向心肌分化的效率,以及是否可用于修复受损心脏。
核心机制
LPAR4作为G蛋白偶联受体,通过激活下游p38 MAPK信号通路来调节心脏分化;在心脏分化早期激动LPAR4、后期抑制其下游信号可促进心肌分化。
主要证据
通过微阵列分析筛选出LPAR4为候选标志物;RT-qPCR和FACS证实LPAR4在心脏祖细胞中瞬时表达;LPAR4敲低抑制心肌分化;序贯激动和抑制LPAR4(使用ODP和SB203580)提高体外分化效率;在小鼠MI模型中,序贯处理减少了梗死面积并改善了心脏功能。
研究意义
LPAR4作为新的CPC标志物和功能性受体,为心肌修复提供了新策略,即通过调节LPAR4信号可实现无细胞心肌修复,避免了细胞移植的挑战。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

筛选心脏祖细胞特异性标志物

鉴定在心脏祖细胞中特异表达的新型细胞表面标志物

对四种不同细胞群体进行微阵列分析,包括未分化iPSCs、自发分化细胞、心脏分化方案处理细胞及分选后的Flk-1/PDGFRα阳性细胞,筛选上调基因,并鉴定GPCR候选基因。

2

验证LPAR4在心脏分化中的瞬时表达模式

验证LPAR4在心脏分化过程中表达的时空调控

通过RT-qPCR和FACS检测LPAR4在分化不同时间点的mRNA和蛋白表达,并与人iPSC系比较;通过免疫荧光检测胚胎心脏发育过程中的表达。

3

评估LPAR4激动剂和拮抗剂对心脏分化的影响

确定调节LPAR4信号对心脏分化效率的影响

用LPA和ODP刺激LPAR4,用AM966、BrP-LPA抑制LPAR4,或用p38 MAPK抑制剂SB203580抑制下游信号,检测心肌分化标志物表达。

4

验证LPAR4下游信号通路

鉴定介导LPAR4信号效应的下游分子

通过Western blot检测MAPK通路磷酸化水平,比较对照和LPAR4敲低细胞系中LPA刺激后的p38 MAPK磷酸化。

5

建立优化的心脏分化方案

通过序贯激动和抑制LPAR4信号最大化心脏分化效率

比较LPA vs ODP作为激动剂,以及拮抗剂组合vs p38 MAPK抑制剂,确定最优序贯方案,并在人iPSC上验证。

6

评估LPAR4阳性细胞在小鼠心脏外植体中的可扩增性

探索从成年心脏中获得LPAR4阳性细胞的可能性及其分化潜力

取3周龄小鼠心脏进行外植体培养,检测LPAR4阳性细胞,并应用序贯刺激/抑制方案诱导其心肌分化。

7

评估LPAR4表达在小鼠心肌梗死后的变化

检测LPAR4在心肌损伤后的表达变化

在健康小鼠和MI后不同时间点检测心脏LPAR4 mRNA和蛋白表达,以及LPAR4阳性细胞的数量和表型。

8

评价序贯LPAR4信号调节对MI心脏的修复效果

验证序贯激动和抑制LPAR4信号能否改善心肌梗死后的心脏功能

在MI小鼠模型中,皮下注射LPAR4激动剂和抑制剂(LPA和拮抗剂组合,或ODP和SB203580),通过超声心动图评估心脏功能,通过Masson三色染色评估纤维化面积。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
LPAR4敲低慢病毒颗粒Sigma-AldrichTRCN0000026398
溶血磷脂酸----
十八碳烯基磷酸酯----
AM966----
BrP-LPA----
SB203580----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
心脏分化实验(体外)
细胞系:小鼠iPSC、小鼠ESC、人iPSC;分化方案:既定方案;LPAR4激动剂(LPA或ODP)的浓度和处理时间;LPAR4抑制剂(AM966、BrP-LPA或SB203580)的浓度和处理时间;分化时间;检测时间点
阅读提示:Materials and Methods, Figure 3, Figure 5, Figure S9, S10
LPAR4敲低实验
敲低病毒颗粒的序列和品牌(Sigma-Aldrich, TRCN0000026398);对照组病毒颗粒;分化效率检测方法
阅读提示:Materials and Methods, Figure 4, Figure S7
小鼠心肌梗死模型
小鼠品系和年龄;MI诱导方法;给药剂量和途径(皮下注射);给药时间(术后3天和后续3天);评估时间点(14天);超声心动图参数;纤维化面积测量方法
阅读提示:Materials and Methods, Figure 6, Figure S13, S14
外植体培养
小鼠年龄(3周);心脏处理方法;培养时间(12天);分化条件
阅读提示:Materials and Methods, S12