Sevoflurane preconditioning promotes mesenchymal stem cells to relieve myocardial ischemia/reperfusion injury via TRPC6-induced angiogenesis

Jinting Yang, et al.

Stem Cell Research and Therapy (2021) 12:584

要旨

本研究は、虚血・再灌流（I/R）傷害における骨髄由来間葉系幹細胞（MSC）の生存と治療効果を高めるセボフルラン前処理の可能性を検討するものである。虚血再灌流傷害は、主に心筋への重大な損傷により、世界的に主要な死因となっている。MSCs治療は有望であるが、移植後の細胞生存率が低いという問題を抱えている。研究者らは、TRPC6、HIF-1α、CXCR4、VEGFのアップレギュレーションによって示されるように、セボフルランによるプレコンディショニングが、低酸素・再酸素化（H/R）下でのMSCsの生存と血管新生特性を改善することを発見した。このプレコンディショニングは、TRPC6による血管新生によると思われる、I/Rマウスモデルにおける心機能の改善、梗塞サイズと炎症の軽減にもつながった。

関連性
この論文は、I/R傷害に対するMSCs治療の有効性を高める可能性のある新規のプレコンディショニング法を提供することにより、既存の文献に新たな一面を加えるものである。この知見は、様々な臓器におけるセボフルランの保護効果を示した先行研究を基礎としている。さらに、この論文は、血管新生とMSCsの生存を促進するTRPC6の役割についての理解を深め、細胞治療の結果を改善するための潜在的なターゲットを提供するものである。

Abstract

背景
虚血性心疾患は世界的に主要な死因の一つである。再灌流は虚血心筋を救済する有効な治療介入であるが、再灌流自体がI/Rと呼ばれる心筋傷害をさらに引き起こす。骨髄由来のMSCsは、虚血性心筋障害を緩和する有望な細胞の一つである。しかし、この細胞療法は、移植後のMSCsの生存率が低いために制限されている。そこで我々は、セボフルランによるプレコンディショニングが、TRPC6（transient receptor potential canonical channel 6）誘導による血管新生を介して、MSCの心筋虚血性心筋傷害の軽減を促進するかどうかを検討した。

方法
セボフルランプリコンディショニングによるMSCsの抗アポトーシス効果は、Annexin V-FITC/ヨウ化プロピジウム染色により測定した。TRPC6、低酸素誘導因子-1α（HIF-1α）、ケモカイン受容体4（CXCR4）および血管内皮増殖因子（VEGF）タンパク質の発現と、低酸素および再酸素化（H/R）後のMSCからのVEGF放出を測定した。small interfering RNA（siRNA）を用いて、MSCにおけるTRPC6遺伝子の発現をノックダウンした。MSCsと共培養したヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVECs）の血管新生をマトリゲルチューブ形成により測定した。心筋I/Rモデルマウスは、左冠動脈前下行動脈を30分間閉塞し、その後再灌流することで誘導した。再灌流の5分前にMSCまたはセボフルランでプレコンディショニングしたMSCを結紮境界部周辺に注入した。再灌流後、左室収縮機能、梗塞サイズ、血清LDH、cTnI、炎症性サイトカインを測定した。

結果
セボフルランプレコンディショニングは、H/R下でMSCにおけるTRPC6、HIF-1α、CXCR4およびVEGFの発現を上昇させ、MSCからのVEGF放出を増加させたが、これはMSCのTRPC6遺伝子をsiRNAを用いてノックダウンすることにより逆転した。さらに、セボフルラン前処理は、MSCsと共培養したHUVECsの血管新生および抗炎症作用を促進した。セボフルランプリコンディショニングを行ったMSCは、左心室の収縮機能を改善し、I/R障害を受けたマウスの心筋梗塞と炎症を緩和した。

結論
今回の知見から、セボフルラン前処理したMSCは、H/R傷害を受けたHUVECの血管新生を促進し、心筋I/R傷害を減弱させることが明らかになったが、これはTRPC6がHIF-1α、CXCR4、VEGFをアップレギュレートすることによって媒介されている可能性がある。

主要関連論文

1. “Mesenchymal stem cells: Mechanisms of potential therapeutic benefit in ARDS and sepsis.” (Krasnodembskaya et al., 2014)
2. “Role of the mesenchymal-epithelial transition factor in maintenance of mesenchymal stem cells.” (Zhao et al., 2019)
3. “Preconditioning strategies for improving the survival and function of stem cells.” (Rikhtegar et al., 2020)

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