ScienceAdvances锶离

近日，中国科学院常江团队和杨黄恬团队合作在ScienceAdvances发表了题为“Strontiumionsprotectheartsagainstmyocardialischemia/reperfusioninjury”的研究论文（图1）。该研究报道了一种锶离子复合水凝胶可通过促进心肌细胞存活和血管新生来治疗心肌缺血再灌注损伤从而发挥心脏保护的功能。

图1.文章首页心肌梗死是导致全球发病率和死亡率的主要原因。虽然早期的血管再通对于挽救心肌至关重要，但它可能会导致新的损伤从而限制再灌注治疗的有益效果。目前，已报道多种方式可减轻心肌缺血再灌注损伤，但都缺乏实际的临床应用，因此，寻求简单实用的治疗方法仍然十分必要。从生物陶瓷中释放的生物活性离子具有治疗成本低，稳定性高以及风险低的特点，在再生医学和组织工程领域有很大的潜在价值。我们前期发现移植硅酸盐生物陶瓷复合心脏补片可以有效的减轻心肌梗死，而这种治疗作用与该补片中释放的锶离子促进血管新生作用有很大关系。然而，锶离子能否减轻心肌缺血再灌注损伤却不得而知。基于以上证据，我们创新性的设计了一种复合水凝胶包裹的锶离子，探索其在心肌缺血再灌注损伤中的作用。挽救受损的心肌和血管新生对于治疗心肌梗死至关重要。在体外缺氧/复氧模型中，锶离子可以有效减轻乳大鼠心肌细胞的凋亡并促进其存活。不仅如此，锶离子还可促进血管新生相关的细胞诸如内皮细胞、成纤维细胞以及平滑肌细胞的增殖和迁移（图2）。图2.锶离子减轻乳大鼠心肌细胞的凋亡并促进血管生成相关细胞的增殖

在心脏组织中，心肌细胞和血管形成相关细胞之间的交流对血管新生十分重要。通过将乳大鼠心肌细胞和内皮细胞进行共培养，以及内皮细胞和成纤维细胞进行共培养，作者发现，锶离子可以有效提高血管新生（图3）。除了血管新生，动脉生成对于缺血后心肌的血循环重建也有着重要作用。通过将内皮细胞和平滑肌细胞进行共培养，作者发现，锶离子可有效促进内皮细胞的旁分泌作用从而促进平滑肌细胞的增殖（图4）。

图3.共培养3天后，锶离子可刺激旁分泌介导的内皮细胞和乳大鼠心肌细胞的血管生成作用图4.共培养3天后，锶离子可促进旁分泌介导的内皮细胞对平滑肌细胞的增殖作用为了检测锶离子在体内条件下对梗死心肌的修复作用，作者设计了一种可维持锶离子持续释放的复合水凝胶。通过对成胶性质、降解性质以及弹性模量等参数的评估，作者发现1%碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶更适合心肌内注射，并作为后续的体内治疗使用（图5）。图5.构建可注射的碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶在体内缺血再灌注损伤模型中，心肌内注射碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶可显著提高小鼠的左室射血分数和短轴缩短率（图6）。不仅如此，锶离子还可减轻心脏纤维化，提高血管新生并促进心肌细胞存活（图7）。图6.碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶可提高缺血再灌注损伤小鼠的心功能图7.碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶可抑制心肌纤维化、增加血管新生并减少心肌细胞凋亡图8.碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶在心肌缺血再灌注损伤模型中发挥心脏保护功能的原理图综上所述，本研究表明锶离子可保护心肌细胞并促进血管生成。首先，体外实验中，锶离子可促进心肌细胞存活以及血管细胞的增殖、迁移和血管形成相关基因的表达，其次通过共培养实验发现锶离子可提高细胞之间的相互交流从而改善其旁分泌作用来促进血管新生。最后，通过体内缺血再灌注损伤模型，进一步证明了碳酸锶/人血清白蛋白复合水凝胶可以发挥心脏保护的功能（图8）。基于锶离子低价、稳定性强以及生物安全性高等特点，其可成为治疗缺血性心脏病的潜在应用靶点。

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