应用无创靶向UTMD技术进行SIRT3和TIMP-3联合基因治疗改善猪急诊冠脉再血管化后远期疗效的研究

The long-term efficacy of emergency coronary revascularization (CR) to acute myocardial infarction is poor, although the short and medium term life quality is improved. The reason is due to that the factors which induce myocardial injury and interstitial remodeling persist after emergency CR in a certain period of time, and there is no effective follow-up treatment. Based on our previous discovery that the SIRT3 gene has the capacity against oxidative stress while the TIMP-3 gene has the ability against interstitial remodeling, we hypothesize that intervention with SIRT3 and TIMP-3 genes in the early stage of CR will improve long-term efficacy of CR. In order to verify this hypothesis and make this research easy to clinical transformation, large animals (pigs) are selected as an animal model in this study. We first explore that the feasibility and best condition of regulating SIRT3 and TIMP-3 genes on myocardium using non-invasive and targeted UTMD gene transfection technology which we have done before. We further investigate the effect of gene therapy on the long-term efficacy of CR by comparing the changes of cardiac morphology, structure and function before and after treatment. Meanwhile, related mechanism will be demonstrated through the alternations of gene level, molecular biology and ultrastructure. Finally, we hope to support the idea that SIRT3 and TIMP-3 genes therapy using non-invasive and targeted UTMD technology may represent a desirable therapeutic approach to improving the long-term cardiac function after emergency CR.

急诊冠脉再血管化（CR）治疗虽然提高了急性心梗患者的短、中期生存质量，但是远期疗效差。究其原因是由于急诊CR后，诱使心肌损伤和间质重构的因素在一定时间内持续存在，且目前尚无有效的后续治疗手段。基于我们前期发现SIRT3基因具有抗氧化应激特性，TIMP-3基因具有抗间质重构能力，我们推测：在急诊CR后早期应用SIRT3和TIMP-3基因进行干预将有可能提高其远期疗效。为了验证这一假设并易于向临床转化，本研究选用大动物（猪）作为动物模型，利用课题组已开展的无创靶向UTMD体内基因转染技术研究SIRT3和TIMP-3基因对心脏组织联合调控的可行性和最佳条件；进一步通过对比两种基因单独治疗及联合治疗前后心脏形态、结构和功能的变化，观察基因联合治疗对急诊CR后远期疗效的影响，并通过基因水平、分子生物学和超微结构的变化探究相关机制，以期为改善急诊CR后的远期心脏功能提供更有效的治疗手段。

随着人口老龄化问题的日益凸显，缺血性心脏病已成为危害人类生命的最主要原因。目前临床治疗缺血性心脏病的主要手段如药物溶栓、经皮冠状动脉导管介入等手段虽然显著提高了缺血性心脏病患者的短期和中期生存质量，但是远期心衰的发生率依旧很高。基因治疗的显著优势在于能在DNA分子水平修复致病基因，恢复对机体有利的基因表达，最终达到治疗某种疾病的目的；沉默信息调节因子3（SIRT3）的基因缺失与血管炎症和氧化应激损伤高度相关，而过表达SIRT3可有效降低血管损伤和心室重塑；同时，超声波靶向微泡击碎技术（UTMD）的介质——阳离子脂质微泡（MB）同时具有与带负电的基因质粒结合的功能。因此，本课题研究目的是利用UTMD技术联合SIRT3基因的无创靶向基因治疗对大动物（猪）心肌缺血再灌注（MI/R）模型远期疗效的研究。.我们首先在大动物（猪）MI/R模型中检测了SIRT3的基因与蛋白表达，结果发现在MI/R后的第3、7、14天，SIRT3的基因与蛋白表达较假手术组均显著降低，术后第14天下降最为明显；其次，采用薄膜水化法制备MB，Zeta平均电位为（36.7±2.4）mV，平均粒径为（1.57±0.21）µm，MB与SIRT3基因质粒通过静电力的作用结合后，在UTMD技术的辅助下，人源SIRT3基因与蛋白在猪心肌组织中显著高表达；最后我们探索了利用UTMD技术转染SIRT3对MI/R后心肌损伤修复的作用及相关机制，在猪MI/R术后第一天随即进行SIRT3基因治疗，持续三次，3个月后对实验对象进行心脏功能检测和组织病理分析，我们发现在心脏功能方面，与模型组相比，SIRT3转染组的射血分数（EF）和短轴缩短率（FS）显著提高；同时，通过组织病理学方法发现，与模型组相比，SIRT3转染组的心肌纤维化和心室重塑程度明显减少；最后，通过对α-SMA和vWF因子的检测，我们在SIRT3转染组中见到明显的血管再生的迹象。.因此，SIRT3基因治疗可显著提高大动物（猪）心肌损伤的远期功能恢复；而借助UTMD技术，可实现对大动物（猪）的无创靶向的基因转染；因此，UTMD技术介导的SIRT3的基因治疗有望为未来缺血性心脏病的基因治疗提供新的思路与理念。

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