2021年1月15日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Science Advances在線發(fā)表了題為“Strontium ions protect the hearts against myocardial ischemia/reperfusion injury”的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所常江研究組與上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所楊黃恬研究組合作完成，首次揭示了緩釋鍶離子（Sr2+）的復(fù)合水凝膠可通過(guò)減少心肌缺血/再灌注引起的心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管新生和心血管細(xì)胞間的相互支持有效改善心肌梗死（心梗；myocardial infarction)后的心功能，并抑制纖維疤痕形成。
根據(jù)《中國(guó)心血管健康與疾病報(bào)告2019》，心血管疾病在我國(guó)高居致死病因首位，其中心肌梗死（心梗）和其導(dǎo)致的心力衰竭已成為心血管病的主要“殺手”，在我國(guó)呈現(xiàn)快速、持續(xù)上升趨勢(shì)，給居民和社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的醫(yī)療和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。心肌缺血后及時(shí)恢復(fù)血供是治療急性心梗的必要手段，但也會(huì)帶來(lái)新的損傷, 稱之為心肌缺血/再灌注 (ischemia/reperfusion, I/R) 損傷，目前尚缺乏有效地針對(duì)心肌缺血/再灌注損傷的干預(yù)手段（Davidson et al, J. Am. Coll. Cardiol 2019）。急性心梗引起的大量心肌細(xì)胞的死亡及死亡的心肌細(xì)胞被纖維疤痕替代導(dǎo)致的心力衰竭和心律失常是心梗死亡率高的主要原因。如何挽救心梗早期損傷的心肌細(xì)胞，減少心肌細(xì)胞死亡，恢復(fù)被破壞的血管網(wǎng)是心梗后心肌修復(fù)的關(guān)鍵。因此，發(fā)展治療心肌缺血/再灌注損傷的實(shí)用方法，尤其是開發(fā)促進(jìn)心肌細(xì)胞存活、血管再生、抑制纖維疤痕形成的有效干預(yù)手段具有重要的臨床意義。
鍶是人體必需的微量元素，主要存在于牙齒和骨骼中，可通過(guò)食物及飲水?dāng)z取并主要通過(guò)尿液代謝。由于鍶對(duì)骨生成具有多種調(diào)節(jié)作用，含鍶藥物（雷奈酸鍶，氯化鍶藥物等）被廣泛應(yīng)用于治療骨質(zhì)疏松，骨質(zhì)增生，軟骨病等。在促進(jìn)骨再生中，Sr2+被發(fā)現(xiàn)具有促進(jìn)血管生成的作用，但其在心臟中的作用未見報(bào)道，其促進(jìn)血管生成的作用是否可保護(hù)心肌對(duì)抗心肌缺血/再灌注損傷也不清楚。該合作團(tuán)隊(duì)在2019年發(fā)現(xiàn)含硅離子的殼聚糖納米纖維材料制作成的心臟補(bǔ)片移植后可促進(jìn)心梗心臟功能改善（Wang et al, ACS Appl. Mater. Inter. 2019），提示來(lái)源豐富的微量元素有可能作為治療缺血性心臟病的一種新手段。在此基礎(chǔ)上，合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了Sr2+治療缺血性心臟病的可能性。在本研究中，研究人員通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)明確了Sr2+對(duì)多種心血管細(xì)胞的激活作用，如促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的增殖、遷移、分泌血管生成相關(guān)因子及細(xì)胞間相互作用；抑制心肌細(xì)胞凋亡、抵抗低氧無(wú)糖損傷；繼而設(shè)計(jì)和制備具有可注射性、可降解性、可緩釋合適濃度的Sr2+復(fù)合水凝膠。在小鼠心肌缺血/再灌注（60分鐘/20分鐘）后心肌注射Sr2+水凝膠，可以顯著改善心肌缺血/再灌注一個(gè)月后心功能、減小纖維疤痕面積。這些心肌修復(fù)作用伴隨著新生血管的增加、凋亡心肌細(xì)胞的減少。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)Sr2+水凝膠在移植兩周后可降解，主要通過(guò)尿液排出；Sr2+水平在注射兩周后心臟中仍顯著高于對(duì)照組，但未見在肝臟、腎臟和肺器官積累。
綜上，該研究揭示了Sr2+水凝膠在缺血心肌修復(fù)中的作用。由于Sr2+具低成本、高穩(wěn)定性和生物安全性特點(diǎn)，有可能成為缺血性心臟病治療的新手段。
常江研究組助理研究員邢敏和楊黃恬研究組博士研究生江蕓為該研究論文的共同第一作者；常江研究員和楊黃恬研究員為共同通訊作者；同時(shí)也得到了團(tuán)隊(duì)其他成員的大力支持。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目和上海市自然科學(xué)基金的資助。
圖. Sr2+水凝膠對(duì)心肌梗死修復(fù)作用模式圖
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