2021年1月15日，國際學術期刊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，該研究由中國科學院上海硅酸鹽研究所常江研究組與上海營養(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+）的復合水凝膠可通過減少心肌缺血/再灌注引起的心肌細胞凋亡、促進血管新生和心血管細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)《中國心血管健康與疾病報告2019》，心血管疾病在我國高居致死病因首位，其中心肌梗死（心梗）和其導致的心力衰竭已成為心血管病的主要“殺手”，在我國呈現(xiàn)快速、持續(xù)上升趨勢，給居民和社會帶來嚴重的醫(yī)療和經(jīng)濟負擔。心肌缺血后及時恢復血供是治療急性心梗的必要手段，但也會帶來新的損傷, 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心肌缺血/再灌注損傷的干預手段（Davidson et al, J. Am. Coll. Cardiol 2019）。急性心梗引起的大量心肌細胞的死亡及死亡的心肌細胞被纖維疤痕替代導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胞，減少心肌細胞死亡，恢復被破壞的血管網(wǎng)是心梗后心肌修復的關鍵。因此，發(fā)展治療心肌缺血/再灌注損傷的實用方法，尤其是開發(fā)促進心肌細胞存活、血管再生、抑制纖維疤痕形成的有效干預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，可通過食物及飲水攝取并主要通過尿液代謝。由于鍶對骨生成具有多種調(diào)節(jié)作用，含鍶藥物（雷奈酸鍶，氯化鍶藥物等）被廣泛應用于治療骨質(zhì)疏松，骨質(zhì)增生，軟骨病等。在促進骨再生中，Sr2+被發(fā)現(xiàn)具有促進血管生成的作用，但其在心臟中的作用未見報道，其促進血管生成的作用是否可保護心肌對抗心肌缺血/再灌注損傷也不清楚。該合作團隊在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片移植后可促進心梗心臟功能改善（Wang et al, ACS Appl. Mater. Inter. 2019），提示來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。在此基礎上，合作團隊進一步探索了Sr2+治療缺血性心臟病的可能性。在本研究中，研究人員通過體外實驗明確了Sr2+對多種心血管細胞的激活作用，如促進內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和成纖維細胞的增殖、遷移、分泌血管生成相關因子及細胞間相互作用；抑制心肌細胞凋亡、抵抗低氧無糖損傷；繼而設計和制備具有可注射性、可降解性、可緩釋合適濃度的Sr2+復合水凝膠。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/再灌注一個月后心功能、減小纖維疤痕面積。這些心肌修復作用伴隨著新生血管的增加、凋亡心肌細胞的減少。進一步分析發(fā)現(xiàn)Sr2+水凝膠在移植兩周后可降解，主要通過尿液排出；Sr2+水平在注射兩周后心臟中仍顯著高于對照組，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中的作用。由于Sr2+具低成本、高穩(wěn)定性和生物安全性特點，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；同時也得到了團隊其他成員的大力支持。該研究得到國家重點研發(fā)計劃專項、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金委項目和上海市自然科學基金的資助。
圖. Sr2+水凝膠對心肌梗死修復作用模式圖
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