The antiapoptotic effect of mesenchymal stem cell transplantation on ischemic myocardium is enhanced by anoxic preconditioning

BackgroundCardiomyocyte apoptosis takes place at an early stage after myocardial infarction (MI). Therapy with mesenchymal stem cells (MSCs) is reported to reduce apoptosis.ObjectivesTo determine whether anoxic preconditioning (AP) could enhance the antiapoptotic effect of MSCs.MethodsCultured cardiomyocytes were treated with Dulbecco’s modified Eagle's medium (as a control), MSCs or AP-MSCs, and were exposed to hypoxia/reoxygenation. Apoptotic cardiomyocytes were stained with Annexin V fluorescein isothiocyanate (BioVision, USA), visualized by fluorescence microscopy and analyzed by flow cytometry. In vivo, MI was produced in Sprague-Dawley rats by permanent ligation of the left anterior descending coronary artery and the left ventricles were randomly injected with Dulbecco's modified Eagle's medium, MSCs or AP-MSCs one week after MI. The cardiomyocyte apoptotic rate in peri-infarcted areas was assessed by terminal deoxynucleotidyltransferase-mediated 2′-deoxyuridine 5′-triphosphate nick end labelling assay one week after transplantation. Cardiac function was assessed by echocardiography four weeks after transplantation. Infarct size was measured by hematoxylin and eosin staining one and four weeks after transplantation. The expression of Bcl-2, Bax protein and cleaved cysteine-aspartic acid protease-3 was analyzed by Western blot techniques.ResultsCardiomyocyte apoptosis (both induced by hypoxia/reoxygenation and MI) was significantly reduced by treating with MSCs and AP-MSCs, the Bcl-2 to Bax protein ratio was increased and cleaved cysteine-aspartic acid protease-3 was decreased. AP-MSCs were superior to MSCs.ConclusionsMSCs protected the infarcted heart by preventing cardiomyocyte apoptosis and AP enhanced the cardioprotective effects of MSCs.

HistoriqueL’apoptose cardiomyocytaire se produit peu après un infarctus du myocarde (IM). Une thérapie aux cellules souches mésenchymateuses (CSM) réduit l’apoptose.ObjectifsDéterminer si un préconditionnement anoxique (PA) améliore l’effet antiapoptotique des CSM.MéthodologieLes auteurs ont traité des cultures de cardiomyocytes au moyen du milieu Eagle modifié par Dulbecco (culture témoin), de CSM ou de PA-CSM, puis les ont exposées à une hypoxie et une réoxygénation. Ils ont coloré les cardiomyocytes apoptotiques avec de l’isothiocyanate de fluorescéine Annexin V (BioVision, États-Unis), les ont visualisées par microscopie par fluorescence et analysées par cytométrie de flux. In vivo, ils ont produit un IM chez des rats Sprague-Dawley au moyen d’une ligature permanente de la branche antérieure de l’artère coronaire gauche, puis ont injecté au hasard le milieu Eagle modifié par Dulbecco, les CSM ou le PA-CSM dans les ventricules gauches, une semaine après l’IM. Ils ont évalué le taux d’apoptose cardiomyocitaire des zones péri-infarcies par marquage des brins d’ADN avec la désoxyribonucléotidyl-transférase terminale 2′-désoxyuridine 5′-triphosphate une semaine après la greffe. Ils ont évalué la fonction cardiaque par échocardiographie quatre semaines après la greffe. Ils ont mesuré la dimension de l’infarctus par hématoxyline et par coloration à l’éosine une semaine et quatre semaines après la greffe. Ils ont analysé l’expression de Bcl-2, de la protéine Bax et de la protéase-3 de la cystéine et de l’acide aspartique clivée au moyen des techniques de transfert WesternRésultatsL’apoptose cardiomyocytaire (induite par hypoxie et réoxygénation et IM) diminuait considérablement grâce à un traitement aux CSM et au PA-CSM, le ratio entre le Bcl-2 et la protéine Bax augmentait et la protéase-3 de la cystéine et de l’acide aspartique clivée diminuait. Le PA-CSM donnait de meilleurs résultats que les CSM.ConclusionsLes CSM protégeaient le coeur infarci en prévenant l’apoptose cardiomyocytaire, et le PA accroissait les effets cardioprotecteurs des CSM.