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microRNAs调控干细胞血管向分化的研究进展 - 图文

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《,临床荟萃》 2024年5月20日第35卷第5期 ClinicalFocusMa0,2024,Vol35,No.5y2

·综述·

microRNAs调控干细胞血管向分化的研究进展

()浙江大学医学院附属第一医院心血管内科,浙江杭州310003

张 青,陈 婷

,)分化,是探索血管再生和血管增生性疾病治疗策略的重要突破口。因此,我们在不同分化模型上对cellsVSMCs

/miRs调控干细胞向ECsVSMCs分化的作用及机制进行综述。

;关键词:m干细胞;血管内皮细胞;血管平滑肌细胞;分化icroRNAs:/doi10.3969.issn.1004-583X.2024.05.017j

)中图分类号:R54 文献标志码:A 文章编号:1004-583X(202405-0466-06

()是进化上高度保守的内源性非编码R在转录后水平通过诱导mR 摘 要:microRNAsmiRsNA,NA降解或翻

,)译抑制调节基因表达,调控干细胞向血管内皮细胞(或血管平滑肌细胞(endothelialcellsECsvascularsmoothmuscle

随着人们生活方式的改变及老龄化社会的步

入,心脑血管疾病发病率呈持续上升趋势,占我国每年总死亡病因的5位于全球疾病负担前列。0%以上,,A动脉粥样硬化(是其主要发病atherosclerosisS)基础,包括血管内膜损伤、血管壁病理性重构及管腔狭窄过程。目前对这类疾病的处理策略主要包括改善生活方式、药物治疗及血运重建,但发病率及致死率仍居高不下,进一步探究其发病机制、调控因素及治疗靶点是非常必要的。

,)血管内皮细胞(和血管平endothelialcellsECs

/化模型上对miRs调控干细胞向ECsVSMCs分化

的作用及机制进行总结是非常必要的。

1 miRs的简介

自1一直被视993年第一个miRlin4发现以来,为“转录垃圾”的miRs逐渐被人们认识。miR是一段长度为1在9~25nt的内源性非编码RNA序列,进化上高度保守,不参与编码蛋白质,通过调控基因

]1

。目前已在表达调节细胞分化、增殖、死亡和代谢[

,)滑肌细胞(作vascularsmoothmusclecellsVSMCs重要作用。既往认为损伤修复所需的ECs和

VSMCs主要来自于原位血管壁细胞的过度增殖和表型转化。随着干细胞研究领域的兴起,发现来源于骨髓、外周血的循环干细胞和来源于血管壁的原/位干细胞也能分化为ECsVSMCs参与血管的损伤修复和病理性重塑。很多因子(物理性损伤、平滑肌细胞收缩激动剂、细胞外基质、神经内分泌因子、转化生长因子及N逐渐被证明参与干细otch家族等)胞分化的调控,但对于调控血管壁干细胞定向、单一/地分化为ECsVSMCs的分子机制却知之甚少。随着人类基因组测序的完成,发现既往被称为“转录噪音”的非编码R其NA能在多个层面调控基因表达,中研究最为广泛的miRs在干细胞血管向分化中的调控作用也逐渐被众多研究所证实。为进一步探索血管增生性疾病的发病机制及治疗靶点,在不同分

基金项目:国家自然科学基金面上项目()81770435

胎干细胞向平滑肌细胞分化过程中的功能机制鉴定及应用探讨

:通信作者:陈婷,Emailct010151452@zu.edu.cnj

新型lncRNAs在胚

,人类发现约1参与调控9000种miRs0%以上的基

因表达。m也可以来自iRs可以来自基因非编码区,,II转录为初级microRNAs(rimaricroRNAspym

),在DrimiRsroshaDGCR8复合物的作用下,ripp---在miRs被核输出蛋白exortin5转运至细胞质,p

Dicer1酶的作用下切割成长度为19~25nt的成熟-双链R在5端具有不稳定NA。双链RNA分开后,'miRs被切割成70~120nt的发夹样前体

,),microRNA(recursormicroRNAsremiRsreppp---编码区,在细胞核中,miRs来源基因被RNA聚合酶

为血管壁的主要组成部分,在AS病理过程中发挥着

,,另一条RsilencinomlexRISC)NA链一般被降gcp

解,少数情况下可以与AGO蛋白结合形成功能性

[]miRs2。

碱基配对的R参与构成NA链通常充当引导链,miRs的诱导沉默复合体(microRNA-induced

比较公认的调节机制是通过靶向mR端非编NA的3'

miRs对靶基因的调控主要集中在转录后水平,

,UT码区(诱导其降解或翻untranslatedreionsR)g译抑制。m端的种子序列在进化上高度保守,iRs5'通过碱基配对于mRNA的3'UTR端介导靶基因的识别和调控,另有研究报道m端也具备识别、靶iRs3'

]3

。目前很多m向及调控靶基因功能[iRs的靶基因

验证实验都证明miRs主要是通过靶向mRNA的3'

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但这些实验都存在一个不可忽略UTR端发挥作用,的靶基因筛选检测缺陷只考虑3'UTR端而不是整段mR其实早在2NA序列,007年就有研究证明

[]端和5'UTR端4。miRs是通过诱导mRNA降解还

过合成舒血管物质(前列环素、一氧化氮、内皮源性舒张因子)和缩血管物质(内皮素、血管紧张素Ⅱ、血管内皮收缩因子)旁分泌靶向VSMCs调节血管张

力,目前甚至有研究者把内皮依赖性舒张功能障碍视为ECs受损的标志。随着1997年内皮祖细胞被首次鉴定,越来越多的研究发现外周循坏和血管壁来源的内皮祖细胞能够分化为健康的功能性ECs替2.2 ECs与血管损伤修复 ECs附在血管壁最内层,结构或功能异常通常早于临床可检测疾病,是血7]

,。代受损E维持血管完整性[Cs

在mR甚NA的5'UTR端也存在miRs的作用位点,

至发现miRs可同时作用于靶基因mRNA的3'UTR是翻译抑制主要取决于和靶基因mRNA之间的配对程度,完全配对通常诱导mR不完全配NA裂解,对往往诱导翻译抑制。但发现在不完全配对时也存在mR而完全配对时也可诱导翻译抑NA降解,制[5]

。miRs对基因的调控机制是一个复杂的网络系统,即同一个基因也可同时受到多个miR可作用于不同靶基因,同一个靶miR还可以通过多个靶位点协同作用于同一个靶基miRs的靶向调控,

甚至一个因,为其解释错综复杂的生物现象奠定了基础。 ECs与心血管疾病.1 ECs的特点 不同器官系统的不同动脉甚至同一E动C脉s具有各自的形态和功能,在的不同节段也存在差异。达血管内皮细E胞Cs呈多边形,厚度钙黏蛋白(advascu0la.1re~1ndμm,表(hpelaritnel,etVEe-ncdaodthheerliinal)、c血小板内皮细胞黏附分子othelialelladhesionmolecule-1-,长eca因m-子1)(、mmE酪氨酸激酶免疫球蛋白样和表皮细胞生GF)样域1(ty

rosinekinasewith(t)、u酪no氨globulin-likeandEGF-likedomains1,Tie-体GyrFo-lsiiknee酸doki激mnaais酶ne免s2w,i疫tTh球i蛋mm白、u血n样o管gl和内obEGF样域2皮uli生n-l长ik因e子an受dE1G(FvaRs1cu)l和ar血en管dot内hel皮iiael-2生gr)长ow因thf子a受cto体rr2ec(evpatsocru-l1ar,分子标志物ndothelialg,r单层铺在血管树最内层构成血管内膜owthfactorreceptor-2,VEGFR2)等,是脉管系统的主要组成部分。相对于构成心血管系统的其他细胞而言,温治疗需考虑内皮损伤ECs较耐缺氧而不耐低温,

亚低。成人血管内膜约含有1×

管013、免疫调~6×1013

个节和血EC管s

张,主要功能包括抗栓力调节。生理状态、止血下完、成血整的

Cs发挥抗凝抗栓作用维持血液的流动状态,而血管内膜受损时失;ECs的血管生成功能不仅存在于胚胎发育阶段ECs又能发挥止血作用阻止血液的丢,也存在于出生后的生长发育和损伤修复过程,缺氧

环境下产生的大量血管内皮生长因子(Cs从血管内膜向外迁移形成新生血管VE[6]G;FE)Cs激是活血液和血管壁及组织之间的机械屏障,也是免疫屏

障,参与炎症因子的分泌和炎症细胞的募集;ECs通

管损伤修复的重要参与者。血管损伤起始阶段,被激活,在结构上发生萎缩致血管通透性增加,在功ECs能上发生紊乱致血小板反应性增加、黏附因子和组织因子表达增加及血栓调节蛋白减少,利于血栓形成。ECs损伤是血管损伤的始动信号,但在新型标记物内皮微粒概念提出之前,ECs损伤很难通过无创措施监测。血管损伤的修复起始于的再内皮化,生理情况下,ECs增生完成原有来源目前仍存ECs的复制完成,病理条件下ECs的更新主要靠血管壁,再内皮化的细胞在较大争议,有研究认为来源于血管壁和骨髓的内皮祖细胞均能分化为化,也有研究认为后者不参与其中[EC发的血管损伤修复中,。s支参与再内皮

8]

架植入诱EECCss扮演着更为复杂的角色:支架植入在直接导致损伤和脱落的同时还导致再内皮化生理性黏附面的丢失以及利于流被打乱,不利于洗脱支架的问E世Cs附着,影EC响s附着的层流式血再内皮化。随着药物,支架药物相关内皮损伤也随之出现,目前也有通过释放生长因子或安装内皮祖细胞捕获装置促进支架植入后内皮修复的相关探索。

2.3 ECs与心血管疾病参与很多心血管疾病的病理过程 ECs作为血液和组织屏

障的第一道防线,。在AS的两种发生学说(“脂质浸润”和“内皮损伤”)中,ECs损伤都被当作其早期标志物,远早于临床超声检测的斑块和经皮冠状动脉造影检测的狭窄。研究发现在轻度冠状动脉病变患者中存在动脉矛盾收缩,在仅有冠心病危险因素暴露患者中存在内皮功能失调,在高胆固醇血症载脂蛋白鼠模型上系统性输注内皮祖细胞可延缓E(apAoES)的发生敲除小,甚至有研究发现冠心病危险因素数目可作为血管内

皮功能障碍的有效独立预测因子[9

]明ECs功能损伤发生于A,这些事实均相S的早期阶段。关。在高血压病EC理s还与证

高血压和心肌缺血梗死过程中,硬化血管ECs的一氧化氮合成量明显减少,内皮依赖性的血管舒张功能减退,收缩功能亢进,导致血

22c1i1EVPe1EE·468·

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压升高。ECs在心肌缺血梗死中同时扮演受害者和

元凶的角色,心肌梗死后,参与形成侧支血管的ECs甚至诱发血栓,进一步造成自身损伤,舒血管物质分泌减少,加重心肌缺血,形成恶性循环,甚至有研究发现在运动性心肌缺血中就已经存在ECs功能受3 VSMCs与心血管疾病

正常3.1 VSMCs的特点 VSMCs起源于中胚层,情况下呈梭形,位于血管壁中膜,通过协调的舒张和

]10

。损[

发生损伤水肿,上调黏附分子表达,吸附炎症细胞,

“干/祖细胞池”概念的提出,干细胞逐渐被证明存在于骨髓、外周血、皮肤、心脏、大脑、血管壁以及很多部位,干细胞分化学说也随之产生。而关于分化为至今仍存在较大争议,早期VSMCs的干细胞来源,

认为损伤修复中的V并证实SMCs主要来源于骨髓,了骨髓和外周血中单核细胞的V后来SMCs可塑性,又提出骨髓来源细胞对损伤修复中VSMCs的长期

[3]

贡献可忽略不计。H发现血管外膜上存在的u等1年代造血干细胞和骨髓间充质干细胞的发现以及

Sca1、CD34和ckit阳性干/祖细胞可分化为--收缩维持血压的动态平衡和调节血流的合理分布;SMC表达特异性分子标志物平滑肌蛋白-2-s属于已分化细胞,

滑肌α肌动蛋白(重2α链(sm(soomtohmsmothuosothmusclmclues-c2le2αm,eSα-actinyMos2i2nα)h、,Sea平滑肌肌球MαA)、平MMHvyc

hain,MMHC)和h1-钙调蛋白(h1-caoni,但除SMCsC。之成熟外均不能单独用来鉴定p

分n化)表型的VSMCs并不是终末分化细胞,具有可塑性,存在不同的细胞表型并受到所处环境因素

的控制[11]

(MYseru。生理情况下,VSM、Cs心在肌素血(清反应因子

,缩表型Omr)及es[2]

mpioRn-s1e4f/actorSRF)my

ocardin收缩。相发生损伤时3miR-1关蛋白表达,4V5的作用下主要表现为收

1下S降MC,s可转化为迁移增殖表型,舒缩功能受损,而去分化(型特异性分子标志物胚胎肌动蛋白重链

ehaminbr,ySoMniecfmbor)m和o原fs肌mo球ot蛋h白mu4scl(etmyosinheavy控制的过度表型转化却可加速SMM4

)C表达s的表型转化是为了适应和修复损伤上调,迁移、增殖及分泌能rop力o明my显osin4,,但不受增强。。

AS和支架后再狭窄等病变过程.2 VSMCs与血管损伤修复径、多表现的复 血管损伤修复是一

个多因素、多途杂过程,是瘤及支架后再狭窄等临床疾病的共同病理基础AS、动。脉在各种免疫、化学、物理因素作用下,起始于血管内膜完整性的破坏,继而血小板黏附聚集、活化并释放大量趋化因子募集炎症细胞,诱发炎症反应,导致SMCs迁移至内膜并发生过度增殖。表型转化VSMCs参与血管损伤修复的机制目前主要包括“”学说和“干细胞分化”学说。前者认为在血管发生损伤时,VSMCs能够从收缩表型转化为迁移增殖表型,重新进入细胞周期,正常收缩舒张功能受限,增殖、迁移能力明显增强,利于血管损伤的修复,但在慢性血管炎症刺激下,活化导致V管SM腔C狭s的增殖不受控制并分泌大量细胞外基质窄。随着20世纪50

V血管内膜中增生的SMCs参与血管损伤修复,甚至有研究者提出损伤干/祖细胞[

]

VSMCs完全来源于血管壁原位

143.3 VSMCs。与心血管疾病血管疾病中扮演着重要角色S。、 VSMCs作为构成血

管壁的主要基质细胞,在A动AS脉病变过程中瘤及高血压,

等内膜心VSMCs在各种生长因子及炎症因子的作用下迅速增殖并产生大量细胞外基质,导致内膜增厚,中膜VSMCs在各种趋化因子刺激下向内膜迁移进一步加重内膜增厚、管腔狭窄。研究发现刺激下转化为巨噬VS样M细Cs在高胆固醇和炎症因子的胞,吸收脂质后进一步转变为泡沫细胞,甚至有研究认为斑块中30%的细胞都是发生表型转化A的

SV纤维帽中的作用截然不同SMCs[15]

。另外,VSMCs的不同表型在,AS斑块细胞样表型转化K,LF不4能促进利于斑块VS稳M定Cs向促炎巨噬,而KLF4基因敲除能使斑块变小变稳定[16]

还是高血压的主要病理靶标细胞,肾素。VSMCs

醛固酮系统活化、交感神经系统活化、-血管紧张素氧化应激、血-

流动力和机械力可诱导信号的敏感度增加,导致VS血M管Cs增生、肥大及对收缩收缩、管腔狭窄,血压

增高,另有研究发现VSMCs之间的缝隙连接和

V了高血压的病理过程SMCs上的离子通道([

17]

C。av1.2和Kv通道)也参与4 miRs调控干细胞向ECs和VSMCs分化

干细胞是一类具有自我更新和无限分化潜能的细胞,主要分为胚胎干细胞和成体干细胞。随着该领域研究的兴起,干细胞在疾病模型和再生医学领域的应用也逐渐展开。目前在造血干细胞移植治疗领域已成熟应用,而在心血管领域的研究才略见成效。研究发现在缺血动物模型中移植胚胎干细胞/诱导多能干细胞(PSC)衍生的ECs能促进损伤血管的修复inducedplurip

otentst。

emcells,4.1 miRs调控干细胞向分化是一个复杂却协调的E过Cs分化程,是胚 干细胞向胎时期血管EC形

sVSSVcTV3Vi《,临床荟萃》 2024年5月20日第35卷第5期 ClinicalFocusMa0,2024,Vol35,No.5y2

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成和出生后血管修复的重要环节,受到V碱性EGF,成纤维细胞生长因子,骨形态发生蛋白,Notch和

18]

。敲除D、和分化[icerDrosha或RNA结合蛋白

胚胎干细胞的体外DGCR8致系统性miRs丢失后,

Wnt等多水平信号通路的共同调控。miRs是细胞

分化的重要调节因子,参与调控干细胞的自我更新

miR-6087的可能靶基因并进一步证明hsamiR--6086和hsamiR-6087均通过翻译抑制调控靶基因-]29

,表达[对于其是否能直接调控干细胞向ECs分化

有待进一步证实。

分化和增殖发生缺陷。众多研究表明miRs能促进

、、胚胎干细胞向E心肌细胞及骨骼肌细胞CsVSMCs分化,其中miRs对ECs定向分化的调控作用是血管

]19-21

。敲除D领域的研究热点[icer第一个和第二个

4.2 miRs调控干细胞向VSMCs分化 VSMCs分

化同时受到遗传、免疫、环境因素的调节,miRs对干细胞向VSMCs分化的调控一直是心血管界的研究热点。系统Dicer敲除的小鼠胚胎因多能干细胞丢失和血管形成不良致死,特异性ECsDicer敲除只是影响出生后的血管形成而不影响胚胎存活,但特异外显子的胚胎及卵黄囊血管发育严重受损且血管内皮细胞特殊标记物VEGF,Flt1和Tie1表达明显降低[22]

m9i6Rs、m(im。Ri-R在胚胎干细胞分化的1-146b、miR-625、mECs群中-,

发现部分)i上R-调19,7部、m分iRm-210、(miR-很少有研究证0a、miR-2300ba、和m明iRm这-2i些2R1-13和3a变化m明iR显-2的22细胞向ECs分化。科学家进一步在人胚胎干细胞向

m)i下调[2i3R]

Rs直接,s但至今miR-调控干

Cs分化的早期阶段筛出明显上调的miR-99b和m过表达iR-181ma并发现与iR-99b或mEiCRs分化时间及状态明显相关,和VE-cadherin上调-,1证81明a使ECs标记物Pecam-

能促进人胚胎干细胞向中胚层Flk1+细胞群中E发Cs分化miR[-249]

9现的第一。b和个m高iR表-m1i达2R6-1是在

81a

参与调控内皮-的miRs,能抑制小鼠胚胎干细胞的自我更新和调节。细胞分化,影响斑马鱼和小鼠的m血iR管,完整性

[25]

miR-21属于第一批在哺乳动物中发现

干/祖细胞的定向分化,在Ⅳ型胶原和VEGF诱导

上调PSC向miRE-C2s分化模型中,1导致血管ECsmi标志物表达增加R-21表达量明显升高,,

机制上mi胚胎TRE-2N1干/通过A细kt同时miR促-21进/胞向iTPGSFCβ

s-2向/SEMACsD分3和化[26m]

i。R-在21人/靶向00c同时靶向ZEECBs分化模型中,1调控ECs分化mi27R]

-,1而50和[miR-1m9i9Rb

-导致血管源性Notch配体内J皮A生G1长,因通子过激分活泌,转促录进因内子皮S细TA胞T分

3化[28

]的。目前,被证明能直接调控干细胞向ECs分化

miRm-i6R0s并不多,一些新型86,hsa-miR-6087,hm0sai-Rms逐渐被探索,iR-6088,hsa-mhisRa--分析C8s9和分化过程中表达明显变化hsa-miR-6090在人来源的胚胎干细胞向,使用,这些新型miRs的前体能形成茎环结构且其RNAfold程序末端在物种之间高度保守,利用5'

mDRHN5A和3'UenTdR端作用机制预测m其iR靶5'

末端靶向基因,

发现oglin分别为hsa-miR-6086和hsa-

性VSMCsDicer敲除在胚胎发育第16~17天就因广泛内出血致死。体外缩相关蛋白明显下调及收缩功能受损VSMCsDicer敲除也出现收。以上研究均证明miRs对调控干细胞向V的V可通过靶向转录因子SmMimCRissR-,1不完全分化体43和内研m究iR发-14SMCs分化有重要作用。,现5是目前该领域研究最深入

miR-14究3/发14现5敲除可诱发

而体外研miR-143/145干细胞分化多能性,调MY节mVOS、MHCDsAC分7及化3

0E-31T]

S。1抑制

[另外,ViR-145还能通过PI3K//miSRM-1C4s的表型转化、增殖和迁移Aktm[2T]

5对VSMCs的调控是多方位。OR通路调节

3的上述研究表明。在维甲酸

诱导的靶向KLVFS4M和Cs分化模型中,HDAC4促进胞向VmiSRM-1和Cs分化miR-3

31-304a分别

[]

胚胎干细胞/血管壁干细;在鼠表观遗传调控,miR-21s分化需要通过VSMCs分化模型中,

miR-22介导的VSMC4通过抑制QKIM促进ECPV2进行分化SMCs

(且QKI可直接结合VSMCs分化转录因子

调控转录因子SRF、MYO)的过上调YY基1因促进启动VS子[35

]MCs,m分化iR-239a,通过负向

[6]

miR-34通

诱导的s人irt间uin充1参与质干细VS在胞M向Cs分化调节;VSMCs分化模TG型F-中β1,

5miR-503通过靶向SMAD7促进分化,而mi在p通过靶向并下调化模TG型F-中β

1诱导人毛R

囊OC间K2和充质干SM细α胞A抑制分化R-2[2212]

-向,miR-128通过靶向SMAD2调V节SM分C化s分;过

程[37

]化的同时。越来越多,对现。VSMmCisRs被证明参与调控去分化的调节作用也被逐渐发

VSMCs分VSmiR-221、miR-146a、miR-24和mi而R-2向收缩表型转化RM-1C4s由收缩表型向分泌表型转化,mi5、miR-21和。

miR-1促进VSMCs由分泌表型

m6ia促进

R-143、参考文献:

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eetl-l7,12E1iP26EC·470·

():2017,1661434-1438.

《,临床荟萃》 2024年5月20日第35卷第5期 ClinicalFocusMa0,2024,Vol35,No.5y2

differentiation

of

urifiedp

neurons

from

hPSCs

[]2 DerrienB,ClavelM,BaumbererN,etal.Asuressorgpp

screenforAGO1deradationbheviralF-boxP0proteingyt[],():J.PlantCell2024,3061353-1374.

uncoversaroleforAGODUF1785insRNAdulexunwindinpg

advancestowardsquickscreeninorneuronaldiseasegf

[],19 DescamsB,SaifJBenestAV,etal.BDNF(brainderivedp-[],():henotesinvitroJ.Cells2024,93.iiE532.pypp

[]:g3 ChimanLB,PasuinelliAE.miRNAtaretinrowinpqggg[]4 RennieW,KanoriaS,LiuC,etal.STarMirDB:adatabaseof

560.

],:microRNAbindinites[J.RNABiol2016,13(6)554-gs[],():beondtheSeedJ.TrendsGenet2024,353215-222.y

includinicroRNA-214,EZH2(EnhancerofZesteHomologmg,():ArteriosclerThrombVascBiol2024,3892117-2125.

henotepyp

exressionp

during

,differentiationtoendothelialcellsviaamolecularpathway

neurotrohicfactor)promotesembronicstemcellspy

,a2)ndeNOS(endothelialnitricoxidesnthase)[J].y

[]:5 YanX,RastetterRH,WilhelmD.NoncodinNAsangJgR-[],introductionJ.AdvExedBiol2016,886:13-32.pM

[]20 XieH,WanhenX,etal.miR126isessentialforgF,C

endothelial

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Histochem,2016,118(4)收稿日期:393-400:2.

020-03-20 编辑:

张卫国

microRNAs调控干细胞血管向分化的研究进展 - 图文

·466·《,临床荟萃》2024年5月20日第35卷第5期ClinicalFocusMa0,2024,Vol35,No.5y2·综述·microRNAs调控干细胞血管向分化的研究进展()浙江大学医学院附属第一医院心血管内科,浙江杭州310003张青,陈婷,)分化,是探索血管再生和血管增生性疾病治疗策略
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