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第1部分：为了开发出一种具有临床应用潜力的、非侵入性的、可用于治疗心肌梗死（MI）的干细胞疗法，本研究将骨髓间充质干细胞（MSCs）经CXCR4基因修饰后再通过静脉注射入心肌梗死大鼠体内。心肌梗死后，基质细胞衍生因子（SDF-1）在梗死区的表达迅速上调，通过与干细胞表面的CXCR4受体相互作用，能够诱导干细胞向心脏迁移，修复坏死心肌。研究发现，体外扩增的MSCs表面CXCR4表达水平很低，因而可能限制其向心肌梗死区的迁移。在本研究中，我们将CXCR4基因通过逆转录病毒转入MSCs内，使MSCs表达高水平的CXCR4，然后在大鼠心肌缺血再灌注24h后把这种经CXCR4基因修饰的MSCs（CXCR4-MSCs）通过尾静脉注入大鼠体内。我们发现CXCR4基因修饰显著增强了MSCs向心肌梗死区的迁移能力。心肌梗死30d后，超声心动图检测发现saline对照组和MSCs组均出现了明显的心室重构，而CXCR4-MSCs注射抑制了这一趋势。组织学分析结果显示CXCR4-MSCs组梗死区Ⅰ/Ⅲ型胶原比值下降，说明这一疗法改善了癜痕组织的顺应性。另外，CXCR4-MSCs移植促进了心脏功能的恢复，而saline组和MSCs组的心脏功能较差。我们的结果证明，静脉注射CXCR4-MSCs可应用于心肌梗死的治疗，是一种非侵入性的、安全的、有效的治疗方法。
第2部分：多个研究已经证明，静脉注射MSCs是一种非侵入性的干细胞疗法，能促进坏死心肌的修复。但是，MSCs的靶向性不强，仅有少量能够迁移到梗死心肌，因而影响了其治疗效果。本部分实验的目的是研究粒细胞集落刺激因子（G-CSF）能否促进静脉注射的MSCs向心脏的迁移。流式细胞术分析发现G-CSF能够增加MSCs表面CXCR4的表达水平。心肌梗死后，大鼠随机分组给予：①saline（n=9）；②MSCs（n=15）；③MSCs+G-CSF（50μg/㎏/d，共5d，n=13）。G-CSF注射5d后，MSCs在骨髓的分布显著减少，而在心肌梗死区的分布增加。3月后，MSCs组和MSCs+G-CSF组梗死区的血管密度有所增加。但是，所有超声心动图和血流动力学指标，包括左心室舒张末内径、射血分数、以及+dP/dtmax，均无显著改善。形态学分析显示各组动物的梗死范围和胶原含量也无显著区别。免疫组化染色发现G-CSF促进了MSCs在血管腔内表面的黏附与向内皮细胞的分化。但是，MSCs并未能分化成心肌细胞。总之，本部分实验证明G-CSF能够促进静脉注射的MSCs从骨髓向梗死心脏的迁移，但是这种迁移对心肌梗死的治疗效果并不明显。
第3部分：目前，学者们对G-CSF在心肌梗死后的心室重构中所发挥的作用尚存在争议。基质金属蛋白酶（MMPs）及其组织抑制剂（TIMPs）决定着心室重构的进程。因此，本部分实验的目的是研究G-CSF对心肌梗死后心肌MMP/TIMP表达水平与心室重构的影响。实验动物分3组：①sham（11=10）；②saline（n=10）；③G-CSF（50μg/㎏/d，共5d，n=16）。G-CSF注射显著增加了外周血循环中白细胞、中性粒细胞和单核细胞的数量。Western blotting结果显示G-CSF降低了心肌梗死后心肌MMP/TIMP比值。另外，我们还发现G-CSF并未增加梗死区c-kit+细胞和白细胞的浸润，也未影响梗死区 TGFβ的表达。心肌梗死3月后，G-CSF组动物的生存率显著低于saline组。超声心动图与血流动力学检测发现G-CSF治疗导致左心室扩张与心功能不全。组织学分析结果显示G-CSF组大鼠的心肌纤维化面积与梗死范围均显著大于saline组。总之，本部分实验证明G-CSF可能通过降低心肌MMP/TIMP比值来促进心肌纤维化，最终导致梗死扩展并恶化了心脏功能。