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心脏疾病是造成人类死亡的主要原因之一,其发病率仅次于癌症,特别是由于冠状动脉阻塞而导致的心肌梗死（Myocardial infarction,MI）,常造成心肌细胞（Cardiomyocytes,CMs）的不可逆损伤或死亡。由于出生后CMs的再生能力很差,目前对于MI仍无有效的根治方法。移植外源性CMs治疗MI需要大量的细胞,容易造成免疫排斥反应,且细胞来源受限。胚胎干细胞（Embryonic stem cells,ESCs）和诱导性多能干细胞（Induced pluripotent stem cells,i PSCs）能够分化成为心脏细胞,但由于其体内分化方向难以控制,容易产生异质细胞,甚至引发肿瘤。采用间接谱系转化技术,将体细胞重编程为诱导性心脏祖细胞（Induced cardiac progenitor cells,iCPCs）,因其具有“自我更新”和心脏谱系细胞分化潜能,能够提供大量细胞资源、有效降低致瘤性和分化细胞异质性,具有广阔的应用前景。传统二维（Two-dimension,2D）细胞培养系统因无法精确模拟体内状态,造成大量心脏疾病研究结果无法在实验动物和临床试验中复制重现。运用细胞外基质（Extracellular matrix,ECM）构建的三维（Three-dimension,3D）培养体系（例如:水凝胶）能够模拟细胞的体内微环境,更有利于开展心脏疾病的研究。壳聚糖是一种由葡萄糖胺和乙酰葡萄糖胺组成的天然多糖,具有无毒、可降解、抗菌和抗真菌等特性,有望降低ECM引入的污染问题,并提升水凝胶的稳定性。因此,本研究通过过表达五种心脏转录因子（Gata4、Nkx2.5、Tbx5、Baf60c和Mesp1）,将人胚肾293T细胞（Human embryonic kidney 293T cells,HEK-293T细胞）重编程成为iCPCs;应用胶原蛋白、壳聚糖和ECM构建出3D水凝胶细胞培养体系,并探讨了iCPCs在该体系中的细胞行为和诱导分化特性,为心脏疾病的机理研究、药物筛选、模型构建和细胞治疗等奠定了基础。试验一iCPCs的生成与鉴定应用间接谱系转化技术,通过Lipofectamine LTX介导心脏转录因子Gata4、Nkx2.5、Tbx5、Baf60c和Mesp1在HEK-293T细胞中过表达,将其重编程成为iCPCs,并通过形态学观察、免疫细胞化学染色、实时荧光定量PCR（Real-time quantitative PCR,RT-qPCR）和诱导分化等方法对所得细胞进行鉴定。结果表明:（1）HEK-293T细胞经重编程后,所得细胞具有与心脏祖细胞（Cardiac progenitor cells,CPCs）相似的形态学特征,细胞呈圆形或椭圆形,无突起;呈现出CPCs特异性标志蛋白:Gata4、Nkx2.5和Irx4的免疫细胞化学染色阳性反应,且各自的阳性细胞率分别为61.36±1.08%、60.97±1.28%和61.73±1.18%;与HEK-293T细胞相比,iCPCs中Irx4、Tbx20、Mesp1和Nkx2.5基因的相对表达量极显著上调（P<0.01）,而Fsp1和Col5A1基因的相对表达量极显著下调（P<0.01）;（2）iCPCs经心脏谱系诱导分化液处理后,能够生成呈短圆柱形、细胞核位于细胞中央的CMs,呈多边形、细胞边缘不规则的内皮细胞（Endotheliocytes,ECs）,以及呈长梭形、无横纹的平滑肌细胞（Smooth muscle cells,SMCs）;分化细胞呈现出CMs特异性标志蛋白——Cardiac actin、ECs特异性标志蛋白—CD31或SMCs特异性标志蛋白—SM-MHC的免疫细胞化学染色阳性反应,其各自的阳性细胞率分别为49.37±84%、48.61±0.74%和47.57±0.77%;分化细胞中c Tn T和Actinin-α1（CMs标志基因）、PEACAM1（ECs的标志基因）和MYL2（SMCs的标志基因）的相对表达量分别极显著高于iCPCs对照组（P<0.01）。因此,过表达Gata4、Nkx2.5、Tbx5、Baf60c和Mesp1能够将HEK-293T细胞重编程成为CPC样细胞,所得iCPCs具备分化成为CMs、ECs和SMCs的能力。试验二iCPCs的3D水凝胶培养体系构建采用胶原蛋白、壳聚糖和ECM,按照不同体积比:4:0:3（对照组）、4:1:3（壳聚糖处理组1）、4:2:3（壳聚糖处理组2）和4:3:3（壳聚糖处理组3）制备水凝胶,通过检测其形态结构、孔隙率、溶胀度和降解率,筛选细胞回收条件,探讨水凝胶对iCPCs行为和分化的影响,旨在构建iCPCs的3D水凝胶培养体系。结果表明:（1）经扫描电子显微镜观察,不同比例组成的3D水凝胶均显示出立体网络结构。对照组水凝胶显示出较大孔径的结构,胶原蛋白分布较为疏松;壳聚糖处理组1的水凝胶呈现出较为致密的结构,孔径大小均一,表面粗糙,各孔隙相互贯通;壳聚糖处理组2和3的水凝胶表现出更小的孔径结构,胶原纤维分布杂乱无序,有大小不等的隆起;（2）壳聚糖处理组1形成水凝胶的孔隙率（99±0.30%）、溶胀度（97±0.87%）、降解率（44±0.03%）以及iCPCs的增殖倍数（58±0.24）和存活率（73±0.60%）均分别极显著高于对照组、壳聚糖处理组2和3（P<0.01）;（3）0.30%胰蛋白酶和0.25%胶原蛋白酶消化同种3D水凝胶回收的细胞数之间无显著性差异（P>0.05）,但均极显著高于0.45%胃蛋白酶处理组（P<0.01）;经不同浓度的胰蛋白酶、胶原蛋白酶和胃蛋白酶消化3D水凝胶后,壳聚糖处理组1的回收细胞数均分别极显著高于其余比例组成的3D水凝胶处理组（P<0.01）;（4）在3D水凝胶中,iCPCs及其诱导分化细胞的形态学特征与2D培养细胞无明显差异,体积稍小;与2D培养体系相比,在3D水凝胶中,iCPCs来源分化细胞:Cardiac actin+CMs、CD31+ECs和SM-MHC+SMCs的数量均极显著上升（P<0.01）,分化细胞的c Tn T、actininα1、PEACAM1和SMCs基因的相对表达量也极显著上调（P<0.01）。因此,宜采用壳聚糖处理组1的方案制备水凝胶进行iCPCs的3D培养,使用0.25%胶原蛋白酶或0.30%胰蛋白酶消化水凝胶回收细胞,3D水凝胶比2D培养体系更有利于iCPCs体外分化成为CMs、ECs和SMCs。结论:利用Lipofectamine LTX介导五种心脏转录因子（Gata4、Nkx2.5、Tbx5、Baf60c和Mesp1）的过表达,可以将HEK-293T细胞重编程成为iCPCs,所得iCPCs具备分化成为CMs、ECs和SMCs的能力;宜采用胶原蛋白、壳聚糖和ECM,按照4:1:3的比例,构建出机械性能强和稳定性高的3D水凝胶,该细胞培养体系支持iCPCs的存活和增殖行为,0.25%胶原蛋白酶或0.30%胰蛋白酶适宜用于消化水凝胶回收细胞;3D水凝胶比2D培养体系更有利于iCPCs分化成为心脏谱系细胞:CMs、ECs和SMCs。iCPCs的生成和3D水凝胶培养体系的建立为解析心脏发育、损伤和修复机制,构建心脏疾病模型,筛选和开发药物,研发细胞治疗新策略等提供了研究平台。