臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性心臟病的新進(jìn)展

童珊珊，張寧坤綜述 陳 宇審校

◇綜述◇

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性心臟病的新進(jìn)展

童珊珊1，2，張寧坤2綜述 陳 宇1，2審校

目前心臟移植是終末期缺血性心臟?。↖HD）患者唯一有效的治療手段，但由于供體來源短缺、免疫排斥和費(fèi)用昂貴等限制，無法廣泛應(yīng)用于臨床。隨著干細(xì)胞研究的深入，人們看到了新的曙光。干細(xì)胞治療，尤其是間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）的替代治療成為終末期 IHD患者的另一有效治療選擇。MSC是來源于發(fā)育早期中胚層內(nèi)的具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的多能干細(xì)胞，廣泛存在于骨髓、臍帶、脂肪等組織中，能夠產(chǎn)生多種細(xì)胞因子和化學(xué)因子，具有組織再生、免疫調(diào)節(jié)等功能，因此，MSC在再生醫(yī)學(xué)中具有重要的科研和臨床實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)就臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（UC-MSCs）在 IHD治療應(yīng)用中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞；干細(xì)胞移植；缺血性心臟病

心肌梗死導(dǎo)致心肌細(xì)胞數(shù)量減少、心肌纖維化形成瘢痕，使心臟失去正常的舒縮功能。目前的介入、藥物等治療手段只能改善心臟缺血，而不能減少梗死面積，患者的 5年死亡率達(dá) 50%；同時(shí)心肌梗死的患者反復(fù)住院，也增加了社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［1］。細(xì)胞治療不僅能減少心肌細(xì)胞損傷和瘢痕形成，而且能重建梗死區(qū)心肌細(xì)胞和血管，成為研究的熱點(diǎn)。

1 缺 血 性 心 臟 病 （ischem ic heart disease，IHD）的治療現(xiàn)狀

IHD又稱冠狀動脈性心臟病，是一種最常見的心臟疾病，由于其高發(fā)病率和死亡率，是當(dāng)今社會致死的主要原因［2］。Krumholz et al［3］的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明美國每年約有 11萬人死于心肌梗死，我國每年死于心血管病的約有 350萬人，致死人群中有超過一半的患者與冠心病等誘發(fā)的心肌缺血關(guān)系密切。目前，雖然藥物、介入、外科手術(shù)等治療手段不斷改進(jìn)，但 IHD導(dǎo)致的死亡仍在不斷增加。全國疾病監(jiān)測系統(tǒng) 2004～2010年死因監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，IHD所致的死亡仍在以每年 5.05%的幅度上升［4］。其主要原因是心肌沒有足夠的再生和修復(fù)能力，一旦發(fā)生缺血壞死，壞死區(qū)心肌就會逐漸纖維化而形成瘢痕，致使心臟發(fā)生不可逆的器質(zhì)性損害，最終導(dǎo)致患者死亡。由于供體來源短缺、手術(shù)創(chuàng)傷大及移植后可能出現(xiàn)急性排斥反應(yīng)、致命性心律失常等嚴(yán)重并發(fā)癥，使心臟移植很難廣泛應(yīng)用于臨床。這就使得終末期心臟病患者的治療陷入困境，但隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展和干細(xì)胞研究的深入，有望通過干細(xì)胞治療，替代壞死心肌，實(shí)現(xiàn)心臟再生，來根本改善患者的預(yù)后。

2 臍帶 間充質(zhì)干細(xì)胞 （um bilical cord m esenchym al stem cells，UC-MSCs）概 述

UC-MSCs是來源于胎兒臍帶血、臍血管周圍、內(nèi)皮下及華爾通氏膠質(zhì)（Wharton′s jelly，WJ）等臍帶組織 的 間 充 質(zhì) 干 細(xì) 胞 （mesenchymal stem cell，MSC）［5］。臍帶屬于醫(yī)療廢棄物，來源廣泛，取材方便，UC-MSCs易于獲取、凍存、培養(yǎng)簡單、增殖活性高，且不受倫理道德等的限制，有望取代胚胎干細(xì)胞、骨髓 MSC，成為再生醫(yī)學(xué)中理想的種子細(xì)胞［6］。UC-MSCs有自我更新能力，傳代后無形態(tài)學(xué)變化，在體內(nèi)外特定條件下可分化為骨、軟骨、脂肪、心肌等多種細(xì)胞［7］。其表達(dá)多種免疫耐受和免疫調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白，而不表達(dá)造血干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞特異性抗原及移植排斥反應(yīng)相關(guān)抗原，因此免疫原性較低，很少引起免疫排斥反應(yīng)。

3 UC-MSCs的作用機(jī)制

3.1 分化為心肌細(xì)胞移植細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞，并與宿主心肌整合，重建梗死心肌，實(shí)現(xiàn)心臟再生，進(jìn)而能夠徹底改善患者預(yù)后。何紅艷 等［8］將 BrdU標(biāo)記的 UC-MSCs移植到大鼠心肌梗死模型中，2周后發(fā)現(xiàn)移植細(xì)胞仍然存活，且能表達(dá)成熟心肌細(xì)胞標(biāo)志物，Wu et al［9］在體外和大鼠模型中證實(shí) UCMSCs可向心肌分化，且細(xì)胞移植后心功能有明顯的改善。

3.2 旁分泌作用移植細(xì)胞僅有很少一部分到達(dá)靶器官，且細(xì)胞移植后 72 h內(nèi)即可觀察到心功能的改善，提示這種顯著的效果并非來自于移植細(xì)胞的心肌再生作用，Ballard et al［10］認(rèn)為干細(xì)胞是通過旁分泌機(jī)制發(fā)揮改善心功能的作用。MSC分泌多種因子發(fā)揮旁分泌的作用，MSC分泌的因子包括：干細(xì)胞因子、胰島素樣生長因子-1、血管內(nèi)皮生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、血小板源性生長因子、單核細(xì)胞趨化因子、白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6等，通過分泌這些生長因子和化學(xué)因子，誘導(dǎo)新生血管形成、降低心肌梗死面積、減少瘢痕形成和心肌細(xì)胞凋亡、改善心肌收縮力，同時(shí)血管內(nèi)皮生長因子和成纖維細(xì)胞生長因子表達(dá)的增強(qiáng)，可促進(jìn)缺血區(qū)移植細(xì)胞和宿主細(xì)胞的存活。

3.3 免疫調(diào)節(jié)作用UC-MSCs表達(dá)免疫耐受和免疫調(diào)節(jié)基因，不表達(dá)免疫反應(yīng)相關(guān)基因。如表達(dá)MHC I類 分 子、MHC-E、MHC-F、MHC-G、CD90、CD105、CD29，不表達(dá) HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ、CD40、CD40L?？赏ㄟ^抑制 T細(xì)胞的激活［11］、化學(xué)因子的分泌［12］參與免疫調(diào)節(jié)。因此，UC-MSCs可以降低心肌梗死后免疫機(jī)制介導(dǎo)的心肌細(xì)胞丟失，減少心肌瘢痕形成，減少心肌損害［13］。

4 UC-MSCs在 IHD方面的試驗(yàn)研究

4.1 體外試驗(yàn)UC-MSCs誘導(dǎo)心肌分化的方法有多種，目前常用的誘導(dǎo)劑有 5-氮胞苷（5-AZA）、維生素 C、催 產(chǎn) 素、5-氮-2脫 氧 胞 苷、bFGF、TGF-β1、PDGF等。5-AZA可 誘 導(dǎo) UC-MSCs表 達(dá) Nkx2.5、cTnT、βMHC等成熟心肌細(xì)胞特異性標(biāo)志物［14］，體內(nèi)心肌細(xì)胞的分化是多種因子與局部微環(huán)境共同作用的結(jié)果，有研究［15］表明小鼠心臟提取液能夠促進(jìn)心肌的分化。Jiang et al［16］表明 0.5μmol／L的磷脂酰鞘鞍醇能夠促進(jìn) UC-MSCs分化為有功能的心肌細(xì)胞。隨后 Konstanitinou et al［17］用磷脂酰鞘鞍醇、蘇拉明、旋滴培養(yǎng)及生物發(fā)生器技術(shù)首次培養(yǎng)出了心臟微小組織，這些小組織塊有望像補(bǔ)丁一樣修復(fù)受損心臟。

4.2 體內(nèi)試驗(yàn)雖然大量體外試驗(yàn)表明 UC-MSCs可誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞，但誘導(dǎo)心肌是否與受體心肌整合、能否發(fā)揮功能學(xué)的作用、移植細(xì)胞的結(jié)局及安全性等問題尚不清楚。一些動物的心肌梗死模型有助于了解移植細(xì)胞的功能效率、生理學(xué)機(jī)制及安全性等（表 1），為進(jìn)一步的臨床研究提供了理論基礎(chǔ)。

2009年，Wu et al［9］成功從完整臍帶組織中分離出 UC-MSCs，然后將分離得到的細(xì)胞經(jīng) 5-AZA體外誘導(dǎo)24 h，2周后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞由長梭形逐漸增大呈球形，心肌細(xì)胞特異性標(biāo)志物 α-actin、connexin43、cTnT、myosin在誘導(dǎo) 4周后高表達(dá)；隨后，將 CM-Dil標(biāo)記的 UC-MSCs通過心肌注射的方式移植到大鼠心肌梗死模型中，移植后 4周發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)存在 CM-Dil標(biāo)記的 UC-MSCs，且免疫熒光顯示 cTnT表達(dá)，證明了 UC-MSCs在體內(nèi)、體外都有向心肌分化的能力。Latifpour et al［19］在心肌梗死模型兔中發(fā)現(xiàn)，移植細(xì)胞同樣可以在體內(nèi)分化為心肌細(xì)胞，與對照組相比，細(xì)胞移植組 LVEF較高且心肌梗死面積縮小。Lopez et al［13］的實(shí)驗(yàn)表明，心肌梗死 24～48 h內(nèi)給大鼠靜脈注射 UC-MSCs，4 d后心肌梗死邊緣可檢測到注射的 UC-MSCs，25周后左室射血分?jǐn)?shù)較對照組高，LA／Ao比值減小。對于經(jīng)典的心肌內(nèi)注射的移植方式，移植細(xì)胞易被血流沖走而不易定位，且由于心肌收縮對細(xì)胞的擠壓，導(dǎo)致細(xì)胞損害，近年來有研究［25］表明，用甲基纖維素水凝膠制備的三維細(xì)胞聚集體，不僅可以使移植細(xì)胞穩(wěn)定定位，而且可以減輕心臟收縮對移植細(xì)胞的損害。

表1 動物心肌梗死模型中 UC-MSCs移植的相關(guān)研究

4.3 臨床試驗(yàn)不同類型的動物試驗(yàn)證實(shí)了干細(xì)胞應(yīng)用的廣闊前景，梗死區(qū)心肌細(xì)胞的再生能夠增強(qiáng)心臟功能，而基于 UC-MSCs的細(xì)胞治療可減少心肌細(xì)胞損傷、降低瘢痕形成及誘導(dǎo)新生血管形成，展現(xiàn)出優(yōu)于現(xiàn)有療法的獨(dú)特一面。但目前將 UCMSCs應(yīng)用于 IHD的實(shí)驗(yàn)較少，2015年 5月 30日，在 clinical trial gov官網(wǎng)上查找 “臍 帶間充 質(zhì)干細(xì)胞”和“缺血性心臟病”的實(shí)驗(yàn)，注冊的實(shí)驗(yàn)僅有 4個(gè)。徐州醫(yī)學(xué)院附屬淮安醫(yī)院對 30例心肌梗死的患者分別實(shí)行了冠脈介入+支架植入術(shù)和冠脈介入+支架植入 +hUC-MSCs移植，移植組將 5×107個(gè)細(xì)胞經(jīng)冠狀動脈移植入患者體內(nèi)，移植 8周后，移植組的 LVEF明顯高于非移植組，心肌梗死面積小于非移植組。實(shí)驗(yàn)證明冠脈介入治療、支架植入結(jié)合細(xì)胞移植治療心肌梗死優(yōu)于冠脈介入和支架植入［26-28］。Li et al［29］將慢性冠狀動脈完全閉塞的老年患者隨機(jī)分成 3組，分別給予 3×106、4×106、5× 106不同劑量的 UC-MSCs進(jìn)行治療，隨訪 2年，無再發(fā)急性心肌梗死及死亡等嚴(yán)重心臟不良事件發(fā)生，證明了干細(xì)胞用于移植治療的安全性和可行性。

5 問題及展望

目前可用于心臟再生醫(yī)學(xué)的干細(xì)胞主要有胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、骨髓 MSCs、心臟干細(xì)胞和UC-MSCs等，胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞可分化成心肌或心肌樣細(xì)胞，但 ESCs由于致瘤性且存在倫理道德及免疫方面的問題而應(yīng)用受限，雖然誘導(dǎo)多能干細(xì)胞可避免倫理問題，但由于其編程難度大、效率低且有較大致瘤風(fēng)險(xiǎn)等使其臨床應(yīng)用困難較大。骨髓 MSCs適合移植，但其存在感染的風(fēng)險(xiǎn)，且隨著年齡的增大，骨髓 MSCs的增殖和分化能力都受到不同程度的影響。心臟干細(xì)胞可定向分化為心肌細(xì)胞且不存在倫理道德及免疫排斥，是用于自體移植的良好種子細(xì)胞，但由于其數(shù)量較少且分離困難，應(yīng)用于臨床仍面臨眾多的困難。UC-MSCs由于其自身的生物學(xué)特性而有廣闊的應(yīng)用前景。

然而從基礎(chǔ)研究到臨床應(yīng)用仍然有很多的問題需要解決，目前 UC-MSCs的作用機(jī)制尚不完全清楚，移植細(xì)胞的數(shù)量及途徑尚不統(tǒng)一。同時(shí)如何選擇安全性好、重復(fù)性高的培養(yǎng)基，如何避免細(xì)菌污染，如何根據(jù)病情的輕重選擇合適的移植方法等仍需要不斷的探索。此外，現(xiàn)有 UC-MSCs的研究大都建立在動物模型上，臨床研究并不多，尚不能完全證明干細(xì)胞治療的可行性和安全性。干細(xì)胞治療心血管病的遠(yuǎn)期效果如何仍需進(jìn)一步研究。

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1安徽醫(yī)科大學(xué)海軍臨床學(xué)院，2海軍總醫(yī)院心臟中心，北京 100048

童珊珊，女，碩士研究生；陳 宇，女，副 教 授，碩 士 生 導(dǎo) 師，責(zé) 任 作 者，E-mail：YuChen911＠hotmail.com