心臟自體干細(xì)胞移植治療心肌梗死新進(jìn)展

房昊　安毅

【摘 要】近幾年心臟自體干細(xì)胞移植的研究較多，尤其在心肌梗死治療方面取得了較多進(jìn)展。隨著研究深入，人們對(duì)干細(xì)胞分類、來源、移植及移植并發(fā)癥有了更多認(rèn)識(shí)。本文綜述心臟自體干細(xì)胞移植治療心肌梗死的新進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】心臟自體干細(xì)胞；心肌梗死；移植

研究報(bào)道：中國(guó)心肌梗死（myocardial infarction，MI）患病率呈逐年上升趨勢(shì)，每年新發(fā)MI約50萬例。盡管現(xiàn)在臨床上可通過藥物溶栓、冠脈支架置入和心臟搭橋等方法治療MI，但這些方法并不能從根本上逆轉(zhuǎn)梗死心肌、改善心臟功能。如何使受損或無功能心肌再生或被替代，從源頭上改善心肌功能，已成為新的研究方向。干細(xì)胞移植開啟了MI治療新時(shí)代，而其中的心臟自體干細(xì)胞（cardiac stem cells，CSC）由于本身存有、無須歸巢、無免疫排斥反應(yīng)且具有定向分化的趨勢(shì)等特點(diǎn)，成為近年研究熱點(diǎn)[1]。

1 心臟自體干細(xì)胞研究概況

心肌細(xì)胞因?yàn)闆]有分化和再生能力而被定義為永久性細(xì)胞，它一旦受損則永不可逆。2002年，德國(guó)Strauer教授[2]開展了自體骨髓單核細(xì)胞移植治療MI的臨床研究，并首次成功證明此方法方法是可行的。這項(xiàng)試驗(yàn)開啟了干細(xì)胞移植治療MI新篇章，但是干細(xì)胞移植受免疫排斥、療效不確定性及倫理因素的限制，因此尋找合適的移植細(xì)胞成為心肌再生領(lǐng)域新的難題。隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)在哺乳動(dòng)物心臟中存在修復(fù)損傷心肌的自身干細(xì)胞。2015年干細(xì)胞移植專家共識(shí)表明： CSC是一組具有自我分裂分化能力的多能干細(xì)胞，能在體內(nèi)分化為心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞[3-4]，它有定向分化為心臟細(xì)胞系的趨勢(shì)，CSC所具備的各種優(yōu)勢(shì)可能使其在治療MI方面可能最具有潛力。

2 心臟自體干細(xì)胞分類

CSC分類方式多種多樣，根據(jù)細(xì)胞表面的標(biāo)志和來源不同，可以將其分為8種類型：

2.1 C-Kit+心臟干細(xì)胞

2003年，Beltrami等[5]從大鼠心臟中分離出c-Kit+心臟干細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞在體外的具有集落生成和分化潛能特性，參與梗死后心肌細(xì)胞和血管重生。將其注射在心肌梗死數(shù)周后大鼠的心肌受損區(qū)域，發(fā)現(xiàn)注射該細(xì)胞的大鼠較未注射該細(xì)胞的大鼠的射血分?jǐn)?shù)有明顯提高，并運(yùn)用熒光原位雜交技術(shù)在新生綠色熒光蛋白陽(yáng)性心肌細(xì)胞中檢測(cè)到12號(hào)染色體的克隆[6]，由此心肌細(xì)胞再生在動(dòng)物體內(nèi)得以證實(shí)。

2.2 Sca-1+心臟干細(xì)胞

Oh等醫(yī)學(xué)家[7]通過抗體靶向作用和磁性分選的方法在小鼠心臟內(nèi)分離出一種Sca-1+細(xì)胞。在小鼠梗死再灌注模型中，將正常小鼠提取的Sca-1+心臟干細(xì)胞移植到梗死小鼠的心臟，跟蹤2周后發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)有正常小鼠提取的Sca-1+心臟干細(xì)胞存活，證明了Sca-1+心臟干細(xì)胞能夠分化為心肌細(xì)胞。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)約50% Sca-1+心臟干細(xì)胞會(huì)和宿主細(xì)胞發(fā)生融合，但不管是否和宿主細(xì)胞融合，分化都是大致相同的[8]。

2.3 The cardiosphere（CSph）

Messina等[9]在小鼠和成人心臟中提取出一種未分化的細(xì)胞，它們?cè)趥鞔囵B(yǎng)中自我黏附成簇為“心肌細(xì)胞球”（the cardio-sphere，CSph）。這種細(xì)胞可以分裂、分化、轉(zhuǎn)移并且誘導(dǎo)心肌梗死后心肌和血管再生。將其注入成熟小鼠的心肌梗死區(qū)，能夠生成心肌譜系細(xì)胞，從而部分修復(fù)缺血壞死心肌，改善心室功能。

2.4 SP心臟干細(xì)胞

Martin等[10]在心肌組織中分離出SP細(xì)胞（side population of cells，SP），這些細(xì)胞同樣能夠在體外不斷增殖和分化成心肌細(xì)胞。目前僅僅能夠檢測(cè)ATP結(jié)合轉(zhuǎn)錄蛋白——ABCG2表達(dá)，但具體分化機(jī)制尚不能明確。

2.5 Islet-1+心臟干細(xì)胞

Laugwtiz等[11]從小鼠中分離出一種心臟前體細(xì)胞，它們利用Islet-1+轉(zhuǎn)錄因子作為細(xì)胞標(biāo)記物，發(fā)現(xiàn)這些前體細(xì)胞能夠分化成能產(chǎn)生動(dòng)作電位和收縮性的心肌細(xì)胞，將這類細(xì)胞稱為“Islet-1+心臟干細(xì)胞[12]”。

2.6 SSEA-1+心臟干細(xì)胞

Ott等[13]在大鼠心臟中分離出SSEA-1+干細(xì)胞，它具有較弱分化為心肌細(xì)胞能力，因此其修復(fù)心肌和逆轉(zhuǎn)心肌重構(gòu)的作用并不明顯。目前針對(duì)SSEA-1+心臟干細(xì)胞研究較少，其分化機(jī)制仍難以明確。

2.7 心肌球源性干細(xì)胞

研究人員在心臟干細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)液中放置心肌球后，發(fā)現(xiàn)一種可以不斷分裂增殖的細(xì)胞，稱為心肌球源性干細(xì)胞（cardiosphere-derived cells，CDCs）。考慮CDCs作用機(jī)制可能是通過再生和旁分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子來代替受損組織、改善微循環(huán)[14]。

2.8 心外膜派生細(xì)胞（Epicardium-derived cells，EPDCs）[15]

EPDCs是通過上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)型（epithelial-mesenchymal transitions，EMT）方式分離出來。據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)它在成熟心臟內(nèi)有分化為心肌細(xì)胞的潛能。然而，Peralta.M.[16]在研究中發(fā)現(xiàn)EPDCs對(duì)心肌的恢復(fù)作用同樣微乎其微。

八種細(xì)胞聯(lián)系：共識(shí)認(rèn)為在一個(gè)具體部位中可能存在一種或一種以上的CSC，這些細(xì)胞都具有修復(fù)損傷心肌的潛能，它們相互聯(lián)系，共同維持心臟穩(wěn)態(tài)，但具體的協(xié)作機(jī)制仍不清楚[17]。

3 心臟自體干細(xì)胞的來源

普遍認(rèn)為CSC來源于胚胎期和骨髓的心臟祖細(xì)胞。骨髓是體內(nèi)各器官原始細(xì)胞的主要來源，這些細(xì)胞從骨髓微環(huán)境中分化出來后進(jìn)入血液循環(huán)，定居在心臟和其他器官。Fazel教授等[18]發(fā)現(xiàn)c-Kit+心肌干細(xì)胞起源于骨髓，研究人員建立了一種嵌合體小鼠模型，此小鼠骨髓含有綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因，分離小鼠心臟干細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)c-Kit+細(xì)胞攜帶綠色熒光蛋白基因。因?yàn)樵谛呐K胚胎發(fā)育過程中發(fā)現(xiàn)了Islet-1+細(xì)胞的存在，它可分化為心肌細(xì)胞[19]，因此考慮Islet-1+細(xì)胞很可能來自胚胎期心臟祖細(xì)胞。盡管如此，CSC的具體來源仍不明確，還需要進(jìn)一步研究。

4 心臟自體干細(xì)胞移植

4.1 自體心臟干細(xì)胞移植的方法

目前有兩種：經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈輸入移植法和開胸心肌層內(nèi)注射移植法。經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈注入移植法雖然有發(fā)生血栓的危險(xiǎn)，但操作相對(duì)簡(jiǎn)單，創(chuàng)傷小，移植數(shù)量相對(duì)多，移植后分布均勻，是CSC最常用的移植方法[20]。開胸心肌層內(nèi)注射移植法[21-22]，常用于開胸手術(shù)的患者，但創(chuàng)傷大，而且受很多條件約束。Lee等[22]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，開胸直視下分別在豬心臟梗死區(qū)受損心肌區(qū)和梗死周邊區(qū)的正常心肌區(qū)的心肌層內(nèi)注射CSC，24h后發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)的新移植CSC存活率為0，而移植到正常心肌區(qū)CSC存活率為8%-9%，從而證實(shí)CSC在正常心肌區(qū)更容易存活，移植效率更高。另外，經(jīng)皮心內(nèi)膜穿刺移植法雖然已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于骨髓源干細(xì)胞移植，但對(duì)CSC移植的效果還有待考證。同時(shí)人們也在尋找不同的移植方法，如通過其他的介質(zhì)把CSC移植到損傷的心臟區(qū)[23]。

4.2 心臟自體干細(xì)胞移植時(shí)機(jī)

CSC移植成功率受心肌微環(huán)境的影響，而心肌微環(huán)境很大程度上受MI時(shí)間長(zhǎng)短的影響。心肌梗死早期炎性物質(zhì)大量分泌，晚期瘢痕組織形成，都嚴(yán)重影響的移植細(xì)胞的生存及遷移。目前研究發(fā)現(xiàn)CSC移植最佳條件：（1）梗死區(qū)炎癥反應(yīng)基本減退。（2）梗死區(qū)形成微細(xì)毛細(xì)血管。（3）尚無瘢痕組織生成。同時(shí)大量研究表明在MI后7-8d，心肌分泌細(xì)胞血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子達(dá)到高峰，此時(shí)炎癥反應(yīng)既可以基本消失，瘢痕組織又未形成，為CSC移植的相對(duì)最佳時(shí)間窗口。雖然目前研究支持上述理論，但CSC移植治療MI最佳移植時(shí)機(jī)仍不能確定，需要在以后的研究中繼續(xù)探索。

4.3 心臟自體干細(xì)胞移植劑量

用于小鼠移植干細(xì)胞的數(shù)量無法推斷出人類需要的劑量，劑量過低療效較差，過高對(duì)分化效應(yīng)的增加也不明顯[24]。大多數(shù)臨床研究表明無論細(xì)胞移植的數(shù)量多少，其到達(dá)梗死區(qū)心肌的干細(xì)胞數(shù)量有限，對(duì)于左心室射血分?jǐn)?shù)的改善幅度在10%甚至更低。

4.4 心臟自體干細(xì)胞移植效果

大量的動(dòng)物和前期的臨床實(shí)驗(yàn)都證明了CSC移植確實(shí)能改善心臟功能，但根據(jù)最近新的薈萃分析發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞移植對(duì)心肌梗死治療效果仍不明確，若對(duì)移植后心臟進(jìn)行評(píng)估影像技術(shù)分析：干細(xì)胞移植治療確實(shí)可以抑制患者心肌重構(gòu)，改善心臟功能（如提高左室射血分?jǐn)?shù)等）和減少梗死面積；但通過心臟磁共振成像技術(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)上述療效并不明顯，并不能降低心臟不良事件發(fā)生率[7]。同時(shí)有類似的研究表明：干細(xì)胞治療組與安慰劑治療組之間的MI患者全因死亡率相同[25]。目前CSC的移植效果仍有待考證。

5 目前存在的問題

5.1 缺乏標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)手段

本就“脆弱”的CSC在心肌缺血、缺氧、代謝廢物堆積的損傷部位如何歸巢、分化？宿主心肌與新生心肌細(xì)胞如何無縫的協(xié)調(diào)產(chǎn)生機(jī)電偶聯(lián)？ 目前由于術(shù)后在體細(xì)胞示蹤技術(shù)還不完善，以及術(shù)后患者心臟功能和I期臨床狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使得CSC移植后無法及時(shí)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)有效性，而且移植后細(xì)胞在移植心肌局部微環(huán)境中的變化研究也不多。目前僅僅是靠影像學(xué)手段（冠脈造影、磁共振掃描、SPECT、心臟超聲）來綜合評(píng)價(jià)干細(xì)胞移植的療效。細(xì)胞的移植過程和細(xì)胞移植后局部微環(huán)境對(duì)局部心肌的病理生理變化及移植細(xì)胞的去向的影響仍然沒有一致意見。

5.2 干細(xì)胞移植并發(fā)癥

目前的臨床研究多為非隨機(jī)化小樣本的研究，這些小樣本臨床研究顯示CSC移植治療的療效優(yōu)劣不一，移植后的并發(fā)癥在各種動(dòng)物及臨床試驗(yàn)中引人關(guān)注。Vulliet等[26]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀察到CSC移植后發(fā)生室性心律失常。隨后的研究發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞移植有形成鈣化[27]、微血栓、腫瘤的傾向[28]，但機(jī)制仍不能明確。近幾年CSC移植已逐步在臨床開展開來，但有關(guān)不良并發(fā)癥的報(bào)道卻很少。有人認(rèn)為CSC移植移安全且無任何不良并發(fā)癥[29]。

6 展望

CSC移植治療MI作為一種新思維、新模式，已成為21世紀(jì)治療MI的重要研究方向，希望最終成為攻克MI愈后差的好辦法。目前，CSC移植治療尚處于快速發(fā)展期，仍有許多問題丞待解決，如CSC是如何在心臟的環(huán)境內(nèi)靜止以及心肌修復(fù)完成后它是怎樣被誘導(dǎo)凋亡的；CSC移植治療所需要的的技術(shù)和設(shè)備要求較高，操作復(fù)雜以及可能引起的微梗死、心律失常等嚴(yán)重并發(fā)癥。

因此，如果深入研究CSC移植治療MI過程中的修復(fù)機(jī)制，并且在廣泛應(yīng)用于臨床之前，充分認(rèn)識(shí)并盡量地避免其可能引起的并發(fā)癥，將會(huì)推動(dòng)CSC移植治療MI跨入全新的時(shí)代，而CSC本身所具有的天然優(yōu)勢(shì)使其具有廣闊的應(yīng)用前景。

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