骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療心肌梗死的研究進(jìn)展

趙麗平 周晨明 李菁菁 徐彥楠

1.河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北石家莊 050017；2.河北醫(yī)科大學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)中心，河北石家莊 050017；3.河北醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)教研室，河北石家莊 050017；4.河北醫(yī)科大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，河北石家莊 050017

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活習(xí)慣的改變以及社會(huì)、心理等因素的影響，心血管疾病發(fā)病率逐年增高，嚴(yán)重威脅著人類的健康。心肌梗死起病急、發(fā)展迅速，是臨床常見的內(nèi)科危重癥。因心肌細(xì)胞自我再生能力有限[1]，最終梗死的心肌隨著纖維性瘢痕的形成和左心室的重構(gòu)，收縮力降低，導(dǎo)致心功能下降，引起心力衰竭，危及生命。雖然臨床上已采用溶栓、冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)和冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)治療心肌梗死，但這些方法并不能從根本上扭轉(zhuǎn)梗死心肌的損害或改善心功能。因此，尋找一種通過(guò)心肌再生來(lái)改善心功能的方法已成為新的研究方向。近幾十年來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明干細(xì)胞治療是改善急性心肌梗死預(yù)后的一種有前景的治療方法[2-4]。目前，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs）已成為各種類型干細(xì)胞研究的重點(diǎn)。因此，本文就BMMSCs 的特點(diǎn)及治療心肌梗死的機(jī)制進(jìn)行如下綜述。

1 BMMSCs 的特點(diǎn)

間充質(zhì)干細(xì)胞是干細(xì)胞家族的主要成員，是目前被臨床廣泛使用的細(xì)胞類型[5]。間充質(zhì)干細(xì)胞最初是德國(guó)病理學(xué)家Julius Cohnheim 于19 世紀(jì)末在骨髓中觀察到的[6]。Friedenstein 等[7]通過(guò)研究于20 世紀(jì)70 年代提出了一種從小鼠骨髓中分離間充質(zhì)干細(xì)胞的方法。間充質(zhì)干細(xì)胞是一種起源于中胚層的多能干細(xì)胞，具有體外擴(kuò)增和自我更新的能力，并且在一定條件下可分化為軟骨、脂肪、骨和神經(jīng)細(xì)胞[8]。間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源包括骨髓、脂肪、臍血、胎盤、乳牙、真皮組織、滑液、羊水[9-13]。骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞有較低的免疫原性和免疫調(diào)節(jié)能力，能有效地消除或避免免疫排斥反應(yīng)，因此是目前研究最多、最為深入的間充質(zhì)干細(xì)胞，現(xiàn)已用于梗死后心臟的修復(fù)和再生[14-15]。鑒于上述特點(diǎn)及易自體采集、分離簡(jiǎn)單、易體外擴(kuò)增等優(yōu)勢(shì)，使其成為治療心血管疾病的理想種子細(xì)胞。

2 BMMSCs 治療心肌梗死的機(jī)制

2.1 移植細(xì)胞活性、遷移和歸巢

移植細(xì)胞的存活受多種因素的影響，如：移植細(xì)胞活性、遷移和歸巢等。有研究表明低氧濃度下培養(yǎng)的BMMSCs 較常氧條件下數(shù)目明顯增多，提示低氧環(huán)境有利于增加BMMSCs 的數(shù)量、活性[16-17]。除了細(xì)胞活力，BMMSCs 的遷移和歸巢的過(guò)程是移植成功的關(guān)鍵，因此，需要探索增強(qiáng)移植細(xì)胞遷移和歸巢能力的方法。間充質(zhì)干細(xì)胞的歸巢過(guò)程有多種趨化因子參與，其中G 蛋白偶聯(lián)受體CXCR4 及其配體基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF-1）兩者特異性結(jié)合后，形成SDF-1/CXCR4 軸，啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，在引導(dǎo)干細(xì)胞的歸巢中起重要作用[18-19]。王志紅等[20]通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明過(guò)表達(dá)CXCR4 的BMMSCs，可通過(guò)SDF/CXCR4 信號(hào)通路介導(dǎo)，促進(jìn)BMMSCs 遷移和歸巢。

2.2 轉(zhuǎn)化

眾多研究表明，BMMSCs 可以分化為心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞[21]。將BMMSCs 植入到受損的心肌組織中，通過(guò)誘導(dǎo)劑可以誘導(dǎo)其向心肌樣細(xì)胞定向轉(zhuǎn)化。陳曉依等[22]用p53 抑制劑（PFT-α）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP-2）對(duì)BMMSCs 進(jìn)行誘導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PFT-α 和BMP-2 均可誘導(dǎo)大鼠BMMSCs 分化為心肌樣細(xì)胞。張亞楠等[23]也通過(guò)研究證明過(guò)表達(dá)GATA-4 基因能夠促進(jìn)經(jīng)5 氮雜胞苷誘導(dǎo)的大鼠BMMSCs 向心肌細(xì)胞分化。此外，BMMSCs 還可促進(jìn)新生血管的生成，改善梗死心肌的缺血狀態(tài)。Stamm 等[24]在6 例發(fā)生心肌梗死并接受冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)患者的梗死邊緣區(qū)注射了自體BMMSCs，術(shù)后3～9 個(gè)月，所有患者均存活良好，4 例患者左心室整體功能增強(qiáng)，5 例患者梗死組織灌注明顯改善，該實(shí)驗(yàn)證明干細(xì)胞植入心臟是安全的，并可能誘導(dǎo)血管生成，從而改善梗死心肌的灌注。

2.3 旁分泌機(jī)制

BMMSCs 的分泌功能在心肌梗死的治療中也起到了非常重要的作用。BMMSCs 能產(chǎn)生大量生物活性因子和RNA，包括血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、促肝細(xì)胞生長(zhǎng)素、胰島素樣生長(zhǎng)因子等。這些旁分泌因子具有抗炎、減輕纖維化、促進(jìn)新生血管生成、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫，可幫助修復(fù)受損組織并改善心臟的功能。

2.3.1 促進(jìn)血管生成 心肌梗死后，心肌細(xì)胞凋亡或壞死，成纖維細(xì)胞進(jìn)行瘢痕修復(fù)，最終導(dǎo)致心室重構(gòu)，嚴(yán)重影響心臟功能。因此，促進(jìn)梗死區(qū)域的血管生成至關(guān)重要。移植到周圍梗死區(qū)的間充質(zhì)干細(xì)胞可釋放血管 內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）、SDF-1 等旁分泌因子，調(diào)節(jié)血管生成，抑制信號(hào)通路，促進(jìn)新血管神經(jīng)節(jié)的形成。Zisa 等[25]證實(shí)VEGF 在間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的心臟修復(fù)中是關(guān)鍵的治療性因子。研究進(jìn)一步證明將VEGF 注射給心肌梗死后的豬后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)心肌梗死及梗死周圍區(qū)血管密度明顯增加，并且促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，從而促進(jìn)心功能的恢復(fù)[26]。也有研究表明BMMSCs 還可以上調(diào)缺血心肌局部VEGF、血管緊張素-1（Ang-1）、血小板衍生因子-β（PDGF-β）、表皮生長(zhǎng)因子-1（IGF-1）等多種生長(zhǎng)因子的表達(dá)從而明顯促進(jìn)梗死心肌邊緣區(qū)的血管新生，增加缺血區(qū)微血管密度，改善局部的血液供應(yīng)[27]。

2.3.2 抗炎與抗纖維化 心肌梗死后，補(bǔ)體的激活和活性氧的產(chǎn)生誘導(dǎo)細(xì)胞因子和趨化因子的上調(diào)，從而引發(fā)強(qiáng)烈但短暫的炎癥反應(yīng)。炎癥反應(yīng)可以清除壞死細(xì)胞和基質(zhì)碎片，同時(shí)為瘢痕的形成奠定基礎(chǔ)。因此，及時(shí)抑制炎癥反應(yīng)對(duì)提升心功能，改善患者預(yù)后意義重大[28]。有研究將BMMSCs 來(lái)源外泌體直接注射到小鼠的心肌橫死區(qū)域周圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)心肌纖維化程度明顯降低，并且相關(guān)炎癥因子如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素（IL）-6、IL-1β、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）和趨附因子CCL2、CX3CL1 的釋放減少[29]。Lee 等[30]用內(nèi)皮素-1 預(yù)處理臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞，通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子GATA2 和MZF1 刺激Cadherin 2 和VEGF 的表達(dá)，可使內(nèi)皮素-1 處理后的間充質(zhì)干細(xì)胞增強(qiáng)心肌梗死大鼠的抗纖維化功能。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）作為一種抗纖維化因子，在體外間充質(zhì)細(xì)胞抗纖維化功能中發(fā)揮重要的作用[31]。有研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞過(guò)表達(dá)HGF 在心肌梗死期間改善心功能和減少纖維化方面有明顯效果[32]。

2.3.3 免疫調(diào)節(jié)作用 間充質(zhì)干細(xì)胞具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)作用。研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)修飾外周血單核細(xì)胞，產(chǎn)生大量的生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和分化因子，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和炎癥[33]。間充質(zhì)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)包括旁分泌機(jī)制調(diào)節(jié)和免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)。

間充質(zhì)干細(xì)胞分泌產(chǎn)生的多種可溶性因子在的免疫調(diào)節(jié)中起著重要作用，如NO 不僅可以抑制T 細(xì)胞的增長(zhǎng)[34]，還能通過(guò)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的上調(diào)，對(duì)免疫細(xì)胞產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用[35]。間充質(zhì)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)是通過(guò)減少免疫細(xì)胞的增殖和成熟，來(lái)抑制免疫反應(yīng)。主要是利用下調(diào)T 細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的發(fā)育，降低B 細(xì)胞的功能和增殖，抑制NK 細(xì)胞的增殖和細(xì)胞毒性[36]。PD-1/PD-L1 通路對(duì)免疫穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[37]。PD-1 的生理作用是通過(guò)抑制T 細(xì)胞的活化和增殖來(lái)維持T 細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，從而抑制自身免疫[38]。間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的PD-L1 會(huì)因促炎性細(xì)胞因子，如干擾素-γ（IFN-γ）和TNF-α 而明顯上調(diào)，從而抑制T 細(xì)胞的活化狀態(tài)[39]。樹突狀細(xì)胞在體液免疫和細(xì)胞免疫中具有重要作用，間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過(guò)阻斷DC 細(xì)胞的成熟，使其處于幼稚階段，導(dǎo)致DC 細(xì)胞表面的抗原的表達(dá)并刺激分子CD40、CD80 和CD86 的表達(dá)下調(diào)，結(jié)果導(dǎo)致其成熟、遷移、抗原遞呈和抗原處理的能力降低[40]。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞還可以下調(diào)效應(yīng)B細(xì)胞的功能如免疫球蛋白的產(chǎn)生和漿細(xì)胞的分化[41]。

3 小結(jié)

BMMSCs 具有多向分化、易獲取、快速增殖、免疫原性低、可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是治療心血管疾病的理想種子細(xì)胞。除此之外，移植的BMMSCs 可以抗炎與抗纖維化，促進(jìn)新生血管形成，并能進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)。但移植細(xì)胞的存活問(wèn)題仍需我們進(jìn)一步的研究解決。目前，臨床試驗(yàn)已對(duì)BMMSCs 治療的可行性和安全性進(jìn)行了檢驗(yàn)，但在治療心肌梗死中，BMMSCs 的最佳劑量和給藥途徑仍需進(jìn)一步研究。