心臟自體干細胞移植治療心肌梗死新進展

房昊　安毅

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

【關鍵詞】心臟自體干細胞；心肌梗死；移植

研究報道：中國心肌梗死（myocardial infarction，MI）患病率呈逐年上升趨勢，每年新發MI約50萬例。盡管現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。干細胞移植開啟了MI治療新時代，而其中的心臟自體干細胞（cardiac stem cells，CSC）由于本身存有、無須歸巢、無免疫排斥反應且具有定向分化的趨勢等特點，成為近年研究熱點[1]。

1 心臟自體干細胞研究概況

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

2 心臟自體干細胞分類

CSC分類方式多種多樣，根據細胞表面的標志和來源不同，可以將其分為8種類型：

2.1 C-Kit+心臟干細胞

2003年，Beltrami等[5]從大鼠心臟中分離出c-Kit+心臟干細胞，發現這些細胞在體外的具有集落生成和分化潛能特性，參與梗死后心肌細胞和血管重生。將其注射在心肌梗死數周后大鼠的心肌受損區域，發現注射該細胞的大鼠較未注射該細胞的大鼠的射血分數有明顯提高，并運用熒光原位雜交技術在新生綠色熒光蛋白陽性心肌細胞中檢測到12號染色體的克隆[6]，由此心肌細胞再生在動物體內得以證實。

2.2 Sca-1+心臟干細胞

Oh等醫學家[7]通過抗體靶向作用和磁性分選的方法在小鼠心臟內分離出一種Sca-1+細胞。在小鼠梗死再灌注模型中，將正常小鼠提取的Sca-1+心臟干細胞移植到梗死小鼠的心臟，跟蹤2周后發現梗死區有正常小鼠提取的Sca-1+心臟干細胞存活，證明了Sca-1+心臟干細胞能夠分化為心肌細胞。同時，實驗發現約50% Sca-1+心臟干細胞會和宿主細胞發生融合，但不管是否和宿主細胞融合，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胞，它們在傳代培養中自我黏附成簇為“心肌細胞球”（the cardio-sphere，CSph）。這種細胞可以分裂、分化、轉移并且誘導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，能夠生成心肌譜系細胞，從而部分修復缺血壞死心肌，改善心室功能。

2.4 SP心臟干細胞

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

2.5 Islet-1+心臟干細胞

Laugwtiz等[11]從小鼠中分離出一種心臟前體細胞，它們利用Islet-1+轉錄因子作為細胞標記物，發現這些前體細胞能夠分化成能產生動作電位和收縮性的心肌細胞，將這類細胞稱為“Islet-1+心臟干細胞[12]”。

2.6 SSEA-1+心臟干細胞

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

2.7 心肌球源性干細胞

研究人員在心臟干細胞擴增培養液中放置心肌球后，發現一種可以不斷分裂增殖的細胞，稱為心肌球源性干細胞（cardiosphere-derived cells，CDCs）?？紤]CDCs作用機制可能是通過再生和旁分泌血管內皮生長因子來代替受損組織、改善微循環[14]。

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

EPDCs是通過上皮細胞間質轉型（epithelial-mesenchymal transitions，EMT）方式分離出來。據相關研究發現它在成熟心臟內有分化為心肌細胞的潛能。然而，Peralta.M.[16]在研究中發現EPDCs對心肌的恢復作用同樣微乎其微。

八種細胞聯系：共識認為在一個具體部位中可能存在一種或一種以上的CSC，這些細胞都具有修復損傷心肌的潛能，它們相互聯系，共同維持心臟穩態，但具體的協作機制仍不清楚[17]。

3 心臟自體干細胞的來源

普遍認為CSC來源于胚胎期和骨髓的心臟祖細胞。骨髓是體內各器官原始細胞的主要來源，這些細胞從骨髓微環境中分化出來后進入血液循環，定居在心臟和其他器官。Fazel教授等[18]發現c-Kit+心肌干細胞起源于骨髓，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基因，分離小鼠心臟干細胞后發現絕大多數c-Kit+細胞攜帶綠色熒光蛋白基因。因為在心臟胚胎發育過程中發現了Islet-1+細胞的存在，它可分化為心肌細胞[19]，因此考慮Islet-1+細胞很可能來自胚胎期心臟祖細胞。盡管如此，CSC的具體來源仍不明確，還需要進一步研究。

4 心臟自體干細胞移植

4.1 自體心臟干細胞移植的方法

目前有兩種：經皮冠狀動脈輸入移植法和開胸心肌層內注射移植法。經皮冠狀動脈注入移植法雖然有發生血栓的危險，但操作相對簡單，創傷小，移植數量相對多，移植后分布均勻，是CSC最常用的移植方法[20]。開胸心肌層內注射移植法[21-22]，常用于開胸手術的患者，但創傷大，而且受很多條件約束。Lee等[22]在動物實驗中，開胸直視下分別在豬心臟梗死區受損心肌區和梗死周邊區的正常心肌區的心肌層內注射CSC，24h后發現梗死區的新移植CSC存活率為0，而移植到正常心肌區CSC存活率為8%-9%，從而證實CSC在正常心肌區更容易存活，移植效率更高。另外，經皮心內膜穿刺移植法雖然已經被廣泛的應用于骨髓源干細胞移植，但對CSC移植的效果還有待考證。同時人們也在尋找不同的移植方法，如通過其他的介質把CSC移植到損傷的心臟區[23]。

4.2 心臟自體干細胞移植時機

CSC移植成功率受心肌微環境的影響，而心肌微環境很大程度上受MI時間長短的影響。心肌梗死早期炎性物質大量分泌，晚期瘢痕組織形成，都嚴重影響的移植細胞的生存及遷移。目前研究發現CSC移植最佳條件：（1）梗死區炎癥反應基本減退。（2）梗死區形成微細毛細血管。（3）尚無瘢痕組織生成。同時大量研究表明在MI后7-8d，心肌分泌細胞血管內皮生長因子達到高峰，此時炎癥反應既可以基本消失，瘢痕組織又未形成，為CSC移植的相對最佳時間窗口。雖然目前研究支持上述理論，但CSC移植治療MI最佳移植時機仍不能確定，需要在以后的研究中繼續探索。

4.3 心臟自體干細胞移植劑量

用于小鼠移植干細胞的數量無法推斷出人類需要的劑量，劑量過低療效較差，過高對分化效應的增加也不明顯[24]。大多數臨床研究表明無論細胞移植的數量多少，其到達梗死區心肌的干細胞數量有限，對于左心室射血分數的改善幅度在10%甚至更低。

4.4 心臟自體干細胞移植效果

大量的動物和前期的臨床實驗都證明了CSC移植確實能改善心臟功能，但根據最近新的薈萃分析發現干細胞移植對心肌梗死治療效果仍不明確，若對移植后心臟進行評估影像技術分析：干細胞移植治療確實可以抑制患者心肌重構，改善心臟功能（如提高左室射血分數等）和減少梗死面積；但通過心臟磁共振成像技術進行分析發現上述療效并不明顯，并不能降低心臟不良事件發生率[7]。同時有類似的研究表明：干細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 缺乏標準的評價手段

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胞如何無縫的協調產生機電偶聯？ 目前由于術后在體細胞示蹤技術還不完善，以及術后患者心臟功能和I期臨床狀態的評價方法缺乏統一標準，使得CSC移植后無法及時準確的評價有效性，而且移植后細胞在移植心肌局部微環境中的變化研究也不多。目前僅僅是靠影像學手段（冠脈造影、磁共振掃描、SPECT、心臟超聲）來綜合評價干細胞移植的療效。細胞的移植過程和細胞移植后局部微環境對局部心肌的病理生理變化及移植細胞的去向的影響仍然沒有一致意見。

5.2 干細胞移植并發癥

目前的臨床研究多為非隨機化小樣本的研究，這些小樣本臨床研究顯示CSC移植治療的療效優劣不一，移植后的并發癥在各種動物及臨床試驗中引人關注。Vulliet等[26]在動物實驗中觀察到CSC移植后發生室性心律失常。隨后的研究發現干細胞移植有形成鈣化[27]、微血栓、腫瘤的傾向[28]，但機制仍不能明確。近幾年CSC移植已逐步在臨床開展開來，但有關不良并發癥的報道卻很少。有人認為CSC移植移安全且無任何不良并發癥[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展期，仍有許多問題丞待解決，如CSC是如何在心臟的環境內靜止以及心肌修復完成后它是怎樣被誘導凋亡的；CSC移植治療所需要的的技術和設備要求較高，操作復雜以及可能引起的微梗死、心律失常等嚴重并發癥。

因此，如果深入研究CSC移植治療MI過程中的修復機制，并且在廣泛應用于臨床之前，充分認識并盡量地避免其可能引起的并發癥，將會推動CSC移植治療MI跨入全新的時代，而CSC本身所具有的天然優勢使其具有廣闊的應用前景。

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