干细胞修复缺血性心肌损伤研究进展

韦艳综述，吴冰审校

(兰州军区总院保健一部，甘肃兰州730050)

干细胞修复缺血性心肌损伤研究进展

韦艳综述，吴冰*审校

(兰州军区总院保健一部，甘肃兰州730050)

干细胞移植修复缺血性心肌损伤已取得很好的收益，可减小梗死面积，提高左心功能和心脏灌注。目前输注的方法主要有冠状动脉内注射及心肌注射等。但仍存在一些问题：如移植干细胞存活率低、衰老并丧失多向分化能力等。如何优化干细胞的类型、移植方式及输注时机，是将来的研究方向。

干细胞；缺血性心肌损伤

尽管治疗心肌梗死有了长足的进展，心梗后慢性心衰仍然是个难解决的医学难题。目前的药物及介入治疗并不能使已经死亡的心肌再生。越来越多的证据表明：心肌可以通过干细胞的激活获得再生。虽然目前具体的机制仍不清楚，但许多动物实验已经证实缺血性心肌损伤后基质干细胞移植可减少梗死面积，提高心脏灌注和射血分数。因此，干细胞治疗有望成为目前治疗缺血性心肌病的有效方法。

1 心脏干细胞治疗的基本概念

早在20世纪90年代，Anversa就提出心肌在一定程度上凋亡的观点，挑战了心肌不能再生的传统观念。有人报告了心肌再灌注后3～5 h后，移植雄性转基因鼠C-kit阳性骨髓细胞于雌性鼠，新形成的心肌占据了左心室大部分梗死面积。新形成的心肌细胞来源通过绿色荧光蛋白表达和Y染色体的方法得到鉴定。Ki-67(一种细胞复制的标记物)表达于4%的梗死心肌周围的心肌细胞核中，预示着心肌细胞复制和再生的发生。

Mirotsou等[1]通过将骨髓间充质干细胞注射在小鼠心肌梗死区域，证实骨髓间充质干细胞能有效地降低心肌梗死小鼠的死亡率，减少心肌梗死瘢痕形成面积，提高心功能。Noiseux等[2]通过临床实验对69例心肌梗死患者静脉注射骨髓间充质干细胞，结果显示这些患者的左室功能明显提高。

尽管如此，干细胞移植进行心脏修复的机制仍有争议。实验表明，移植骨髓来源的干细胞进入转基因鼠的梗死心肌，内皮细胞和平滑肌细胞增生，并证实来源于供者干细胞。然而，一些实验室没能重复出上述实验，移植细胞仅能显示该干细胞系的表面标志。

2 人类的心脏干细胞治疗

干细胞治疗能在很大程度上提高左心室的功能，这种新方法很快应用于人类。但仍有很多问题尚待解决，如：应用何种类型的移植细胞，应用何种移植方法，何时为心梗后最恰当的移植时机，如何能提高移植细胞的生存率，移植细胞于人类心肌是否具有再生能力等。

遗憾的是，目前仍没有干细胞心脏移植的具体细节及应用指南。当前，不同类型的再生细胞(胚胎干细胞、骨骼成肌细胞、骨髓来源细胞等)被应用于心肌修复的研究。然而，不同类型的细胞均具有不同的优缺点，例如：胚胎干细胞具有伦理学和免疫源性的问题，骨骼成肌细胞不能显示出其生理功能，当前，非选择性骨髓单核细胞、CD34+干细胞及循环祖细胞也被应用于人类实验中。目前的移植方法主要包括：静脉注射、冠脉注射及心肌注射。静脉注射包括：1)冠状静脉：血管内超声引导，仅完成了一小部分临床实验；2)外周静脉：仅一小部分细胞到达了心肌，在心肌梗死后很短时间内细胞能够定居于心肌。冠状动脉注射是最常用的方法，操作简便且经济，但仍在安全性及有效性方面缺乏依据。心肌注射用于开胸手术中和心脏血管搭桥术中，包括：1)经心外膜途径：高有创性，缺乏对照组，且并非所有部位均可注射；2)经血管内皮途径：以介入导管为基础的。

3 急性心梗后冠脉内干细胞移植

最早期的小型临床试验证实了急性心梗后自体骨髓干细胞移植的可行性及安全性。第一例急性心梗后经皮冠脉内干细胞移植，显著地减少了梗死面积从(30±13)%至(12±6.7)%。一项大型、随机对照研究显示干细胞治疗对左室功能及心肌灌注有益。在TOPCARE-AMI实验中[2]，急性心梗后(4.9±1.5)d经冠状动脉途径输注骨髓或外周血干细胞于梗死相关动脉，1年后行对比增强核磁共振检查提示可显著提高左室射血分数，减少梗死面积。在骨髓细胞(BMC)移植改善ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者心肌再生(BOOST)试验中[3]，成功实施经皮冠状动脉介入治疗的STEMI患者60例，随机分为对照组和细胞治疗组。研究表明，BMC移植后6个月，左心射血分数(LVEF)增加2.8%(P=0.003)，18个月时增加6.0%(P= 0 27)。BMC移植后(61±11)个月，对所有存活者的LVEF和临床预后进行重新评估，LVEF通过磁共振成像评估。结果表明，两组患者主要不良心脏事件发生频率相似。在REPAIR-AMI研究[4]中，心梗后患者输注骨髓间充质干细胞(BMSCs)，LVEF提高了(5.5%±7.3)%，显著高于安慰剂对照组的(3.0±6.5)%；随访1年，治疗组在病死率、心肌梗死(MI)复发率、血管重建方面有更好的预后。

在TACT-PB-AMI试验[5]中纳入54例患者于心肌梗死后3 d进行外周血干细胞移植，细胞数量为5×109/L，通过左心室造影检测，患者射血分数提高13%；Cardiac Study试验[6]中为38例心梗后4 d的患者输入41.8×107骨髓干细胞，单光子发射计算机断层成像术(SPECT)检测射血分数提高了13.1%。在急性心梗的治疗中，干细胞治疗能长期提高心室功能，射血分数提高3%～36%(平均11.4%)，梗死面积减少1%～60%(平均34%)，大多数移植时间在梗死后8～14 d进行。虽然各组试验结果相差甚远，但均可明显提高梗死心脏功能，造成结果差别的原因可能在于：1)干细胞制备的不同方法导致细胞生存能力的差别；2)患者年龄差别；3)输注干细胞数量及输注时机不同；4)由于血管阻塞或无效输注，无法计算进入交界区的细胞数量；5)评估心脏功能的方法不同等原因。

4 干细胞治疗缺血性心力衰竭

12例严重的晚期心力衰竭患者伴难治性心绞痛，平均左心室射血分数为20%，已经无其他选择重建血运。有人从他们的坐骨收集了50 ml骨髓，提取单个核细胞，4 h后，又将这些细胞应用NOGA系统注入患者的心脏。治疗后4个月，LVEF提高了20%～29%，心脏收缩末期容积减小，通过电机械标测系统检测干细胞治疗区域，心肌机械收缩能力提高。Tse等[7]对于8例无选择的缺血性心力衰竭患者，通过NOGA系统注射干细胞于缺血区域，3个月后心绞痛发作及硝酸甘油用量减少。对于5例需要做心脏移植的严重缺血性心力衰竭患者，通过心肌注射干细胞治疗后，他们的缺血心肌面积减小，活动能力提高。最近的一项临床试验STAR中，纳入了391例慢性心衰患者，NYHA分级III级，射血分数≤35%，经过3个月至5年的骨髓干细胞治疗，显著提高射血分数、心脏指数、运动耐量及左室收缩等；更重要的是，与对照组相比，患者死亡率降低，P＜0.01[8]。

5 急性心梗后联合冠状动脉及心肌注射干细胞治疗

维也纳医学院首次应用NOGA系统引导心肌注射联合冠状动脉内输注自体骨髓干细胞，获得了阳性结果之后，启动了一项针对急性心梗后干细胞治疗的多中心、随机、双盲临床实验，以评估冠状动脉内输注联合心肌注射自体骨髓干细胞于梗死心肌边界区域的疗效[9]。近期曾有ST段抬高的心梗患者和急性心梗后至少3周梗塞相关动脉再通伴LVEF在30%～45%的患者，共360例患者入组。实验结果证实，干细胞治疗有益于提高LVEF和心肌存活，主要归功于心肌注射治疗[10]。

在已发表的文献中，急性心梗后但LVEF＞45%的患者是排除于干细胞治疗之外的，左室收缩功能基本正常、没有绞痛及严重的冠状动脉狭窄且预后较好的患者，干细胞治疗的益处没有定论。因应用NOGA系统的高风险性，伦理委员会禁止对LVEF＜30%的患者进行干细胞治疗。

尽管早期应用干细胞治疗急性心梗可能更有效，但由于梗死早期心室功能的自然恢复，局部心室壁运动改善影响干细胞治疗的效果；局部炎症反应及氧化应激反应对移植细胞产生危害；梗死后脆弱的心肌且心电不稳定，进行有创诊断和治疗的安全性差。因此心肌梗死后3周进行治疗效果更好。

6 目前干细胞治疗存在的问题

尽管目前干细胞治疗已有一定的成效，但对人或实验动物进行冠状动脉输注及心肌注射的干细胞，约有90%在输注后数小时内死亡[11-12]。Hou等[13]报道冠状动脉输注、心肌注射干细胞后几小时仅有2.6%和11%的仍存留在心脏中，大多数细胞进入肺脏、外周循环或肝脾等脏器，保留的细胞被吞噬或凋亡。由于局部缺血、无处定居及炎症反应，干细胞逐渐衰老，端粒缩短，丧失复制能力。

细胞老化及不同程度心血管风险因素影响干细胞的迁移和功能。Hill等[14]研究表明循环的内皮祖细胞的数量与受试者Framingham危险评分(根据胆固醇水平和非胆固醇因素计算个体未来10年冠心病发作几率)呈反比。检测肱动脉流量介导的扩张反应也提示内皮功能与内皮祖细胞数量具有相关性。循环血中内皮祖细胞的数量比传统的风险因素更能够预测血管反应。具有高风险的心血管病患者的血管内皮祖细胞比低风险人群体外培养更容易衰老。而且，需要考虑的问题包括可能将抗原带入心肌或冠脉、应用其他种类的细胞、细胞准备、培养方法及基于细胞的基因治疗等。

7 展望

胚胎干细胞具有从内皮细胞分化为心肌细胞的潜能，可用于心肌梗死的修复，而且可通过缝隙连接传导电和机械信号于宿主心肌细胞。然而也存在许多问题，如形成畸胎瘤、诱发心律失常、同种异体排斥反应及释放细胞因子。脂肪组织来源的间充质干细胞表达表面抗原Sca1和CD44，不表达c-kit、lin、CD11b、CD31、CD34、CD45，类似于骨髓间充质干细胞，可通过血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)和肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor)诱导血管生成。另外，来自于经血的子宫内膜干细胞、前列腺干细胞及胎盘干细胞等治疗心脏缺血损伤仍在研究中。

另外，研究者尝试通过基因修饰提高移植细胞的存活率和功能。早期的研究将激活的端粒酶亚单位或端粒酶反转录酶转入内皮祖细胞用于急性心梗的治疗。VEGF高表达可促进血管生成并提高左室功能。Penn[15]也观察到混合培养的心肌细胞和骨骼肌成肌细胞转染VEGF后，移植入心肌疤痕后1周后存活率提高。其最主要的机制是通过诱导血管生成，对移植细胞起支持作用，从而提高细胞生存。据报道，转染VEGF的心肌细胞移植至心肌疤痕，可显著提高局部血流和血管密度。另一重要机制是血管扩张效应。扩张疤痕周围区域的小动脉和毛细血管可提高局部血流灌注，促进移植细胞存活。但由于VEGF与炎症因子及生长因子的相互作用，可促进斑块进展。马树人等[16]通过逆转录病毒介导转染Notch基因(ICN)激活Notch信号转染BMSCs，转染的BMSCs向内皮细胞分化过程中缺血心肌中VEGF mRNA及VEGF蛋白表达明显增加，表明Notch信号有促进BMSCs向内皮细胞分化的作用，为心梗后心肌血管重建提供了一条新的思路。

另一种有潜力的基因是PTEN，该基因是目前发现的第一个具有特异性磷酸酶活性的抑癌基因，能通过抑制Akt途径而使Bcl-2蛋白表达减少，从而促进细胞凋亡。雷莹等[17]通过脂质体法将PTEN基因特异的siRNA转染入骨髓间充质干细胞，证实沉默PTEN基因能有效促进骨髓间充质干细胞的增殖，使细胞周期向右偏移，同时能抑制细胞凋亡，增强细胞对缺血缺氧的耐受能力，并进行体内实验证实PTEN基因沉默后的骨髓间充质干细胞更容易在心肌梗死区域存活和增殖。

另外，为提高移植细胞的存活率，国内外不少研究集中于提供细胞良好的生长环境，以及能使其发挥功能的新型生物相容性支架材料。崔晓军等[18]利用自聚肽纳米纤维支架承载骨髓源性心肌干细胞移植治疗大鼠心肌梗死。结果发现，支架承载MCSC移植组的Y染色体阳性细胞排列整齐，分布比较集中；微血管密度也显著增加，胶原纤维含量均明显减少，左心室功能改善显著，差异均具有非常显著的统计学意义。

目前，干细胞移植治疗缺血性心肌损伤已取得了长足的进展，将来研究的方向主要集中在优化干细胞类型、移植时机、输注方式及干细胞预处理等方面，应用前景十分广阔。

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Advance research of stem cells in the repair of ischemic myocadium.

WEI Yan,WU Bing.Cadre Ward,General Hospital of Lanzhou Millitary Command,Lanzhou,730050,Ganshu,CHINA

Using stem cells in the repair of ischemic myocadium has alreay got good returns,which can reduce infarct scar size and improve left ventricular function and myocardial perfusion.The delivery method mainly includes intracoronary injection and intramyocardial delivery.But there are still some problems in transplanted stem cells,such as low survival rate,aging and lose the ability of replication.Further clinical research should aim to optimize the cell types utilized and their delivery mode,as well as the time of cell transplantation.

Stem cell;Ischemic Myocadium

R542.2

A

1003—6350(2012)08—119—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2012.08.057

2011-10-11)

韦艳(1977—)，女，江苏省连云港人，主管护师，学士，主要研究方向：心血管基础与临床。

*通讯作者：吴冰(1975—)，男，甘肃省天水市人。Email：wbb1124@yahoo.com.cn