骨髓单个核细胞在急性心肌梗死临床治疗中的进展

黄晓燕，方福珍，王 沙，张国安，魏 涛，邵展社，蔡振杰

·综 述·

骨髓单个核细胞在急性心肌梗死临床治疗中的进展

黄晓燕，方福珍，王 沙，张国安，魏 涛，邵展社，蔡振杰

骨髓单个核细胞；急性心肌梗死；临床治疗；血管新生

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是由于冠状动脉的急性闭塞引起心肌细胞缺血缺氧，从而导致急性循环功能障碍。近年来AMI发病率逐年升高，被认为是21世纪医学亟待解决的难题之一［1］。心肌梗死部位血管新生、内皮修复和心肌再生是AMI改善预后的关键。目前治疗AMI的一般原则是尽快恢复灌注，常规治疗方法包括以溶栓、抗血小板等为目标的药物治疗、以经皮冠状动脉介入疗法（percutaneous coronary intervention，PCI）等为主的介入治疗和冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass grafting，CABG）等手术治疗，但这些治疗方法均不能从根本上拯救已经坏死的心肌细胞和血管内皮细胞。心脏移植虽能修复坏死的心肌细胞和内皮细胞，但存在供体来源有限、免疫排异反应强烈及手术操作复杂等问题，限制了其应用。近年来自体骨髓单个核细胞（bone marrow－mononuclear cells，BM－MNCs）移植这种新的治疗方法在该领域倍受瞩目，本文就BM－MNCs在急性心肌梗死的临床治疗研究作一综述。

1 BM－MNCs概述

BM－MNCs是骨髓中细胞核为单个的细胞总称，包括骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）、内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）和基质细胞等多种细胞成分。BM－MNCs可为细胞之间相互依赖、分化的诱导提供微环境，在坏死心肌的修复及血管新生中起着举足轻重的作用。

2 BM－MNCs归巢

移植BM－MNCs到心肌梗死区域可通过旁分泌作用诱导多种生长因子分泌，促进新血管的形成，并有效补充心肌细胞［2］，使心肌梗死瘢痕区血管和心肌再生，增加缺血心肌血供，改善心脏功能。BMMNCs归巢是内源性或外源性BM－MNCs在机体多种因素作用下，迁移至靶向组织并定植存活的过程。向缺血组织或损伤组织归巢是BM－MNCs重要的特征［3］。目前，关于BM－MNCs归巢机制有两种推测：①机体组织缺血损伤时，强烈的炎性介质（如白介素、TNF－β等）及信号因子（如干细胞因子、基质源因子1、整合素、黏附分子等）的释放，使其他活性物质（如基质金属蛋白酶、血管内皮细胞生长因子等）的表达增加，动员骨髓池单个核细胞至外周血，同时损伤组织表达特异性受体或配体，引导对应的干细胞移动并黏附于损伤处；②正常情况下，BM－MNCs动态循环于各组织间，当机体发生损伤时离开血循环渗入损伤处。但是，对于在心肌损伤后移植BMMNCs，这些细胞能否长期定位于受损部位及定位数量等问题仍然存在争议［4］。

3 BM－MNCs治疗的可能机理

BM－MNCs的作用机制主要与细胞分化、血管新生、基因表达及核转位有关，其中包括：①移植的BM－MNCs分化：移植的BM－MNCs在机体微环境的诱导下可以分化为血管内皮细胞、心肌细胞、平滑肌细胞等［5］；有研究指出活化素、碱性成纤维细胞生长因子、Wnt抑制剂等能促进BM－MNCs中多能性干细胞向心肌细胞的分化［6］。②促进血管新生：移植的BM－MNCs通过自分泌或旁分泌的方式分泌一些细胞因子，通过这些细胞因子的调节作用促进缺血区域新生血管生成，从而改善心肌功能［7－8］。③调节基质代谢：移植的BM－MNCs可合成基质金属蛋白酶及其抑制物，调节细胞外基质的代谢，减少心室重构。④BM－MNCs促进血管新生可能是通过影响基因的表达来实现的。有研究发现，心梗后7天体内血管紧张素2受体（Angiotensin Type 2 Recep⁃tor，AT2R）表达增加，而且 AT2R通过 AT2R／p－ERK／eN0S／N0途径可增强BM－MNCs迁移及保护心肌的能力［9－10］。⑤ 与核转位有关。有研究发现，沉默抑制氧化应激的核因子E2相关因子2（Nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2）可促进MSCs发生凋亡，降低其缺氧耐受力以及对急性梗死心肌氧化应激环境的耐受能力；Nrf2也可通过降低MSCs的细胞活力抑制其增殖和迁移，向心肌梗死心脏内移植一定数量的MSCs可在一定程度上改善心功能，这与Nrf2在所移植的MSCs中发生核转位密切相关［11］。其具体的治疗机制还需进一步研究。

4 BM－MNCs移植治疗AMI的临床研究

第一例冠脉移植自体BM－MNCs治疗AMI的病例报道于2001年，由Strauer研究小组对一名46岁的心肌梗死患者心梗后7天进行BM－MNCs治疗（平均细胞数2．8×107），10周后，左心室梗死面积由24．6%降低至15．7%，而射血分数、心指数和每搏输出量升高20%～30%［12］，首次证实经冠状动脉自体BM－MNCs移植安全有效。之后，几十个医学研究临床试验在全世界陆续开展。

4．1 BM－MNCs治疗AMI最佳时间的研究 2002年，Strauer研究小组再次对10例AMI发生后5～9天的患者进行细胞移植治疗，将自体BM－MNCs经冠状动脉球囊导管注入梗死相关血管，3个月后发现细胞移植组患者心肌梗死面积显著缩小，由30%缩小至12%，左室收缩末期容积缩小，心肌灌注改善而且未发生心律失常等不良反应，这证实在AMI发生后1周左右，BM－MNCs对其治疗有疗效［13］。

REPAIR－AMI试验是为了确定AMI发生后早期治疗时间，冠脉注射2．4×108未分选的骨髓单核细胞4个月后，发现AMI发生后4天之内治疗组左室射血分数（left ventricular ejection fractions，LVEF）值升高5．5%，AMI发生4天后治疗组LVEF值增高3%，说明在AMI发生4天后，行BMC治疗会减弱治疗疗效［14］。

TIME试验是用来比较心肌梗死患者PCI术后3天和7天，分别移植1．5×108个BM－MNCs，并观察其对左室心功能和LVEF影响。但结果发现无论是心肌梗死后3天还是7天进行细胞治疗，在6个月时间点，左室心功能和 LVEF均没有明显的提高［15］。然后同一研究小组研究AMI患者PCI术后更长时间进行BM－MNCs移植治疗，并观察其疗效，即LateTIME试验，研究者发现PCI术后2～3周进行细胞移植，在6个月时间点，整体LVEF、梗死区域及梗死边缘区域的室壁运动并未得到明显改善［16］。此结果与TIME试验结果类似。

MYSTAR试验将患者分为两个组：早期组（AMI发作后21～42天）和晚期组（AMI发作90天后），通过单纯经皮冠状动脉注射、以及经皮冠状动脉和心肌内联合注射，来确定AMI最佳治疗时间和注射途径。在3个月时间点发现早期组和晚期组梗死面积分别减少了3．5%和3．9%，LVEF分别升高了3．5%和3．4%，9～12个月后，两组LVEF都显著升高，且冠脉联合心肌内注射细胞效果更优［17］。从此试验结果看，早期组和晚期组治疗效果均有明显提高，但两组之间并没明显差异。

Huang等分别对 ST段抬高的急性心肌梗死PCI术后24 h之内和3～7天给予BM－MNCs移植治疗，12个月后随访发现，两组LVEF均明显升高，左室末期舒张容量明显降低，心肌灌注量明显改善，但两组之间无明显差别［18］。

从以上结果看，大多数研究证实BM－MNCs对治疗AMI有明显疗效，但最佳移植时间仍需进一步探讨。

4．2 BM－MNCs治疗最佳剂量的研究 BOOST研究通过冠脉注射2．5×109个BM－MNCs 6个月后，实验组LVEF较对照组升高6．7%。但是在BOOST试验18个月时间点，实验组和对照组LVEF却无统计学差异［19］。

在TOPCARE研究中，MI患者PCI术后分为三组，冠脉内2×108个BM－MNCs灌注组和2×107个EPCs灌注组及对照组，3个月后发现，BM－MNCs灌注组的LVEF值比EPCs灌注组和对照组明显升高［20］。

ASTAMI试验是AMI患者PCI术后冠脉内灌注7×107个BM－MNCs，半年后随访发现灌注组与对照组的LVEF并没明显差别［21］。可能是因为灌注BM－MNCs量过少。

CCTRN试验是针对LVEF＜45%且已出现心衰症状的患者灌注1×108个BM－MNCs，与对照组相比，LVEF无明显改变。

POSEIDON试验是在AMI患者的左心室灌注自体或异体2×107～2×108个BM－MNCs，1年后发现自体和异体祖细胞均可以减少心肌梗死面积，且自体细胞移植可以提高6min步行试验的结果，但两者都不能升高LVEF值，异体MSCs能降低左室舒张末期容量且并没有发生严重排斥反应［22］。最新的一项研究将2．5×107个间充质前体细胞通过左心室辅助装置移植，结果显示移植部位的MSCs是安全的且有效的，并且治疗组LVEF显著提高［23］。经过荟萃分析证实BM－MNCs移植治疗AMI能够显著改善心脏功能，明显提高LVEF，且移植BM－MNCs数量以108～109为佳［24－25］。

以上研究虽证实BM－MNCs能适当改善AMI患者左心功能，但都是短期内疗效评价。短期内（＜6月）AMI患者接受BM－MNCs移植后LVEF可高于对照组，且有统计学意义，但远期（18～36月）结果没有统计学意义差异。

4．3 长期疗效观察（5年随访）的研究 BOOST试验和TOPCARE－AMI都是随访AMI细胞治疗后5年，观察长期疗效。BOOST试验是选取60个ST段升高的急性心肌梗死患者，在其成功接受冠脉介入治疗后，随机分为BMC治疗组和对照组，结果显示冠脉内只灌注BMCs不能长期持续改善LVEF，但确实可以减少心肌梗死面积［26］。TOPCARE－AMI随机选取59个ST段升高的AMI患者，成功进行支架置入后，其中30人冠脉灌注循环EPC，29人冠脉灌注BM－MNCs，分别在4个月、1年和5年对这些患者进行随访，其结果显示，4个月后两组血清钠尿肽（NT－proBNP）都大幅度降低，且5年后仍维持低水平，说明无心衰的发生。5年后，不良事件（如死亡、再梗率及心衰）的发生率只有3%，所有患者均无心肌内钙化或肿瘤的发生，两组LVEF均升高，梗死面积均减少，说明冠脉内灌注EPC和BMC对急性心肌梗死具有长期安全性和有效性，但BMC组治疗效果更优［27］。两个试验结果有区别可能与所用细胞数、BMC分离方法及灌注时间不同有关。

4．4 其它研究 也有学者用Meta法分析了BMMNCs治疗疗效与AMI患者年龄的关系。Ronnak等做的关于经冠脉灌注BM－MNCs治疗ST段升高的急性心肌梗死的Meta分析显示：16个临床研究，一共1 641个ST段升高的急性心肌梗死患者，包括984个通过冠脉治疗组和657个对照组。相对于对照组而言，BM－MNCs治疗组LVEF升高且左室舒张容量降低，年轻者（＜55岁）相较于年长者（≥55岁）治疗疗效更佳且患者治疗前LVEF＜40%者，治疗效果更显著［28］。

还有，关于BM－MNCs中心脏干细胞移植治疗急性心肌梗死患者的临床研究有SCIPIO［31］和CA⁃DUCEUS［29］试验，这些研究均提示通过冠脉内移植自体MSCs治疗AMI可减少心肌梗死面积，改善心脏功能，增强局部室壁运动，在临床上安全可行［30］。但是心肌干细胞移植的最佳方式、时机以及治疗急性心肌梗死的机制有待进一步研究和完善。

最后，关于BM－MNCs中EPCs移植治疗AMI患者的临床研究发现冠状动脉内注射EPCs能恢复梗死相关动脉的微血管功能［31］。另一研究用粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating fac⁃ tor，G－CSF）加强骨髓来源的祖细胞的动员，募集及游走至血管损伤处加强治疗。AMI一周后给予祖细胞治疗，结果显示G－CSF对AMI治疗疗效并不大。但同时也证实G－CSF是安全的，并不会增强支架内新内膜再生［31－32］。接下来的试验在AMI发作37 h内给予G－CSF刺激EPC治疗，治疗效果显著。心功能得到明显改善［33］。由此看来，用 G－CSF在AMI发病早期动员EPC，其疗效更好。

5 总结与展望

总而言之，临床试验应用BM－MNCs治疗急性心肌梗死，不管采用何种细胞移植方式，其结果都具备着较高的安全性以及有效性，可以有效提升心脏射血分数，降低心肌梗死面积。然而，目前BM－MNCs在临床的使用仍有一些问题亟待解决。首先，BMMNCs治疗急性心肌梗死的最佳时机及时间窗仍无明确定论；其次，选择适当的治疗剂量可能是达到最佳治疗效果的关键。再者，致瘤性风险的评估。比如BM－MNCs是否会导致心肌钙化及肿瘤发生，心律失常等［34－35］。另外，如何提高BM－MNCs在心肌梗死移植区的存活，虽有报道用溶血磷脂酸预处理能够显著提高移植MSCs的存活率及促进移植区毛细血管密度［36］，但能否在临床上使用，尚待进一步证实。最后，BM－MNCs的运输、试验仪器等都要保持足够的清洁，确保BM－MNCs最终产品的纯度、稳定性、安全性和有效性，防止细胞滥用带来的危害。

［1］ Gajos G．Optimal treatment for patients aftermyocardial infarction some current concepts and controversies［J］．Pol Arch Med Wewn，2008，118（1－2）：43－51．

［2］ Pittenger MF，Mackay AM，Beek SC，et al．Multilineage poten⁃tial of adult human mesenchymal stem cells［J］．Science，1999，284（5411）：143－147．

［3］ Devine SM，Bartholomew AM，Mahmud N，et al．Mesenchymal stem cells are capable of homing to the bone marrow of nor－hu⁃man primates following systemic infusion［J］．Exp Hematol，2001，29（2）：244－255．

［4］ 孙林，杨达宽，张戈．骨髓单个核细胞移植治疗急性心肌梗死的研究进展［J］．医学综述，2009，15（8）：1149－1152．

［5］ Orlic D，Kajstura J，ChimentiS，etal．Bonemarrow cells regenerate infarcted myocardium［J］．Nature，2001，410（6829）：701－705．

［6］ 王帅飞，王军，郎希龙，等．诱导多能性干细胞在心脏疾病领域的研究和应用［J］．中国体外循环杂志，2014，12（3）：186－189．

［7］ Angoulvant D，Fazel S，Li RK．Neovascularization derived from cell transplantation in ischemic myocardium［J］．Mol Cell Bio⁃chem，2004，264（1－2）：133－142．

［8］ Burchfield JS，Iwasaki M，Koyanagi M，et al．Interleukin－10 from transplanted bone marrow mononuclear cells contributes tocardiac protection after myocardial infarction［J］．Circ Res，2008，103（2）：203－211．

［9］ Yokokura Y，Hayashida N，Okazaki T，etal．Influence of angio⁃genesis by implantation of bone marrow mononuclear cells in the rat ischemic heart［J］．Kurume Med J，2007，54（3－4）：77－84．

［10］ Xu Y，Hu X，Wang L，et al．Preconditioning via angiotensin type 2 receptor activation improves therapeutic efficacy of bone marrow mononuclear cells for cardiac repair［J］．PLoS One，2013，8（12）：e82997．

［11］ LiW，Wu M，Tang L，et al．Novel curcumin analogue 14p pro⁃tects againstmyocardial ischemia reperfusion injury through Nrf2－activating anti－oxidative activity［J］．Toxicol Appl Pharmacol，2015，282（2）：175－183．

［12］ Strauer BE，Brehn M，Zeus T，et al．Intracoronary，human au⁃tologous stem cell transplantation for myocardial regeneration fol⁃lowingmyocardial infarction［J］．Dtsch Med Wochenschr，2001，126（34－35）：932－938．

［13］ Strauer BE，Brehm M，Zeus T，etal．Repair of infarctedmyocar⁃dium by autologous intracoronary mononuclear bone marrow cell transplantation in humans［J］．Circulation，2002，106（15）：1913－1918．

［14］ Erbs S，Linke A，Schachinger V，et al．Restoration ofmicrovas⁃cular function in the infarct－related artery by intracoronary trans⁃plantation of bone marrow progenitor cells in patients with acute myocardial infarction：the Doppler Substudy of the Reinfusion of Enriched Progenitor Cells and Infarct Remodeling in Acute Myo⁃cardial Infarction（REPAIR－AMI）trial［J］．Circulation，2007，116（4）：366－374．

［15］ Traverse JH，Henry TD，Pepine CJ，et al．Effect of the use and timing of bonemarrowmononuclear cell delivery on left ventricular function after acute myocardial infarction：the TIME randomized trial［J］．JAMA，2012，308（22）：2380－2389．

［16］ Traverse JH，Henry TD，Ellis SG，et al．Effect of intracoronary de⁃livery of autologous bonemarrow mononuclear cells 2 to 3 weeks fol⁃lowing acute myocardial infarction on left ventricular function：the LateTIME randomized trial［J］．JAMA，2011，306（19）：2110－2119．

［17］ Nyolczas N，Gyongyosi M，Beran G，et al．Design and rationale for the Myocardial Stem Cell Administration After Acute Myocardi⁃al Infarction（MYSTAR）Study：amulticenter，prospective，ran⁃domized，single－blind trial comparing early and late intracoronary or combined（percutaneous intramyocardial and intracoronary）administration of nonselected autologous bonemarrow cells to pa⁃tients after acute myocardial infarction［J］．Am Heart J，2007，153（2）：212．

［18］ Huang R，Yao K，Sun A，et al．Timing for intracoronary admin⁃istration of．bonemarrow mononuclear cells after acute ST－eleva⁃tion myocardial infarction：a pilot study［J］．Stem Cell Res Ther，2015，6：112．

［19］ Wollert KC1，Meyer GP，Lotz J，et al．Intracoronary autologous bone－marrow cell transfer aftermyocardial infarction：the BOOST randomised controlled clinical trial［J］．Lancet，2004，364（9429）：141－148．

［20］ Assmus B，Fischer－Rasokat U，HonoldJ，et al．Transcoronary transplantation of functionally competent BMCs is associated with a decrease in natriuretic peptide serum levels and improved sur⁃ vival of patients with chronic postinfarction heart failure：results of the TOPCARE－CHD Registry［J］．Circ Res，2007，100（8）：1234－1241．

［24］ Fisher SA，Zhang H，Doree C，et al．Stem cell treatment for a⁃cute myocardial infarction［J］．Cochrane Database Syst Rev，2015，30；（9）：CD006536．

［25］ Tian T，Chen B，Xiao Y，et al．Intramyocardial autologous bone marrow cell transplantation for ischemic heart disease：a systemat⁃ic review and meta－analysis of randomized controlled trials［J］．Atherosclerosis，2014，233（2）：485－492．

［26］ Meyer GP，Wollert KC，Lotz J，et al．Intracoronary bonemarrow⁃cell transfer aftermyocardial infarction：5－year follow－up fromthe randomized－controlled BOOST trial［J］．Eur Heart J，2009，30（24）：2978－2984．

［27］ Leistner DM，Fischer－Rasokat U，Honold J，et al．Transplanta⁃tion of progenitor cells and regeneration enhancement in acutemy⁃ocardial infarction（TOPCARE－AMI）：final 5－year results sug⁃gest long－term safety and efficacy［J］．Clin Res Cardiol，2011，100（10）：925－934．

［28］ Delewi R，Hirsch A，Tijssen JG，et al．Impact of intracoronary bonemarrowcell therapy on left ventricular function in the setting of ST－segment elevationmyocardial infarction：a collaborativeme⁃ta－analysis［J］．Eur Heart J，2014，35（15）：989－998．

［29］ Makkar RR，Smith RR，Cheng K，et al．Intracoronary cardio⁃sphere－derived cells for heart regeneration aftermyocardial infarc⁃tion（CADUCEUS）：a prospective，randomised phase1 trial［J］．Lancet，2012，379（9819）：895－904．

［30］ 孙萌，段维勋，刘金成，等．心脏干细胞研究进展与临床应用［J］．中国体外循环杂志，2015，13（3）：189－192．

［31］ Ripa RS，Jorgensen E，Wang Y，etal．Stem cellmobilization in⁃duced by subcutaneous granulocyte－colony stimulating factor to improve cardiac regeneration after acute ST－elevation myocardial infarction：results of the double blind，randomized，placebo－con⁃trolled Stem Cells in Myocardial Infarction（STEMMI）trial［J］．Circulation，2006，113（16）：1983－1992．

［32］ Jorgensen E，Baldazzi F，Ripa RS，et al．Instent neointimal hy⁃perplasia after percutaneous intervention for ST－elevationmyocar⁃dial infarction and treatment with granulocyte－colony stimulating factor．Results from the stem cells in myocardial infarction（STEMMI）trial．Int JCardiol［J］，2010，139（3）：269－275．

［33］ Abdel－Latif A，BolliR，Zuba－Surma EK，etal．Granulocyte col⁃ony－stimulating factor therapy for cardiac repair after acutemyocar⁃dial infarction：a systematic review and meta－analysis of random⁃ized controlled trials［J］．Am Heart J，2008，156（2）：216－226．

［34］ Yoon YS，Park JS，Tkebuchava T，etal．Unexpected severe cal⁃cification after transplantation of bonemarrow cells in acutemyo⁃cardial infarction［J］．Circulation，2004，109（25）：3154－3157．

［35］ Vulliet PR，Creeley M，Halloran SM，etal．Intra－coronary arte⁃rial injection ofmesenchymal stromal cells and microinfarction in dogs［J］．Lancet，2004，363（9411）：783－784．

［36］ 侯剑峰，刘学彬，丛祥凤，等．溶血磷脂酸预处理提高心肌梗死区移植干细胞存活的实验研究［J］．中国体外循环杂志，2015，13（1）：57－60．

2016⁃02⁃29）

2016⁃03⁃28）

10．13498／j．cnki．chin．j．ecc．2014．期．流水号

陕西省人民医院科技发展孵化基金（2015YX－3）

710068西安，陕西省人民医院心外科

蔡振杰，Email：huangxy08＠163．com