韋艷綜述，吳冰審校

(蘭州軍區(qū)總院保健一部，甘肅蘭州730050)

干細(xì)胞修復(fù)缺血性心肌損傷研究進(jìn)展

韋艷綜述，吳冰*審校

(蘭州軍區(qū)總院保健一部，甘肅蘭州730050)

干細(xì)胞移植修復(fù)缺血性心肌損傷已取得很好的收益，可減小梗死面積，提高左心功能和心臟灌注。目前輸注的方法主要有冠狀動脈內(nèi)注射及心肌注射等。但仍存在一些問題：如移植干細(xì)胞存活率低、衰老并喪失多向分化能力等。如何優(yōu)化干細(xì)胞的類型、移植方式及輸注時機，是將來的研究方向。

干細(xì)胞；缺血性心肌損傷

盡管治療心肌梗死有了長足的進(jìn)展，心梗后慢性心衰仍然是個難解決的醫(yī)學(xué)難題。目前的藥物及介入治療并不能使已經(jīng)死亡的心肌再生。越來越多的證據(jù)表明：心肌可以通過干細(xì)胞的激活獲得再生。雖然目前具體的機制仍不清楚，但許多動物實驗已經(jīng)證實缺血性心肌損傷后基質(zhì)干細(xì)胞移植可減少梗死面積，提高心臟灌注和射血分?jǐn)?shù)。因此，干細(xì)胞治療有望成為目前治療缺血性心肌病的有效方法。

1 心臟干細(xì)胞治療的基本概念

早在20世紀(jì)90年代，Anversa就提出心肌在一定程度上凋亡的觀點，挑戰(zhàn)了心肌不能再生的傳統(tǒng)觀念。有人報告了心肌再灌注后3～5 h后，移植雄性轉(zhuǎn)基因鼠C-kit陽性骨髓細(xì)胞于雌性鼠，新形成的心肌占據(jù)了左心室大部分梗死面積。新形成的心肌細(xì)胞來源通過綠色熒光蛋白表達(dá)和Y染色體的方法得到鑒定。Ki-67(一種細(xì)胞復(fù)制的標(biāo)記物)表達(dá)于4%的梗死心肌周圍的心肌細(xì)胞核中，預(yù)示著心肌細(xì)胞復(fù)制和再生的發(fā)生。

Mirotsou等[1]通過將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞注射在小鼠心肌梗死區(qū)域，證實骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能有效地降低心肌梗死小鼠的死亡率，減少心肌梗死瘢痕形成面積，提高心功能。Noiseux等[2]通過臨床實驗對69例心肌梗死患者靜脈注射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，結(jié)果顯示這些患者的左室功能明顯提高。

盡管如此，干細(xì)胞移植進(jìn)行心臟修復(fù)的機制仍有爭議。實驗表明，移植骨髓來源的干細(xì)胞進(jìn)入轉(zhuǎn)基因鼠的梗死心肌，內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞增生，并證實來源于供者干細(xì)胞。然而，一些實驗室沒能重復(fù)出上述實驗，移植細(xì)胞僅能顯示該干細(xì)胞系的表面標(biāo)志。

2 人類的心臟干細(xì)胞治療

干細(xì)胞治療能在很大程度上提高左心室的功能，這種新方法很快應(yīng)用于人類。但仍有很多問題尚待解決，如：應(yīng)用何種類型的移植細(xì)胞，應(yīng)用何種移植方法，何時為心梗后最恰當(dāng)?shù)囊浦矔r機，如何能提高移植細(xì)胞的生存率，移植細(xì)胞于人類心肌是否具有再生能力等。

遺憾的是，目前仍沒有干細(xì)胞心臟移植的具體細(xì)節(jié)及應(yīng)用指南。當(dāng)前，不同類型的再生細(xì)胞(胚胎干細(xì)胞、骨骼成肌細(xì)胞、骨髓來源細(xì)胞等)被應(yīng)用于心肌修復(fù)的研究。然而，不同類型的細(xì)胞均具有不同的優(yōu)缺點，例如：胚胎干細(xì)胞具有倫理學(xué)和免疫源性的問題，骨骼成肌細(xì)胞不能顯示出其生理功能，當(dāng)前，非選擇性骨髓單核細(xì)胞、CD34+干細(xì)胞及循環(huán)祖細(xì)胞也被應(yīng)用于人類實驗中。目前的移植方法主要包括：靜脈注射、冠脈注射及心肌注射。靜脈注射包括：1)冠狀靜脈：血管內(nèi)超聲引導(dǎo)，僅完成了一小部分臨床實驗；2)外周靜脈：僅一小部分細(xì)胞到達(dá)了心肌，在心肌梗死后很短時間內(nèi)細(xì)胞能夠定居于心肌。冠狀動脈注射是最常用的方法，操作簡便且經(jīng)濟，但仍在安全性及有效性方面缺乏依據(jù)。心肌注射用于開胸手術(shù)中和心臟血管搭橋術(shù)中，包括：1)經(jīng)心外膜途徑：高有創(chuàng)性，缺乏對照組，且并非所有部位均可注射；2)經(jīng)血管內(nèi)皮途徑：以介入導(dǎo)管為基礎(chǔ)的。

3 急性心梗后冠脈內(nèi)干細(xì)胞移植

最早期的小型臨床試驗證實了急性心梗后自體骨髓干細(xì)胞移植的可行性及安全性。第一例急性心梗后經(jīng)皮冠脈內(nèi)干細(xì)胞移植，顯著地減少了梗死面積從(30±13)%至(12±6.7)%。一項大型、隨機對照研究顯示干細(xì)胞治療對左室功能及心肌灌注有益。在TOPCARE-AMI實驗中[2]，急性心梗后(4.9±1.5)d經(jīng)冠狀動脈途徑輸注骨髓或外周血干細(xì)胞于梗死相關(guān)動脈，1年后行對比增強核磁共振檢查提示可顯著提高左室射血分?jǐn)?shù)，減少梗死面積。在骨髓細(xì)胞(BMC)移植改善ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者心肌再生(BOOST)試驗中[3]，成功實施經(jīng)皮冠狀動脈介入治療的STEMI患者60例，隨機分為對照組和細(xì)胞治療組。研究表明，BMC移植后6個月，左心射血分?jǐn)?shù)(LVEF)增加2.8%(P=0.003)，18個月時增加6.0%(P= 0 27)。BMC移植后(61±11)個月，對所有存活者的LVEF和臨床預(yù)后進(jìn)行重新評估，LVEF通過磁共振成像評估。結(jié)果表明，兩組患者主要不良心臟事件發(fā)生頻率相似。在REPAIR-AMI研究[4]中，心梗后患者輸注骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)，LVEF提高了(5.5%±7.3)%，顯著高于安慰劑對照組的(3.0±6.5)%；隨訪1年，治療組在病死率、心肌梗死(MI)復(fù)發(fā)率、血管重建方面有更好的預(yù)后。

在TACT-PB-AMI試驗[5]中納入54例患者于心肌梗死后3 d進(jìn)行外周血干細(xì)胞移植，細(xì)胞數(shù)量為5×109/L，通過左心室造影檢測，患者射血分?jǐn)?shù)提高13%；Cardiac Study試驗[6]中為38例心梗后4 d的患者輸入41.8×107骨髓干細(xì)胞，單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)(SPECT)檢測射血分?jǐn)?shù)提高了13.1%。在急性心梗的治療中，干細(xì)胞治療能長期提高心室功能，射血分?jǐn)?shù)提高3%～36%(平均11.4%)，梗死面積減少1%～60%(平均34%)，大多數(shù)移植時間在梗死后8～14 d進(jìn)行。雖然各組試驗結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，但均可明顯提高梗死心臟功能，造成結(jié)果差別的原因可能在于：1)干細(xì)胞制備的不同方法導(dǎo)致細(xì)胞生存能力的差別；2)患者年齡差別；3)輸注干細(xì)胞數(shù)量及輸注時機不同；4)由于血管阻塞或無效輸注，無法計算進(jìn)入交界區(qū)的細(xì)胞數(shù)量；5)評估心臟功能的方法不同等原因。

4 干細(xì)胞治療缺血性心力衰竭

12例嚴(yán)重的晚期心力衰竭患者伴難治性心絞痛，平均左心室射血分?jǐn)?shù)為20%，已經(jīng)無其他選擇重建血運。有人從他們的坐骨收集了50 ml骨髓，提取單個核細(xì)胞，4 h后，又將這些細(xì)胞應(yīng)用NOGA系統(tǒng)注入患者的心臟。治療后4個月，LVEF提高了20%～29%，心臟收縮末期容積減小，通過電機械標(biāo)測系統(tǒng)檢測干細(xì)胞治療區(qū)域，心肌機械收縮能力提高。Tse等[7]對于8例無選擇的缺血性心力衰竭患者，通過NOGA系統(tǒng)注射干細(xì)胞于缺血區(qū)域，3個月后心絞痛發(fā)作及硝酸甘油用量減少。對于5例需要做心臟移植的嚴(yán)重缺血性心力衰竭患者，通過心肌注射干細(xì)胞治療后，他們的缺血心肌面積減小，活動能力提高。最近的一項臨床試驗STAR中，納入了391例慢性心衰患者，NYHA分級III級，射血分?jǐn)?shù)≤35%，經(jīng)過3個月至5年的骨髓干細(xì)胞治療，顯著提高射血分?jǐn)?shù)、心臟指數(shù)、運動耐量及左室收縮等；更重要的是，與對照組相比，患者死亡率降低，P＜0.01[8]。

5 急性心梗后聯(lián)合冠狀動脈及心肌注射干細(xì)胞治療

維也納醫(yī)學(xué)院首次應(yīng)用NOGA系統(tǒng)引導(dǎo)心肌注射聯(lián)合冠狀動脈內(nèi)輸注自體骨髓干細(xì)胞，獲得了陽性結(jié)果之后，啟動了一項針對急性心梗后干細(xì)胞治療的多中心、隨機、雙盲臨床實驗，以評估冠狀動脈內(nèi)輸注聯(lián)合心肌注射自體骨髓干細(xì)胞于梗死心肌邊界區(qū)域的療效[9]。近期曾有ST段抬高的心?；颊吆图毙孕墓：笾辽?周梗塞相關(guān)動脈再通伴LVEF在30%～45%的患者，共360例患者入組。實驗結(jié)果證實，干細(xì)胞治療有益于提高LVEF和心肌存活，主要歸功于心肌注射治療[10]。

在已發(fā)表的文獻(xiàn)中，急性心梗后但LVEF＞45%的患者是排除于干細(xì)胞治療之外的，左室收縮功能基本正常、沒有絞痛及嚴(yán)重的冠狀動脈狹窄且預(yù)后較好的患者，干細(xì)胞治療的益處沒有定論。因應(yīng)用NOGA系統(tǒng)的高風(fēng)險性，倫理委員會禁止對LVEF＜30%的患者進(jìn)行干細(xì)胞治療。

盡管早期應(yīng)用干細(xì)胞治療急性心?？赡芨行?，但由于梗死早期心室功能的自然恢復(fù)，局部心室壁運動改善影響干細(xì)胞治療的效果；局部炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激反應(yīng)對移植細(xì)胞產(chǎn)生危害；梗死后脆弱的心肌且心電不穩(wěn)定，進(jìn)行有創(chuàng)診斷和治療的安全性差。因此心肌梗死后3周進(jìn)行治療效果更好。

6 目前干細(xì)胞治療存在的問題

盡管目前干細(xì)胞治療已有一定的成效，但對人或?qū)嶒瀯游镞M(jìn)行冠狀動脈輸注及心肌注射的干細(xì)胞，約有90%在輸注后數(shù)小時內(nèi)死亡[11-12]。Hou等[13]報道冠狀動脈輸注、心肌注射干細(xì)胞后幾小時僅有2.6%和11%的仍存留在心臟中，大多數(shù)細(xì)胞進(jìn)入肺臟、外周循環(huán)或肝脾等臟器，保留的細(xì)胞被吞噬或凋亡。由于局部缺血、無處定居及炎癥反應(yīng)，干細(xì)胞逐漸衰老，端粒縮短，喪失復(fù)制能力。

細(xì)胞老化及不同程度心血管風(fēng)險因素影響干細(xì)胞的遷移和功能。Hill等[14]研究表明循環(huán)的內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量與受試者Framingham危險評分(根據(jù)膽固醇水平和非膽固醇因素計算個體未來10年冠心病發(fā)作幾率)呈反比。檢測肱動脈流量介導(dǎo)的擴張反應(yīng)也提示內(nèi)皮功能與內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量具有相關(guān)性。循環(huán)血中內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量比傳統(tǒng)的風(fēng)險因素更能夠預(yù)測血管反應(yīng)。具有高風(fēng)險的心血管病患者的血管內(nèi)皮祖細(xì)胞比低風(fēng)險人群體外培養(yǎng)更容易衰老。而且，需要考慮的問題包括可能將抗原帶入心肌或冠脈、應(yīng)用其他種類的細(xì)胞、細(xì)胞準(zhǔn)備、培養(yǎng)方法及基于細(xì)胞的基因治療等。

7 展望

胚胎干細(xì)胞具有從內(nèi)皮細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞的潛能，可用于心肌梗死的修復(fù)，而且可通過縫隙連接傳導(dǎo)電和機械信號于宿主心肌細(xì)胞。然而也存在許多問題，如形成畸胎瘤、誘發(fā)心律失常、同種異體排斥反應(yīng)及釋放細(xì)胞因子。脂肪組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)表面抗原Sca1和CD44，不表達(dá)c-kit、lin、CD11b、CD31、CD34、CD45，類似于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，可通過血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)和肝細(xì)胞生長因子(Hepatocyte growth factor)誘導(dǎo)血管生成。另外，來自于經(jīng)血的子宮內(nèi)膜干細(xì)胞、前列腺干細(xì)胞及胎盤干細(xì)胞等治療心臟缺血損傷仍在研究中。

另外，研究者嘗試通過基因修飾提高移植細(xì)胞的存活率和功能。早期的研究將激活的端粒酶亞單位或端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)入內(nèi)皮祖細(xì)胞用于急性心梗的治療。VEGF高表達(dá)可促進(jìn)血管生成并提高左室功能。Penn[15]也觀察到混合培養(yǎng)的心肌細(xì)胞和骨骼肌成肌細(xì)胞轉(zhuǎn)染VEGF后，移植入心肌疤痕后1周后存活率提高。其最主要的機制是通過誘導(dǎo)血管生成，對移植細(xì)胞起支持作用，從而提高細(xì)胞生存。據(jù)報道，轉(zhuǎn)染VEGF的心肌細(xì)胞移植至心肌疤痕，可顯著提高局部血流和血管密度。另一重要機制是血管擴張效應(yīng)。擴張疤痕周圍區(qū)域的小動脈和毛細(xì)血管可提高局部血流灌注，促進(jìn)移植細(xì)胞存活。但由于VEGF與炎癥因子及生長因子的相互作用，可促進(jìn)斑塊進(jìn)展。馬樹人等[16]通過逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)轉(zhuǎn)染Notch基因(ICN)激活Notch信號轉(zhuǎn)染BMSCs，轉(zhuǎn)染的BMSCs向內(nèi)皮細(xì)胞分化過程中缺血心肌中VEGF mRNA及VEGF蛋白表達(dá)明顯增加，表明Notch信號有促進(jìn)BMSCs向內(nèi)皮細(xì)胞分化的作用，為心梗后心肌血管重建提供了一條新的思路。

另一種有潛力的基因是PTEN，該基因是目前發(fā)現(xiàn)的第一個具有特異性磷酸酶活性的抑癌基因，能通過抑制Akt途徑而使Bcl-2蛋白表達(dá)減少，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。雷瑩等[17]通過脂質(zhì)體法將PTEN基因特異的siRNA轉(zhuǎn)染入骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，證實沉默PTEN基因能有效促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，使細(xì)胞周期向右偏移，同時能抑制細(xì)胞凋亡，增強細(xì)胞對缺血缺氧的耐受能力，并進(jìn)行體內(nèi)實驗證實PTEN基因沉默后的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞更容易在心肌梗死區(qū)域存活和增殖。

另外，為提高移植細(xì)胞的存活率，國內(nèi)外不少研究集中于提供細(xì)胞良好的生長環(huán)境，以及能使其發(fā)揮功能的新型生物相容性支架材料。崔曉軍等[18]利用自聚肽納米纖維支架承載骨髓源性心肌干細(xì)胞移植治療大鼠心肌梗死。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，支架承載MCSC移植組的Y染色體陽性細(xì)胞排列整齊，分布比較集中；微血管密度也顯著增加，膠原纖維含量均明顯減少，左心室功能改善顯著，差異均具有非常顯著的統(tǒng)計學(xué)意義。

目前，干細(xì)胞移植治療缺血性心肌損傷已取得了長足的進(jìn)展，將來研究的方向主要集中在優(yōu)化干細(xì)胞類型、移植時機、輸注方式及干細(xì)胞預(yù)處理等方面，應(yīng)用前景十分廣闊。

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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)

韋艷(1977—)，女，江蘇省連云港人，主管護(hù)師，學(xué)士，主要研究方向：心血管基礎(chǔ)與臨床。

*通訊作者：吳冰(1975—)，男，甘肅省天水市人。Email：wbb1124@yahoo.com.cn