葉曉峰，唐耀亮，趙 強

1.上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院，上海 2000252.喬治亞攝政大學，美國

·專家論壇·

干細胞心肌再生的研究現(xiàn)狀與未來

葉曉峰1，唐耀亮2，趙 強1

1.上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院，上海 200025
2.喬治亞攝政大學，美國

干細胞參與心肌再生這一領(lǐng)域目前主要仍處于基礎(chǔ)研究階段，但也有一些臨床應(yīng)用研究的報道。本文回顧了近幾年干細胞參與心肌的基礎(chǔ)和臨床研究成果，并分析了研究較多的幾種干細胞，比較總結(jié)了目前研究者對干細胞在心肌再生過程所起到的作用，以及將來潛在的研究趨勢和前景。

干細胞；心肌再生；臨床試驗；應(yīng)用

目前人們對心肌再生的認識仍存在較大的爭議。雖然成人心肌細胞不能夠再生這一傳統(tǒng)觀念已被否定，但是關(guān)于心肌細胞再生的程度和速度仍報道不一，而且心肌再生的細胞來源更是一直存在爭論。了解干細胞在其中的作用能夠幫助我們更深入地認識心肌再生和重構(gòu)的生物動態(tài)過程，進而為臨床上恢復(fù)心力衰竭患者心肌的結(jié)構(gòu)和功能提供有效的治療靶點和策略。本文對近年來心肌再生中關(guān)于干細胞的研究，最新的臨床試驗結(jié)果，干細胞再生心肌的途徑以及干細胞主要類型作一介紹。

1 干細胞再生心肌的臨床試驗結(jié)果

美國ClinicalTrials網(wǎng)站上注冊了1 000多個干細胞心肌再生的臨床試驗（http://www.clinicaltrials.gov/）。這些臨床試驗主要應(yīng)用不同干細胞治療心力衰竭，這些細胞包括脂肪來源的、骨髓來源的、人類胚胎來源的、自體CD133+和34+的干細胞等[1]。其中，自體骨骼成肌細胞是第一個用于心肌再生的細胞，雖然個別小的臨床試驗認為它有一定效果，但是大規(guī)模的臨床試驗的結(jié)果是陰性的。而應(yīng)用不同干細胞來治療缺血性心肌病更具有臨床應(yīng)用前景，但臨床試驗結(jié)果不一致。將骨髓干細胞從冠脈注入治療急性心肌梗死的臨床試驗（REPAIR-AMI試驗）顯示骨髓干細胞能改善心功能，而且能維持超過2年[2]。相反，研究設(shè)計類似的Boost試驗卻得到了陰性的結(jié)果[3]。這些不同的研究結(jié)果可能是由于研究入組的患者群體不同，細胞準備流程的差異等所導致。最近的兩個臨床研究（SCIPIO試驗和CADUCEUS試驗）應(yīng)用了心臟祖細胞（Cardiac progenitor cells，CPCs）再生心肌，結(jié)果均提示能改善心臟功能[4-5]。這兩個研究中CPCs的作用機制尚不明了，但目前大多認為是細胞產(chǎn)生的一些旁分泌因子所起的作用，而不是CPCs直接向心肌細胞轉(zhuǎn)化。具體來說，這些旁分泌因子可能對心肌保護，新生血管形成以及心肌細胞重構(gòu)方面有所作用[6]。

2 干細胞再生心肌的組織工程技術(shù)的應(yīng)用

雖然干細胞再生心肌的臨床試驗總體來說令人振奮，但實際上移植的大部分干細胞在患者心肌里都不能存活：移植的細胞在注射部位消失，或被血流沖走，或被細胞外基質(zhì)中的酶所降解[7]。至今，研究者已經(jīng)嘗試過從冠狀動脈、靜脈、心肌內(nèi)直接注射等方式移植干細胞，希望能促進心肌再生，但目前對于最合適的干細胞移植途徑仍有爭議。心肌組織工程則為干細胞再生心肌的治療開辟一條全新的途徑：將干細胞種植到可降解的支架上構(gòu)建出具有功能的心肌組織或提高原有心肌收縮功能。應(yīng)用可注射水凝膠被證明能提高移植干細胞的存留率[8]。也有研究者將可降解材料與干細胞和生長因子結(jié)合，提高干細胞的存活率和分化[9]。最近研究利用溫度敏感的N-異丙基丙烯酰胺水凝膠，在組織局部投遞藥物和干細胞，對促進CPCs的生長和分化有幫助[10]。

3 參與心肌再生的干細胞類型

3.1 心臟祖細胞

心臟祖細胞（cardiac progenitor cells，CPCs）是存在于成年哺乳動物心臟中具有組織特異性的干細胞，能通過分化成心肌細胞和血管從而來改善心臟的功能。在健康人的心臟里CPCs的含量很少（大約8 000～20 000心肌細胞中只有1個干細胞），但是在損傷的心臟內(nèi)，CPCs的數(shù)量增加的很快[11]。Barile等[12]提出通過培養(yǎng)，CPCs有增殖和分化成心肌細胞、血管平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞的潛力。van V liet 等[13]提出CPCs存在于心臟里邊，能夠表達心臟祖細胞轉(zhuǎn)錄因子，并且還能夠分化成心肌細胞。同時也有研究表明，人心臟祖細胞（human CPCs，hCPCs）可以分化成心肌細胞，表達特殊的心臟標志物和間隙連接蛋白等[14]。大部分的干細胞在治療心肌疾病的過程中只是稍微起到了一點作用，左室射血分數(shù)（LVEF）只是增加了不到5％。相反，臨床試驗證明CPCs在治療心臟疾病方面起到了很大的作用。缺血性心肌病患者干細胞注射（stem cell infusion in patients with ischem ic cardiomyopathy，SCIPIO）研究表明用心臟祖細胞治療后，左室射血分數(shù)（leftventricularejection fractions，LVEF）在4個月的時間內(nèi)增加了＞8％，在1年的治療時間內(nèi)，左室射血分數(shù)（LVEF）＞12％[4]。同樣的，Chugh等[15]入組了33個缺血性心肌病患者，其中20例作為實驗組，13例作為對照組進行了干細胞治療。將心臟祖細胞從右耳中分離出來，再將其注入到缺血區(qū)域。結(jié)果表明，干細胞治療明顯改善了心功能。目前運用CPCs再生心肌的實驗研究相對少，有進一步探索的價值。

3.2 胚胎干細胞

胚胎干細胞（embryo stem cells，ESCs）是由早期胚胎內(nèi)細胞團或原始生殖細胞經(jīng)體外分離，抑制分化培養(yǎng)獲得的多能干細胞。它具有分化的多潛能性，在體外可誘導分化出各個胚層的細胞，在一定的條件下，胚胎干細胞可以誘導分化為心肌細胞。Koichi等[16]將老鼠胚胎干細胞放在單層納米碳管和多層納米碳管的培養(yǎng)液中分別培養(yǎng)，結(jié)果表明多層納米碳管不會影響老鼠胚胎干細胞分化成心肌細胞，而單層納米碳管會抑制老鼠胚胎干細胞分化成心肌細胞。該結(jié)果同時也表明了老鼠胚胎干細胞具有分化成心肌細胞的能力。同時還有很多研究都表明ESCs可以分化成心肌細胞[17]。Akasha 等[18]通過將ESCs種植到大孔的明膠微球上邊，這些種植到明膠微球上邊的ESCs表達了心肌特異性蛋白，并且分化出的心肌細胞都具有同一的動作電位。還有研究用聚羥基乙酸和ESCs一起被用來制造心臟補片來修復(fù)梗塞的心肌[19]。近來，更是有學者將其運用到臨床實驗中。Benetti等[20]將人胚胎干細胞注入到晚期心力衰竭患者心臟中，結(jié)果表明，干細胞療法改善了患者心臟的功能。雖然ESCs涉及倫理問題，但對其的進一步研究也有助于了解多能干細胞來源的心肌細胞，在心肌再生領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

3.3 間充質(zhì)干細胞

間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是從神經(jīng)組織、脂肪組織、骨髓組織、羊水、臍帶、胚盤、月經(jīng)血，甚至牙髓中提取出來，并具有分化成脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、心肌細胞和神經(jīng)細胞潛能的干細胞。在1999年，Makino等[21]首次提出了老鼠骨髓源性的MSCs可以在活體實驗中分化成心肌細胞。另外MSCs具有旁分泌功能和免疫豁免的能力[22]。MSCs可以通過抑制T細胞的增殖來抑制免疫反應(yīng)的發(fā)生，從而提高了分化出的心肌細胞的生存概率，提高了MSCs的治療效果。但一項綜合了33個關(guān)于MSCs的臨床研究的meta分析指出，各個臨床研究結(jié)果相當不一致，雖然總的結(jié)果能提高LVEF，但是對并發(fā)癥發(fā)生率和死亡率不產(chǎn)生積極的影響[23]。

3.4 誘導的多功能干細胞

誘導的多功能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）具有分化成神經(jīng)細胞、心肌細胞、胰腺細胞、肝細胞等的潛力。而當前，利用iPSCs分化而來的心肌細胞構(gòu)建心肌組織是當前研究的一大熱點。有的研究者們利用了不同的方法將體細胞分化成誘導的多功能干細胞，再將得到的iPSCs培養(yǎng)成了心肌細胞。Mauritz等[24]利用胚狀體（EB）分化系統(tǒng)成功地利用老鼠誘導的多功能干細胞（mouse iPSCs）分化出了心肌細胞，并首次提出了miPSCs能夠分化成心肌細胞。在另一項研究中，Narazaki等[25]將誘導的中胚層miPSC衍生物與OP9老鼠基質(zhì)細胞一起培養(yǎng)，從而成功地培養(yǎng)出了心肌細胞。Zhang等[26]將iPSCs放在基質(zhì)膠上培養(yǎng)，待其鋪滿培養(yǎng)皿后，再在其上邊加一層基質(zhì)膠，從而形成一種“三明治”樣基質(zhì)層。往基質(zhì)層中加入一系列的生長因子，比如：活化素A、骨形態(tài)發(fā)生蛋白4等，可以促使iPSCs分化成心肌，純度更是達到了98％。3個實驗中，iPSCs都分化出了心肌細胞，并同時也具備了心肌所特有的組織和功能特點。近來，更有研究提取出人體細胞，誘導分化成人多功能干細胞（human iPSCs），從而產(chǎn)生心肌細胞。例如：最近，Zwi-Dantisis等[27]從嚴重心力衰竭的患者中提取出了hiPSCs。通過重新編輯這些患者真皮成纖維細胞，利用一種可抽取的多順反子表達載體，從而產(chǎn)生心肌細胞。Zhao等[28]利用患者身上提取出的體細胞，將其誘導分化成iPSCs細胞，再通過一系列的實驗技術(shù)將其引導分化成心肌組織。當誘導iPSCs分化成心肌組織時，其會朝著病變的心肌組織方向分化發(fā)展。由此研究掌握疾病發(fā)生發(fā)展過程中一系列的過程。iPSCs技術(shù)的到來為移植治療帶來了新的機遇，iPSCs平臺也為自體同源組織工程提供了一個新的基礎(chǔ)，同時也促進了再生醫(yī)學的發(fā)展。目前如何成規(guī)模的定向誘導iPSCs，以及進一步的臨床研究有待深入。

4 結(jié)語

干細胞再生心肌無疑是未來治療心臟疾病的重要手段。目前的干細胞移植可能有效，而且并沒有大的危害，臨床研究者應(yīng)嚴格地把握臨床試驗的要求。在干細胞再生心肌的研究初期，客觀的設(shè)計好隨機化雙盲的臨床試驗，為這項新技術(shù)最終能夠在臨床上應(yīng)用打好堅實的基礎(chǔ)。

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Research in stem cellsmediated cardiac regeneration presentand future

YEXiaofeng1，TANG Yaoliang2，ZHAOQiang1
1.Ruijin Hospital，Shanghai Jiaotong University SchoolofMedicine，Shanghai200025，China
2.Georgia Regents University，USA

Research on stem cell and myocardial regeneration is still in its primary stage， with sporadic clinical reports in recent years.In this paper，we review the researches in the field of stem cell and myocardial regeneration，analyze the function of stem cells in this process，and summerize and envision the future of stem cells application during myocardial regeneration.

Stem cells；Myocardial regeneration；Clinical trial；Application

Q813.3

A

2095-378X（2015）03-0141-04

10.3969/j.issn.2095-378X.2015.03.001

國家自然科學基金青年項目（81000096）

葉曉峰（1978—），男，主治醫(yī)生，麻省理工學院Langer實驗室博士后，研究心血管組織工程

趙 強，電子信箱：zq11607@rjh.com.cn