干細(xì)胞心肌再生的研究現(xiàn)狀與未來(lái)

葉曉峰，唐耀亮，趙 強(qiáng)

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

·專家論壇·

干細(xì)胞心肌再生的研究現(xiàn)狀與未來(lái)

葉曉峰1，唐耀亮2，趙 強(qiáng)1

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

干細(xì)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(bào)道。本文回顧了近幾年干細(xì)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(xì)胞，比較總結(jié)了目前研究者對(duì)干細(xì)胞在心肌再生過(guò)程所起到的作用，以及將來(lái)潛在的研究趨勢(shì)和前景。

干細(xì)胞；心肌再生；臨床試驗(yàn)；應(yīng)用

目前人們對(duì)心肌再生的認(rèn)識(shí)仍存在較大的爭(zhēng)議。雖然成人心肌細(xì)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(xì)胞再生的程度和速度仍報(bào)道不一，而且心肌再生的細(xì)胞來(lái)源更是一直存在爭(zhēng)論。了解干細(xì)胞在其中的作用能夠幫助我們更深入地認(rèn)識(shí)心肌再生和重構(gòu)的生物動(dòng)態(tài)過(guò)程，進(jìn)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(diǎn)和策略。本文對(duì)近年來(lái)心肌再生中關(guān)于干細(xì)胞的研究，最新的臨床試驗(yàn)結(jié)果，干細(xì)胞再生心肌的途徑以及干細(xì)胞主要類型作一介紹。

1 干細(xì)胞再生心肌的臨床試驗(yàn)結(jié)果

美國(guó)ClinicalTrials網(wǎng)站上注冊(cè)了1 000多個(gè)干細(xì)胞心肌再生的臨床試驗(yàn)（http://www.clinicaltrials.gov/）。這些臨床試驗(yàn)主要應(yīng)用不同干細(xì)胞治療心力衰竭，這些細(xì)胞包括脂肪來(lái)源的、骨髓來(lái)源的、人類胚胎來(lái)源的、自體CD133+和34+的干細(xì)胞等[1]。其中，自體骨骼成肌細(xì)胞是第一個(gè)用于心肌再生的細(xì)胞，雖然個(gè)別小的臨床試驗(yàn)認(rèn)為它有一定效果，但是大規(guī)模的臨床試驗(yàn)的結(jié)果是陰性的。而應(yīng)用不同干細(xì)胞來(lái)治療缺血性心肌病更具有臨床應(yīng)用前景，但臨床試驗(yàn)結(jié)果不一致。將骨髓干細(xì)胞從冠脈注入治療急性心肌梗死的臨床試驗(yàn)（REPAIR-AMI試驗(yàn)）顯示骨髓干細(xì)胞能改善心功能，而且能維持超過(guò)2年[2]。相反，研究設(shè)計(jì)類似的Boost試驗(yàn)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(xì)胞準(zhǔn)備流程的差異等所導(dǎo)致。最近的兩個(gè)臨床研究（SCIPIO試驗(yàn)和CADUCEUS試驗(yàn)）應(yīng)用了心臟祖細(xì)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(gè)研究中CPCs的作用機(jī)制尚不明了，但目前大多認(rèn)為是細(xì)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(xì)胞轉(zhuǎn)化。具體來(lái)說(shuō)，這些旁分泌因子可能對(duì)心肌保護(hù)，新生血管形成以及心肌細(xì)胞重構(gòu)方面有所作用[6]。

2 干細(xì)胞再生心肌的組織工程技術(shù)的應(yīng)用

雖然干細(xì)胞再生心肌的臨床試驗(yàn)總體來(lái)說(shuō)令人振奮，但實(shí)際上移植的大部分干細(xì)胞在患者心肌里都不能存活：移植的細(xì)胞在注射部位消失，或被血流沖走，或被細(xì)胞外基質(zhì)中的酶所降解[7]。至今，研究者已經(jīng)嘗試過(guò)從冠狀動(dòng)脈、靜脈、心肌內(nèi)直接注射等方式移植干細(xì)胞，希望能促進(jìn)心肌再生，但目前對(duì)于最合適的干細(xì)胞移植途徑仍有爭(zhēng)議。心肌組織工程則為干細(xì)胞再生心肌的治療開(kāi)辟一條全新的途徑：將干細(xì)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(xì)胞的存留率[8]。也有研究者將可降解材料與干細(xì)胞和生長(zhǎng)因子結(jié)合，提高干細(xì)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(xì)胞，對(duì)促進(jìn)CPCs的生長(zhǎng)和分化有幫助[10]。

3 參與心肌再生的干細(xì)胞類型

3.1 心臟祖細(xì)胞

心臟祖細(xì)胞（cardiac progenitor cells，CPCs）是存在于成年哺乳動(dòng)物心臟中具有組織特異性的干細(xì)胞，能通過(guò)分化成心肌細(xì)胞和血管從而來(lái)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(xì)胞中只有1個(gè)干細(xì)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(guò)培養(yǎng)，CPCs有增殖和分化成心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的潛力。van V liet 等[13]提出CPCs存在于心臟里邊，能夠表達(dá)心臟祖細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，并且還能夠分化成心肌細(xì)胞。同時(shí)也有研究表明，人心臟祖細(xì)胞（human CPCs，hCPCs）可以分化成心肌細(xì)胞，表達(dá)特殊的心臟標(biāo)志物和間隙連接蛋白等[14]。大部分的干細(xì)胞在治療心肌疾病的過(guò)程中只是稍微起到了一點(diǎn)作用，左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）只是增加了不到5％。相反，臨床試驗(yàn)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(xì)胞注射（stem cell infusion in patients with ischem ic cardiomyopathy，SCIPIO）研究表明用心臟祖細(xì)胞治療后，左室射血分?jǐn)?shù)（leftventricularejection fractions，LVEF）在4個(gè)月的時(shí)間內(nèi)增加了＞8％，在1年的治療時(shí)間內(nèi)，左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）＞12％[4]。同樣的，Chugh等[15]入組了33個(gè)缺血性心肌病患者，其中20例作為實(shí)驗(yàn)組，13例作為對(duì)照組進(jìn)行了干細(xì)胞治療。將心臟祖細(xì)胞從右耳中分離出來(lái)，再將其注入到缺血區(qū)域。結(jié)果表明，干細(xì)胞治療明顯改善了心功能。目前運(yùn)用CPCs再生心肌的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)少，有進(jìn)一步探索的價(jià)值。

3.2 胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞（embryo stem cells，ESCs）是由早期胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞經(jīng)體外分離，抑制分化培養(yǎng)獲得的多能干細(xì)胞。它具有分化的多潛能性，在體外可誘導(dǎo)分化出各個(gè)胚層的細(xì)胞，在一定的條件下，胚胎干細(xì)胞可以誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞。Koichi等[16]將老鼠胚胎干細(xì)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(huì)影響老鼠胚胎干細(xì)胞分化成心肌細(xì)胞，而單層納米碳管會(huì)抑制老鼠胚胎干細(xì)胞分化成心肌細(xì)胞。該結(jié)果同時(shí)也表明了老鼠胚胎干細(xì)胞具有分化成心肌細(xì)胞的能力。同時(shí)還有很多研究都表明ESCs可以分化成心肌細(xì)胞[17]。Akasha 等[18]通過(guò)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(dá)了心肌特異性蛋白，并且分化出的心肌細(xì)胞都具有同一的動(dòng)作電位。還有研究用聚羥基乙酸和ESCs一起被用來(lái)制造心臟補(bǔ)片來(lái)修復(fù)梗塞的心肌[19]。近來(lái)，更是有學(xué)者將其運(yùn)用到臨床實(shí)驗(yàn)中。Benetti等[20]將人胚胎干細(xì)胞注入到晚期心力衰竭患者心臟中，結(jié)果表明，干細(xì)胞療法改善了患者心臟的功能。雖然ESCs涉及倫理問(wèn)題，但對(duì)其的進(jìn)一步研究也有助于了解多能干細(xì)胞來(lái)源的心肌細(xì)胞，在心肌再生領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

3.3 間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)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(lái)，并具有分化成脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞潛能的干細(xì)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(shí)驗(yàn)中分化成心肌細(xì)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(guò)抑制T細(xì)胞的增殖來(lái)抑制免疫反應(yīng)的發(fā)生，從而提高了分化出的心肌細(xì)胞的生存概率，提高了MSCs的治療效果。但一項(xiàng)綜合了33個(gè)關(guān)于MSCs的臨床研究的meta分析指出，各個(gè)臨床研究結(jié)果相當(dāng)不一致，雖然總的結(jié)果能提高LVEF，但是對(duì)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(dǎo)的多功能干細(xì)胞

誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）具有分化成神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、胰腺細(xì)胞、肝細(xì)胞等的潛力。而當(dāng)前，利用iPSCs分化而來(lái)的心肌細(xì)胞構(gòu)建心肌組織是當(dāng)前研究的一大熱點(diǎn)。有的研究者們利用了不同的方法將體細(xì)胞分化成誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞，再將得到的iPSCs培養(yǎng)成了心肌細(xì)胞。Mauritz等[24]利用胚狀體（EB）分化系統(tǒng)成功地利用老鼠誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞（mouse iPSCs）分化出了心肌細(xì)胞，并首次提出了miPSCs能夠分化成心肌細(xì)胞。在另一項(xiàng)研究中，Narazaki等[25]將誘導(dǎo)的中胚層miPSC衍生物與OP9老鼠基質(zhì)細(xì)胞一起培養(yǎng)，從而成功地培養(yǎng)出了心肌細(xì)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(zhǎng)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(dá)到了98％。3個(gè)實(shí)驗(yàn)中，iPSCs都分化出了心肌細(xì)胞，并同時(shí)也具備了心肌所特有的組織和功能特點(diǎn)。近來(lái)，更有研究提取出人體細(xì)胞，誘導(dǎo)分化成人多功能干細(xì)胞（human iPSCs），從而產(chǎn)生心肌細(xì)胞。例如：最近，Zwi-Dantisis等[27]從嚴(yán)重心力衰竭的患者中提取出了hiPSCs。通過(guò)重新編輯這些患者真皮成纖維細(xì)胞，利用一種可抽取的多順?lè)醋颖磉_(dá)載體，從而產(chǎn)生心肌細(xì)胞。Zhao等[28]利用患者身上提取出的體細(xì)胞，將其誘導(dǎo)分化成iPSCs細(xì)胞，再通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)技術(shù)將其引導(dǎo)分化成心肌組織。當(dāng)誘導(dǎo)iPSCs分化成心肌組織時(shí)，其會(huì)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(guò)程中一系列的過(guò)程。iPSCs技術(shù)的到來(lái)為移植治療帶來(lái)了新的機(jī)遇，iPSCs平臺(tái)也為自體同源組織工程提供了一個(gè)新的基礎(chǔ)，同時(shí)也促進(jìn)了再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展。目前如何成規(guī)模的定向誘導(dǎo)iPSCs，以及進(jìn)一步的臨床研究有待深入。

4 結(jié)語(yǔ)

干細(xì)胞再生心肌無(wú)疑是未來(lái)治療心臟疾病的重要手段。目前的干細(xì)胞移植可能有效，而且并沒(méi)有大的危害，臨床研究者應(yīng)嚴(yán)格地把握臨床試驗(yàn)的要求。在干細(xì)胞再生心肌的研究初期，客觀的設(shè)計(jì)好隨機(jī)化雙盲的臨床試驗(yàn)，為這項(xiàng)新技術(shù)最終能夠在臨床上應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（81000096）

葉曉峰（1978—），男，主治醫(yī)生，麻省理工學(xué)院Langer實(shí)驗(yàn)室博士后，研究心血管組織工程

趙 強(qiáng)，電子信箱：zq11607@rjh.com.cn