干細(xì)胞移植治療心力衰竭的研究進(jìn)展

喬素玲，王建新，陳改玲

（1.北京中醫(yī)藥大學(xué) 研究生院，北京 100029；2.中日友好醫(yī)院 心內(nèi)科，北京 100029）

綜述

干細(xì)胞移植治療心力衰竭的研究進(jìn)展

喬素玲1，王建新1，陳改玲2?

（1.北京中醫(yī)藥大學(xué) 研究生院，北京 100029；2.中日友好醫(yī)院 心內(nèi)科，北京 100029）

心肌梗死后正常心肌組織缺血壞死，逐漸由結(jié)締組織取代，心臟收縮功能減退，最終發(fā)展為心力衰竭。目前治療心肌梗死的方法主要包括藥物治療、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療、手術(shù)治療、機(jī)械輔助裝置治療，這些治療方法雖可部分改善患者的臨床癥狀，但無法從根本上修復(fù)缺血壞死的心肌。成人心臟再生能力極其有限，受損的心肌組織由纖維化瘢痕所取代，心臟結(jié)構(gòu)無法逆轉(zhuǎn)。對(duì)大部分終末期患者來說，心臟移植是其最后選擇。由于供體缺乏、移植后長期使用免疫抑制劑、預(yù)后的不確定性以及費(fèi)用高昂等原因限制了心臟移植的大規(guī)模開展。隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，干細(xì)胞移植對(duì)心力衰竭患者是一種富有前景的治療策略。

1 干細(xì)胞概述

1.1 干細(xì)胞定義、分類和來源

干細(xì)胞（stem cells，SCs）是具有自我更新和多向分化潛能并能無限增殖的細(xì)胞群。根據(jù)發(fā)育階段，干細(xì)胞分為2類：①胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESCs）通過接種于滋養(yǎng)層細(xì)胞上或在培養(yǎng)液中加入白血病抑制因子等方法保持其未分化狀態(tài)，去除分化抑制因子后，胚胎SCs可分化為具有三胚層結(jié)構(gòu)的擬胚體，擬胚體中的細(xì)胞可分化為多種細(xì)胞類型；②成體干細(xì)胞（adult stem cells，ASCs）包括神經(jīng)SCs、造血SCs、脂肪SCs、骨骼肌成肌細(xì)胞等。

根據(jù)分化潛能大小，SCs可分為4類：①全能SCs：指受精卵到卵裂期32個(gè)細(xì)胞前的所有細(xì)胞，具有無限分化潛能，能分化成所有組織和器官，能分化為完整個(gè)體；②亞全能SCs：能形成所有成體細(xì)胞類型，但不能分化為完整個(gè)體，胚胎SCs就屬于這一種；③多能SCs：具有分化為多種細(xì)胞組織的潛能，如造血SCs；④專能SCs：由多能SCs進(jìn)一步分化而來，只能分化成某一類型的細(xì)胞，如某些肝臟細(xì)胞，骨髓造血SCs。目前用于治療心力衰竭的SCs包括：胚胎SCs、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 （induced pluripotent stem cells，iPSCs）、心臟干細(xì)胞（cardiac stem cells，CSCs）、骨髓干細(xì)胞、骨骼肌成肌細(xì)胞（skeletalmyoblasts，SMs）。

1.2 胚胎SCs

胚胎SCs具有無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內(nèi)環(huán)境，胚胎SCs都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。但由于倫理問題，胚胎干細(xì)胞相關(guān)研究進(jìn)展較慢。

1.3 誘導(dǎo)多能SCs

iPSCs具有取材方便、無限增殖、無倫理問題等特性，可誘導(dǎo)分化為任何一種類型的細(xì)胞。iPSCs是通過對(duì)終末分化細(xì)胞如皮膚細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或其他成熟細(xì)胞進(jìn)行重編程而獲得。但由于逆轉(zhuǎn)錄過程需經(jīng)病毒轉(zhuǎn)染完成，因此增加形成腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)。此外，iPSCs誘導(dǎo)分化產(chǎn)生心肌細(xì)胞的過程不穩(wěn)定和分化產(chǎn)生的心肌細(xì)胞存活率低，尚需進(jìn)一步研究解決。近期一項(xiàng)研究[1]表明，通過同種異體皮膚細(xì)胞獲得的iPSCs誘導(dǎo)分化而產(chǎn)生的心肌細(xì)胞，移植到發(fā)生急性心梗的獼猴，結(jié)果顯示獼猴心臟收縮功能顯著改善。另一研究[2]表明可將成纖維細(xì)胞直接重編程為心肌樣細(xì)胞，無需通過獲得iPSCs來進(jìn)行，從而避免形成腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)。但目前直接重編程還處于初期研究階段，尚未成熟運(yùn)用到臨床試驗(yàn)中。

1.4 心臟SCs

CSCs具有自我更新、克隆形成多種分化潛能SCs的特性，在體內(nèi)、外均可分化成心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。參與調(diào)節(jié)心臟SCs的相關(guān)因子包括SCs因子（stem cell factor，SCF）、 粒細(xì)胞集落刺激因子 （granulocytemacrophage colony stimulating factor，G-CSF）[3]、胰島素樣生長因子[4]等。

1.5 骨髓SCs

包括骨髓單核細(xì)胞（bonemononuclear cells，MNCs）和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（marrow stem cells，MSCs），也被用于心肌梗死和心衰的細(xì)胞移植治療。①M(fèi)NCs是將骨髓經(jīng)梯度離心而獲得的含間充質(zhì) SCs的混合細(xì)胞[5]，取材、培養(yǎng)方便，是目前較有前景的SCs類型[6]。②關(guān)于MSCs研究較多，從骨髓取材的造血SCs和間充質(zhì)SCs能分泌多種細(xì)胞因子和趨化因子，它們通過血管活性、能夠促進(jìn)細(xì)胞存活及血管生成、參與免疫調(diào)節(jié)的作用參與心肌修復(fù)和重建[7]。

1.6 骨骼肌成肌細(xì)胞

SMs具有取材方便、無排斥反應(yīng)、無倫理問題等特性。但GandolfiF等[8]發(fā)現(xiàn)縫隙連接蛋白43（connexin43，CX43）缺乏會(huì)導(dǎo)致移植的SMs不能與周圍心肌細(xì)胞同步興奮、收縮，這可能導(dǎo)致SMs移植后心律失常的發(fā)生，使骨骼肌應(yīng)用受到一定程度的限制。

2 SCs分化為心肌細(xì)胞機(jī)制

關(guān)于SCs分化為心肌細(xì)胞的具體作用機(jī)制目前尚不清楚，普遍認(rèn)為直接分化、旁分泌、血管生成、免疫調(diào)節(jié)等協(xié)同作用。誘導(dǎo)SCs分化為心肌細(xì)胞的方法主要有化學(xué)誘導(dǎo)及生物誘導(dǎo)兩大類。這2種方法在誘導(dǎo)SCs分化為心肌細(xì)胞所存在的共同問題是分化效率低。近年有學(xué)者開始關(guān)注中藥在 SCs移植治療心力衰竭中的作用，有研究[9，10]發(fā)現(xiàn)丹參、人參等中藥既可以直接作用于體內(nèi)的SCs，促進(jìn)其增殖、分化，也可以通過影響SCs所處的微環(huán)境，促進(jìn)其存活與功能建立，調(diào)整機(jī)體的免疫功能，減輕或消除免疫排斥反應(yīng)。另有研究[11]表明，MSCs與CSCs聯(lián)合移植時(shí)，MSCs可促進(jìn)CSCs增殖、遷移和分化。

Van Berlo等[12]研究發(fā)現(xiàn)移植的心臟SCs直接分化為心肌細(xì)胞的數(shù)量有限，認(rèn)為其心功能改善主要是通過多種間接機(jī)制發(fā)揮作用。近年來已逐漸證實(shí)旁分泌作用是細(xì)胞自我修復(fù)的重要分子調(diào)控機(jī)制，通過移植SCs的旁分泌作用或可為心力衰竭治療提供一種新方法。Tang等[13]研究發(fā)現(xiàn)移植的心臟SCs主要通過旁分泌途徑動(dòng)員自體心臟SCs增殖、分化從而改善心功能。外泌體是細(xì)胞在生理和應(yīng)激狀態(tài)下所產(chǎn)生的直徑介于30～100nm的膜狀小體，是SCs旁分泌效應(yīng)的典型代表，其富含大量母體SCs來源的microRNA，mRNA及蛋白質(zhì)。Lai等[14]從胚胎來源的MSCs培養(yǎng)液中提取出外泌體，并證實(shí)這些外泌體能夠減少小鼠急性心肌梗死的面積。有研究表明SCs與心肌細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等相比其擴(kuò)增能力，旁分泌效應(yīng)更強(qiáng)、且可以分泌較高濃度的外泌體[15]。作為SCs旁分泌產(chǎn)物之一的外泌體在改善急性心梗后心功能時(shí)需要較高的濃度，因此需要足量的SCs以獲得高濃度的外泌體[16]。

3 細(xì)胞移植途徑和治療時(shí)間窗及數(shù)量

目前SCs治療心力衰竭的移植途徑主要包括靜脈注射、冠狀動(dòng)脈注射和心肌內(nèi)直接注射。經(jīng)靜脈內(nèi)注射的SCs主要被肝臟和肺臟截留，注射后4h僅有＜1%的SCs存留在心肌梗死區(qū)[17]。經(jīng)冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射操作簡便、技術(shù)成熟，可在病變血管部位注射，但該方法有導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈破裂的風(fēng)險(xiǎn)。心肌內(nèi)直接注射分為經(jīng)皮穿刺心肌內(nèi)注射和經(jīng)胸直視下心肌內(nèi)注射兩種技術(shù)，其中經(jīng)皮心肌注射技術(shù)通常使用專用注射器，利用心臟影像學(xué)技術(shù)，可將SCs準(zhǔn)確注入心肌梗死區(qū)域，但該方法存在心臟穿孔、心包填塞以及誘發(fā)惡性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)[18]。

有關(guān)細(xì)胞移植治療時(shí)間窗的研究較少，Daniel Sürder等[19]進(jìn)行了多中心前瞻性研究——SWISS-AMI研究（Swiss multicenter intracoronary stem cells study in acute myocardial infarction），在急性心肌梗死早期（5～7d）和后期（3～4周）分別經(jīng)冠脈內(nèi)注射MNCs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是在心梗后早期還是后期，在第4個(gè)月隨訪時(shí)左室收縮功能無明顯改善。對(duì)于SCs移植的數(shù)量目前尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步深入研究探索。

4 SCs移植治療心力衰竭的臨床研究

一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照的TAC-HFT臨床研究試驗(yàn)[20]，共納入65例缺血性心肌病伴左室射血分?jǐn)?shù)＜50%患者，59例患者完成該項(xiàng)研究。治療組分別通過心內(nèi)膜下注射自體MSCs和MNCs。研究結(jié)果顯示，與安慰劑組相比，MSCs和MNCs組的明尼蘇達(dá)心衰生活量表得分（MLHFQ）均得到改善，但僅MSCs組6min步行距離（6MWD）、梗死面積、心功能得到改善。MSCs、MNCs和安慰劑組1年嚴(yán)重不良事件發(fā)生率分別為31.6%、31.6%和38.1%。該研究的結(jié)論是心內(nèi)膜下注射自體MSCs和MNCs是安全的。

TIME（timing inmyocardial infarction evaluation）[21]試驗(yàn)是CCTR（cardiovascular cell therapy research network）試驗(yàn)的一個(gè)分支研究，共納入120例患者，入組標(biāo)準(zhǔn)為ST段抬高型心肌梗死，急診PCI術(shù)后LVEF＜45%，在PCI術(shù)后3d和 7d經(jīng)冠脈內(nèi)注射1.5×108自體骨髓單核細(xì)胞，結(jié)果顯示6個(gè)月后實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組左室收縮功能無顯著差異。

2016年美國心臟病學(xué)年會(huì) （ACC）公布了ixCELLDCM試驗(yàn)2B階段的研究結(jié)果[22]。該研究是隨機(jī)雙盲、安慰劑對(duì)照試驗(yàn)，共納入126例患者，隨機(jī)分為ixmyelocel-T干細(xì)胞治療組和安慰劑組。入選標(biāo)準(zhǔn)為缺血性心肌病、NYHA心功能分級(jí)Ⅲ或Ⅳ級(jí)、LVEF≤35%、置入了心臟轉(zhuǎn)復(fù)除顫器、不適合于血運(yùn)重建有癥狀的心力衰竭患者。研究的主要終點(diǎn)事件為全因死亡，因心血管事件及急性心力衰竭而再次住院或就診。結(jié)果顯示，12個(gè)月后心內(nèi)膜注射ixmyelocel-T干細(xì)胞組主要終點(diǎn)事件數(shù)顯著減少。

5 存在的問題和展望

SCs移植治療心力衰竭目前已取得一定進(jìn)展，研究已證實(shí)SCs移植治療心力衰竭是安全的。但對(duì)于SCs移植治療心力衰竭的有效性，目前大型隨機(jī)、雙盲、對(duì)照的Ⅲ期臨床試驗(yàn)得出的結(jié)果并不一致，其有效性有待進(jìn)一步研究證實(shí)。SCs移植治療心力衰竭尚存在以下方面的問題：（1）SCs移植治療心力衰竭的作用機(jī)制尚不明確，移植后的SCs是通過分化為心肌細(xì)胞而發(fā)揮作用，還是通過旁分泌作用改善心衰患者的病情？中藥在SCs移植治療心力衰竭過程中是如何發(fā)揮作用的？（2）移植SCs的類型、最佳劑量、途徑、時(shí)機(jī)及頻次目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；（3）如何進(jìn)一步提高移植后SCs的滯留率和存活率。這些SCs移植治療心力衰竭存在的問題有待進(jìn)一步臨床研究。

[1] Shiba Y，Gomibuchi T，Seto T，et al.Allogeneic transplantation of iPS cell derived cardiomyocytes regenerates primatehearts[J].Nature，2016，538（7625）：388-391.

[2] Ieda M，F(xiàn)u JD，Delgado-Olguin P，et al.Direct reprogramming of fibroblasts into functional cardiomyocytes by defined factors[J].Cell，2010，142（3）：375-386.

[3] Noseda M，chneider MD.Unleashing cardiopoiesis：a novel role for G-CSF[J].Cell Stem Cell，2010，6（3）：188-189.

[4] Chimenti I1，Smith RR，Li TS，et al.Relative roles of direct regeneration versus paracrine effects of human cardiospherederived cellstransplanted into infarcted mice[J].Circ Res，2010，106（5）：971-980.

[5] Hoetzenecker K，Zimmermann M，Hoetzenecker W，et al. Mononuclear cell secretome protects from experimental autoimmune myocarditis[J].Eur Heart J，2015，36（11）：676-685.

[6] Simari RD，Pepine CJ，Traverse JH，et al.Bone marrow mononuclear cell therapy for acute myocardial infarction：a perspective from thecardiovascular cell therapy research network[J].Circ Res，2014，114（10）：1564-1568.

[7]Choi YH，Kurtz A，Stamm C.Mesenchymal stem cells for cardiac cell therapy[J].Hum Gene Ther，2011，22：3-17.

[8] Gandolfi F，Vanelli A，Pennarossa G，et al.Large animal models for cardiac stem cell therapies[J].Theriogenology，2011，75（8）：1416-1425.

[9] 隋吉峰，楊關(guān)林，陳巖，等.丹參干預(yù)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療急性心肌梗死的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華中醫(yī)藥學(xué)刊，2009，27（6）：1253-1256.

[10] 李勇華，袁肇凱，鄭景輝，等.養(yǎng)心通脈有效部位方與急性心肌梗死大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的動(dòng)員及定向歸巢[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14（23）：4285-4289.

[11] Hatzistergos KE，Saur D，Seidler B，et al.Stimulatory effects of mesenchymal stem cells on ckit+cardiac stem cells are mediated by SDF1/CXCR4 and SCF/cKit signaling pathways[J].Circ Res，2016，119（8）：921-930.

[12] van Berlo JH，Kanisicak O，Maillet M.et al.c-kit+cells minimally contribute cardiomyocytes to the heart[J].Nature，2014，509（7500）：337-341.

[13] Tang XL，Rokosh G，Sanganalmath SK，et al.Intracoronary administration of cardiac progenitor cells alleviates left ventricular dysfunction in rats with a 30-day-old infarction[J].Circulation，2010，121（2）：293-305.

[14] Lai RC，rslan F，ee MM，et al.Exosome secreted by MSC reduces myocardial ischemia/reperfusion injury[J].Stem Cell Res，2010，4（6）：214-222.

[15] Singla DK.Stem cells and exosomes in cardiac repair[J]. Curr Opin Pharmacol，2016，27：19-23.

[16] Xu R，Greening DW，Zhu HJ，et al.Extracellular vesicle isolation and characterization：toward clinical application[J].J Clin Invest，2016，126（4）：1152-1162.

[17] Wu KH，Mo XM，Han ZC，et al.Stem cell engraftment and survival in the ischemic heart[J].Ann Thorac Surg，2011，92：1917-1925.

[18] Nyolczas N，Charwat S，Posa A，et al.Tracking the migration of cardially delivered therapeutic stem cells in vivo：state of the art[J].Regen Med，2009，4：407-422.

[19] Sürder D，Manka R，Lo Cicero V，et al.Intracoronary injection of bone marrow-derived mononuclear cells earlyorlate after acute myocardial infarction：effects onglobal left ventricular function[J].Circulation，2013，127（19）：1968-1979.

[20] Heldman AW，DiFede DL，F(xiàn)ishman JE，et al.Transendocardial mesenchymal stem cells and mononuclear bone marrow cells for ischemic cardiomyopathy：the TAC-HFT randomized trial[J].JAMA，2014，311（1）：62-73.

[21] Traverse JH，Henry TD，Pepine CJ，et al.Cardiovascular cell therapy research network（CCTRN）.Effect of the use and timing of bone marrow mononuclear cell delivery on left ventricular function after acutemyocardial infarction：the TIME randomized trial[J].JAMA，2012，308（22）：2380-2389.

[22] Patel AN，Henry TD，Quyyumi AA，et al.Ixmyelocel-T for patients with ischaemic heartfailure：a prospective randomiseddouble-blind trial[J].Lancet，2016，387（10036）：2412-2421.

R541.6

A

1001-0025-（2017）03-0182-02

10.3969/j.issn.1001-0025.2017.03.016

2* 本文通訊作者。

喬素玲（1987-），女，碩士研究生。

2016-11-02

2017-03-01