間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療心梗后心力衰竭的研究進展

李若男，文敏，丁良玉，壽錫凌

（西安醫(yī)學(xué)院，陜西 西安）

0 引言

慢性心力衰竭（Chronic Heart Failure，CHF）是各種心臟結(jié)構(gòu)或功能性疾病導(dǎo)致心室充盈和（或）射血功能受損，心排量不能滿足機體組織代謝需求而出現(xiàn)的一系列臨床綜合征。心肌梗死（Miocardial infarction，MI）是導(dǎo)致HF最常見的原因之一[1]，陳舊性心肌梗死占CHF患者的50%以上[2]，同時CHF也是MI患者死亡的主要原因之一。目前治療雖能再通閉塞血管，但仍有部分患者經(jīng)歷不良心室重構(gòu)，最終發(fā)展為難治性心力衰竭。CHF具有死亡率高、預(yù)后差等特點，約50%患者在診治后5年內(nèi)死亡[3]。研究發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）移植治療可促進心肌細(xì)胞修復(fù)和再生，在改善心功能方面具有一定潛力，有望改變CHF的治療現(xiàn)狀。

1 心梗后心力衰竭的主要病理生理機制

心室重塑是CHF發(fā)生、發(fā)展的主要病理機制。成熟心肌細(xì)胞是不可再生細(xì)胞，當(dāng)冠狀動脈發(fā)生急性閉塞后，心肌細(xì)胞壞死，隨之細(xì)胞外基質(zhì)、膠原纖維網(wǎng)過度纖維化，形成不具備心肌功能的瘢痕組織[4]。為保證正常射血，殘存心肌細(xì)胞負(fù)荷加重，代償性肥厚，過度肥大的心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體含量相對不足，同時毛細(xì)血管數(shù)量增多不足，致使肥大心肌細(xì)胞產(chǎn)能減少，心肌收縮力減弱，逐漸發(fā)展為CHF。

心肌損傷早期，機體啟動多種神經(jīng)-體液因素來適應(yīng)性代償，維持心臟泵血，隨著時間推移，這一機制失衡加重心肌損傷。此外缺血、缺氧進一步損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，內(nèi)源性血管舒張因子減少，收縮血管因子分泌增加，刺激血管平滑肌細(xì)胞增殖，增加脂質(zhì)在血管壁沉著，從而加重心肌缺血，心室收縮、舒張功能逐漸惡化，最終發(fā)展為缺血性心力衰竭。

2 心梗后心力衰竭治療現(xiàn)狀

2.1 控制危險因素

目前已知吸煙、飲酒、肥胖、高血壓、糖尿病、高血脂等是心血管疾病的主要危險因素?？刂莆ｋU因素是所有治療的前提，嚴(yán)格戒煙、戒酒，積極控制血壓、血糖及血脂可以延緩缺血性心力衰竭的進展。

2.2 藥物治療

抗血小板藥物通過抗血小板粘附和聚集，減少血栓形成，改善心肌供血，延緩CHF進展。利尿劑通過降低循環(huán)血容量減輕心臟前負(fù)荷，從而改善癥狀。螺內(nèi)酯作為醛固酮受體拮抗劑，不僅有利尿作用，還能夠阻斷醛固酮效應(yīng)，抑制心室重塑，改善CHF遠(yuǎn)期預(yù)后[5]。β-受體阻滯劑可抑制交感神經(jīng)激活，減輕癥狀，降低患者死亡率。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑及血管緊張素受體拮抗劑是治療心衰的基石[6]，主要通過抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)改善心室重塑。血管緊張素-腦啡肽酶抑制劑（Angiotensin-Neprilysin Inhibition，ARNI）是CHF治療領(lǐng)域的重大突破。沙庫巴曲纈沙坦是其代表藥物，能夠抑制腦啡肽酶降解血管活性肽, 提高血漿內(nèi)皮素及活性利鈉肽水平, 升高血管緊張素Ⅱ水平, 而纈沙坦則拮抗血管緊張素Ⅱ與血管緊張素受體AT1結(jié)合, 兩者結(jié)合發(fā)揮心血管保護作用[7]。洋地黃類等正性肌力藥物也可改善臨床癥狀，降低住院率。其他一些新型抗心力衰竭藥物包括人重組腦鈉肽、左西孟旦、伊伐布雷定等均有一定療效。

2.3 非藥物治療

冠脈介入治療(Percutaneous Coronary Intervention，PCI）能有效開通狹窄、閉塞血管，快速恢復(fù)心肌供血，挽救瀕死心肌，是冠心病血運重建的主要手段。通過PCI不能達(dá)到血運重建的患者，可以通過冠狀動脈旁路移植術(shù)改善狹窄血管遠(yuǎn)端血供，降低死亡率和再次血運重建風(fēng)險[8]。對于經(jīng)充分抗心力衰竭藥物治療后，心功能仍在3級及以上的竇性心律患者可考慮心臟再同步化治療（Cardiac Resynchronization Therapy，CRT）。CRT通過心臟起搏增加左室舒張期充盈時間, 改善傳導(dǎo)異常, 恢復(fù)左右室及心室內(nèi)電機械同步運動，調(diào)節(jié)左心室收縮功能，延緩心室的病理性重構(gòu)[9]。心臟移植治療作為終末期心力衰竭的有效治療手段，因供體缺少、價格昂貴及移植排斥等因素，臨床應(yīng)用受到一定限制。

3 MSCs治療心梗后心衰

MSCs是中胚層來源的干細(xì)胞，具有在適宜的條件下歸巢到損傷部位分化成血管、 脂肪、 神經(jīng)、 軟骨、 骨等多個胚層組織細(xì)胞分化的潛能，具有抗炎、 免疫調(diào)節(jié)、 營養(yǎng)作用及自我更新和增殖能力。MSCs可以從骨髓、腦、肝臟、腎臟、臍帶血、臍帶、胎盤、動員外周血、脂肪組織、牙髓、甚至胎兒肝臟和肺組織體外培養(yǎng)擴增獲得[10]。不同來源的MSCs不表達(dá)或低表達(dá)造血細(xì)胞表面標(biāo)記物CD14、CD33、CD34和與移植排斥相關(guān)的細(xì)胞表面標(biāo)記物CD80、CD86、CD40、CD25，使其產(chǎn)生免疫耐受，用于異體間移植也不引起免疫排斥反應(yīng)[11]。

3.1 MSCs治療心梗后心衰的機制探討

3.1.1 分化成心肌細(xì)胞

移植入體內(nèi)的MSCs可以歸巢到損傷的心肌組織部位，并可根據(jù)微環(huán)境的不同分化表達(dá)肌球蛋白、肌動蛋白和肌鈣蛋白等一系列心肌標(biāo)志物[12]。2001年，Orlic[13]等人發(fā)現(xiàn)自體的小鼠骨髓干細(xì)胞移植于受損心臟可以分化為心肌細(xì)胞，為干細(xì)胞移植治療心梗后心力衰竭奠定了基礎(chǔ)。Zhang[14]等研究發(fā)現(xiàn)，臍血MSCs移植組缺血區(qū)的未成熟心肌細(xì)胞數(shù)量顯著高于對照組，證實MSCs可促進心肌細(xì)胞再生。但近年來有研究[15]發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞移植3周后存活率極低，然而在移植6個月后心功能仍在不斷改善，提示干細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞并不是干細(xì)胞發(fā)揮作用的主要機制。

3.1.2 促進血管生成和血管新生

MSCs可以促進內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、發(fā)芽和遷移，形成血管樣的結(jié)構(gòu)，還可分泌各種細(xì)胞因子促進血管再生。有研究顯示將MSCs注射入心肌缺血的大鼠模型中，心肌梗死邊緣區(qū)有毛細(xì)血管形成，心肌梗死面積縮小，說明MSCs通過促進血管生成達(dá)到改善心肌缺血狀態(tài)。DANIELI P等[16]利用基因芯片技術(shù)檢測到MSCs可分泌VEGF、堿性纖維細(xì)胞生長因、胰島素樣生長因子、促血小板生成素及血小板源性生長因子-BB等，這些細(xì)胞因子均有促進血管生成的作用。Tang[17]等研究顯示，自體移植MSCs后，VEGF和堿性成纖維細(xì)胞生長因子表達(dá)量較對照組明顯增多，移植2周后新生毛細(xì)血管的密度高于對照組。

3.1.3 旁分泌機制

研究顯示MSCs主要通過旁分泌機制改善心功能[18]。其中外泌體在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。MSCs分泌的外泌體是包含了特異性蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、復(fù)雜RNA的直徑為30-120nm的微小膜泡,可參與細(xì)胞間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及物質(zhì)運輸,具有促進血管生成作用[19]。在心肌缺血/再灌注損傷模型中，外泌體可以減少心肌梗死的面積，改善再灌注損傷。低氧誘導(dǎo)因子-1（Hypoxia Inducible Factor-1,HIF-1α）普遍存在人體細(xì)胞內(nèi)，常氧條件下HIF-1蛋白很快被細(xì)胞內(nèi)氧依賴性泛素蛋白酶降解途徑所降解，只有在缺氧條件下HIF-1才可穩(wěn)定表達(dá)。Hernan[20]等研究顯示細(xì)胞缺氧時HIF-1α蛋白水平提高，過表達(dá)的HIF-1α能夠增強MSCs外泌體分泌，從而促進血管生成，改善缺血癥狀。外泌體不僅可以誘導(dǎo)新生血管形成，抑制細(xì)胞凋亡，還可通過抑制心肌細(xì)胞炎性因子表達(dá)、限制梗死區(qū)炎性細(xì)胞浸潤減輕炎癥損傷[21]。

3.1.4 抗炎及減輕氧化應(yīng)激

心肌梗死后引發(fā)心肌缺血損傷，激活一系列炎癥因子，包括TNF-α、白細(xì)胞介素及C反應(yīng)蛋白等，加重心肌損傷。此外CHF病人預(yù)后的獨立預(yù)測因素活性氧簇在血管重塑、動脈血管的損傷、心肌缺血/再灌注損傷中發(fā)揮重要作用。在細(xì)胞缺氧條件下，MSCs可分泌超氧化物歧化酶、 谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶，這些酶可以對抗活性氧簇，減輕心肌細(xì)胞及血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激損傷[22]。

3.1.5 線粒體轉(zhuǎn)移機制

缺血-再灌注損傷可能會導(dǎo)致線粒體受損，影響細(xì)胞能量代謝，使心肌產(chǎn)能減少，收縮性減弱。心衰發(fā)生后，代償性的過度肥大的心肌內(nèi)線粒體含量相對不足，肥大心肌內(nèi)的線粒體氧化磷酸化水平降低加快了CHF的進展。Lin等[23]發(fā)現(xiàn)MSCs可以將自己的線粒體轉(zhuǎn)移到受損細(xì)胞中，改善受損細(xì)胞的氧化磷酸化水平。曾有應(yīng)用線粒體轉(zhuǎn)移的臨床試驗[24], 研究納入5位心肌缺血再灌注損傷的患兒通過自體來源的線粒體移植后,4位患兒的心功能明顯改善，證實MSCs的線粒體轉(zhuǎn)移機制在恢復(fù)缺血細(xì)胞的氧化磷酸化過程發(fā)揮重要作用。

3.2 MSCs移植的療效及安全性

許多動物實驗證明MSCs在治療缺血性心力衰竭具有一定療效，為干細(xì)胞的臨床試驗奠定了基礎(chǔ)。2001年，德國Strauer[25]等首次用MSCs在PTCA治療過程中經(jīng)冠脈移植治療心梗取得成功。SH Kim等[26]關(guān)于MSCs治療臨床研究中，14例接受MSCs冠脈內(nèi)注射的心肌梗死患者并未出現(xiàn)嚴(yán)重過敏及惡性心律失常等不良反應(yīng)，同時證實干細(xì)胞治療組和對照組相比LVEF有所改善。國內(nèi)田洪榛[27]等通過經(jīng)冠狀動脈移植MSCs治療缺血性心力衰竭指出，隨訪18個月內(nèi)移植組左室功能改善，左室重構(gòu)減慢，甚至2年后活動耐量仍有所提高，且無明顯不良并發(fā)癥。Zhao XF等[28]將臍帶MSCs通過冠狀動脈內(nèi)移植入30例心衰患者體內(nèi)，隨訪6個月與對照組相比左室射血分?jǐn)?shù)、6分鐘步行距離明顯改善，再入院率下降。上述臨床實驗證實MSCs移植出現(xiàn)急性輸注毒性反應(yīng)、感染、惡性腫瘤、心律失常等不良事件的發(fā)生率并沒有增加，確定了細(xì)胞治療的安全性。

3.3 MSCs移植途徑

移植途徑包括冠脈內(nèi)注射、靜脈內(nèi)注射、冠脈竇逆行注射及心肌內(nèi)注射。經(jīng)冠脈內(nèi)注射MSCs可以經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞遷移到損傷組織，但發(fā)生動脈栓塞和支架內(nèi)再狹窄的幾率增高。靜脈內(nèi)注射安全無創(chuàng)，許多臨床試驗也證明此種方法可行，但有研究顯示干細(xì)胞注射后心臟檢測到干細(xì)胞極少。冠狀竇逆行注射適用于冠狀動脈嚴(yán)重狹窄病變或室壁薄的患者，保證了安全性，并且注射時短暫的阻塞不會導(dǎo)致嚴(yán)重缺血。心肌內(nèi)注射包括心內(nèi)膜心肌注射和心外膜心肌注射。經(jīng)心外膜注射適用于開胸手術(shù)的患者。經(jīng)心內(nèi)膜心肌注射與心外膜注射相比創(chuàng)傷小，都能將干細(xì)胞注射到心肌梗死部位。

4 總結(jié)

越來越多臨床試驗證明MSCs治療缺血性心力衰竭具有顯著療效, 在臨床應(yīng)用中被寄予很大希望。目前絕大多數(shù)研究隨訪時間多在兩年，隨著時間的延長，干細(xì)胞治療的優(yōu)勢是否依然存在，是否會出現(xiàn)不良反應(yīng)尚未可知。同時干細(xì)胞移植時間、移植途徑、給藥劑量等尚未有明確標(biāo)準(zhǔn)，限制了其臨床應(yīng)用。由于對同一患者不同疾病階段采用不同給藥劑量、給藥途徑、治療頻次都會影響治療效果，因而未來干細(xì)胞治療策略應(yīng)該側(cè)重于個體化。精心設(shè)計的、大規(guī)模的、隨機雙盲的臨床研究有助于充分認(rèn)識干細(xì)胞治療心梗后心衰的潛力。