干細(xì)胞療法治療左心發(fā)育不全綜合征的研究進(jìn)展

奉偉庭，肖宜超

左心發(fā)育不全綜合征（hypoplastic left heart syndrome，HLHS）是一組先天性心臟畸形，以左心室腔縮小、主動(dòng)脈瓣口和/或左房室瓣口狹窄或閉鎖為主要特征，致死率極高，患兒猝死多發(fā)生在出生第1個(gè)月內(nèi)。目前，姑息手術(shù)和心臟移植是HLHS的兩大治療措施，但二者均存在局限；接受三期手術(shù)治療的HLHS患兒右心衰竭發(fā)生率極高，導(dǎo)致患兒遠(yuǎn)期存活率極低。目前，國內(nèi)外HLHS治療領(lǐng)域相關(guān)研究越來越多，其中干細(xì)胞療法因?qū)LHS有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值而逐漸嶄露頭角。本文主要綜述了干細(xì)胞療法治療HLHS的研究進(jìn)展，以期提高臨床醫(yī)務(wù)人員對(duì)干細(xì)胞療法的認(rèn)識(shí)。

1 HLHS的流行病學(xué)

HLHS作為最復(fù)雜的先天性心臟病類型之一，其發(fā)病率為19/10萬，其患病人數(shù)占先天性心臟病總數(shù)的1.4%～3.8%［1-2］。HLHS是新生兒出生第1年死亡率最高的先天性心臟?。?］，新生兒出生第1個(gè)月死亡率約為15%、第1周約為23%［4］。有研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞療法治療HLHS的效果與年齡呈負(fù)相關(guān)，新生兒出生第1年治療效果最佳［5］。據(jù)2019年一項(xiàng)研究統(tǒng)計(jì)，亞洲地區(qū)HLHS發(fā)病率首次高于西方國家及非洲地區(qū)［6］。

2 HLHS的臨床概況

2.1 臨床癥狀 HLHS以左心室、升主動(dòng)脈、主動(dòng)脈瓣和左房室瓣發(fā)育不良為主要特征［7］，根據(jù)主動(dòng)脈瓣和左房室瓣狹窄/閉鎖程度分為四類，即動(dòng)脈和左房室瓣均狹窄、主動(dòng)脈和左房室瓣均閉鎖、主動(dòng)脈閉鎖伴左房室瓣狹窄及左房室瓣閉鎖伴主動(dòng)脈狹窄；根據(jù)左心室大小分為三類，即狹縫狀左心室、左心室小型化、左心室增厚并伴心內(nèi)膜纖維彈性增生［8］。目前，HLHS發(fā)病機(jī)制存在兩種假說，一是血流異常導(dǎo)致左心發(fā)育不全，其實(shí)質(zhì)為左心發(fā)育不全出現(xiàn)在左房室瓣閉鎖致血流量減少之后；二是左心自身發(fā)育不全。但由于部分患兒雖存在左心發(fā)育不全，但并無明顯心血管閉鎖，故目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為左心自身發(fā)育不全是HLHS的主要發(fā)病機(jī)制［9］。

2.2 治療方法 HLHS患兒通常在出生后1周內(nèi)死亡，在1981年Norwood手術(shù)方式出現(xiàn)之前HLHS幾乎無法醫(yī)治，之后隨著研究不斷深入，臨床研究者開始利用前列腺素E2保持動(dòng)脈導(dǎo)管暢通以維持全身血供和冠狀動(dòng)脈血供［10］。雖然上述方法在短期內(nèi)能夠達(dá)到預(yù)期效果，但患兒仍難以靠此法存活較長(zhǎng)時(shí)間。為了延長(zhǎng)HLHS患兒的存活時(shí)間，心臟移植或外科三期手術(shù)是必要的［11］。經(jīng)歷三期手術(shù)的最終結(jié)果是體循環(huán)和肺循環(huán)得到分離，一期Norwood手術(shù)通常在新生兒出生第1周進(jìn)行，其目的是確保心臟能夠保持肺循環(huán)和體循環(huán)［2，11-12］，手術(shù)示意圖見圖1a。為了減少右心室負(fù)擔(dān)，通常會(huì)在新生兒出生后4～6個(gè)月進(jìn)行二期雙向Glenn手術(shù)/Hemi-Fontan手術(shù)，患兒兩歲時(shí)進(jìn)行三期Fontan手術(shù)。二期手術(shù)的目的是將上腔靜脈與右心房斷開并吻合到肺動(dòng)脈，以便血液流入肺動(dòng)脈，見圖1b；三期手術(shù)的目的是將靜脈血回流至下腔靜脈［13］，見圖1c。但一期Norwood手術(shù)并不適用于所有HLHS患兒，且其術(shù)后10年存活率僅為40%，而且行此手術(shù)患兒術(shù)前需生命體征平穩(wěn)且能夠進(jìn)行體外循環(huán)。在此背景下，GIBBS等于1993年率先報(bào)道了Hybrid手術(shù)方式（圖2），其優(yōu)點(diǎn)是能達(dá)到Norwood手術(shù)效果，且沒有手術(shù)時(shí)體外循環(huán)的生理壓力［14-15］。盡管Norwood手術(shù)存在一定缺陷，但其技術(shù)相對(duì)成熟，治療效果較Hybrid手術(shù)好［14］，而Hybrid手術(shù)目前僅用于狀態(tài)不穩(wěn)定的HLHS患兒，故患兒家屬常選擇Norwood手術(shù)而非Hybrid手術(shù)［16］。

圖1 三期手術(shù)示意圖Figure 1 Diagrammatic sketch of the three-stage operation

圖2 Hybrid手術(shù)示意圖Figure 2 Diagrammatic sketch of Hybrid surgery

3 HLHS干細(xì)胞療法

盡管近年來HLHS治療技術(shù)和護(hù)理有所進(jìn)步，心臟移植仍是目前根治HLHS的最終選擇，但接受三期手術(shù)治療的HLHS患兒心臟移植后的存活率也非常低，再加上心臟供應(yīng)和匹配困難，故延長(zhǎng)或避免心臟移植一直是臨床研究熱點(diǎn)［17］。此外，由于HLHS患兒術(shù)后右心室負(fù)荷增加及護(hù)理困難，臨床研究者迫切希望尋找一種能夠改善甚至代替外科手術(shù)和心臟移植的方法。近年隨著研究不斷深入，HLHS的發(fā)病機(jī)制已涉及細(xì)胞水平［9，18］、分子水平［9，19-21］。在此背景下，干細(xì)胞療法逐漸在HLHS治療領(lǐng)域嶄露頭角。

HLHS患兒右心室心肌肥大、血管生成和抗氧化活性增加，但仍無法適應(yīng)過度的氧化應(yīng)激，故患兒常出現(xiàn)缺血和代償性心力衰竭等癥狀，而干細(xì)胞療法可有效解決上述問題。干細(xì)胞療法主要用于改善HLHS患兒右心室功能衰竭，其機(jī)制可能與通過旁分泌途徑促進(jìn)血管生成因子生成等來促進(jìn)血管新生、增加右心室體積有關(guān)［22］。目前，可用于臨床的潛在干細(xì)胞有間充質(zhì)干細(xì)胞、臍帶血來源單核細(xì)胞、心肌球源性細(xì)胞和心臟干/祖細(xì)胞。筆者總結(jié)近5年干細(xì)胞療法治療HLHS 的相關(guān)臨床研究［4，17，23-26］，見表 1。

表1 近5年干細(xì)胞療法治療HLHS的相關(guān)臨床研究Table 1 Clinical research on stem cell therapy for HLHS in recent 5 years

3.1 間充質(zhì)干細(xì)胞 間充質(zhì)干細(xì)胞是一群位于血管周圍區(qū)域的異質(zhì)可塑性細(xì)胞，主要通過旁分泌方式分泌促血管生成因子，進(jìn)而促進(jìn)血管生成［27］。有動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)，間充質(zhì)干細(xì)胞可促進(jìn)心肌梗死后心臟重塑，改善心功能［28］；骨髓來源間充質(zhì)干細(xì)胞治療成人心力衰竭的成功嘗試提示其在HLHS干細(xì)胞療法中有巨大潛力［29-30］。為了證實(shí)間充質(zhì)干細(xì)胞治療HLHS的有效性和安全性，KAUSHAL等［17］開展了ELPIS研究，該研究是將自體骨髓來源間充質(zhì)干細(xì)胞注入10例正在進(jìn)行二期姑息手術(shù)治療的HLHS患兒心肌內(nèi)，并評(píng)估6個(gè)月后的有效性及安全性，結(jié)果顯示，HLHS患兒右心室可對(duì)骨髓來源間充質(zhì)細(xì)胞傳遞的生物信號(hào)做出反應(yīng)，從而改善右心室功能。另有研究表明，無論是自體還是異體間充質(zhì)干細(xì)胞均未產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，且可使心肌梗死面積減少33%，心功能明顯改善［31］。但需要注意的是，間充質(zhì)干細(xì)胞治療HLHS的具體作用機(jī)制尚未明確，可能與其促進(jìn)成熟的心肌細(xì)胞分化、減少炎癥/瘢痕形成、減少心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)旁分泌細(xì)胞因子及刺激自身心臟祖細(xì)胞和心肌球源性細(xì)胞增殖有關(guān)［31］。

3.2 臍帶血來源單核細(xì)胞 在臨床前研究中，臍帶血來源單核細(xì)胞主要通過分泌促血管生成因子而改善心功能，此外也可通過衍生間充質(zhì)干細(xì)胞而減輕右心室負(fù)荷［32-33］。2015年，BURKHART等［34］報(bào)道了首例使用臍帶血來源單核細(xì)胞治療的HLHS病例，其成功將自體臍帶血來源單核細(xì)胞移植到HLHS患兒右心室游離壁，隨訪3個(gè)月后患兒無嚴(yán)重不良事件發(fā)生，表明心肌內(nèi)注射臍帶血來源單核細(xì)胞安全可行。在此基礎(chǔ)上，BURKHART等［4］于2016年12月—2018年9月進(jìn)行了Ⅱ期臨床試驗(yàn)，分別對(duì)10例HLHS患兒同時(shí)進(jìn)行了二期姑息治療和心肌內(nèi)注射臍帶血來源單核細(xì)胞，進(jìn)一步證明了臍帶血來源單核細(xì)胞治療HLHS的安全性和可行性，這也為之后的Ⅱb期隨訪研究建立了基礎(chǔ)。另有類似設(shè)計(jì)的臨床研究均證實(shí)了臍帶血來源單核細(xì)胞用于治療HLHS的安全性和有效性［18，22，34］，提示臍帶血來源單核細(xì)胞可作為一種潛在的安全有效的干細(xì)胞藥品，但仍需大規(guī)模臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。

3.3 心肌球源性細(xì)胞 心肌球源性細(xì)胞是由心臟祖細(xì)胞發(fā)育而來，具有心臟修復(fù)和再生功能［35-36］。心肌球源性細(xì)胞的心臟再生和修復(fù)功能已被一系列研究證實(shí)［20，31-32，37-39］。心肌球源性細(xì)胞可在小鼠心臟內(nèi)存活16周［40］，可明顯減少心肌梗死瘢痕并改善心功能［38，41］。心肌球源性細(xì)胞的心臟再生和修復(fù)功能也在一定程度上反映了其在HLHS治療領(lǐng)域的潛力。MAKKAR等［38］于2009年5月—2010年12月開展了CADUCEUS研究，將25例心肌梗死后左心功能不全患者分為向冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射心肌球源性細(xì)胞組（試驗(yàn)組）和8例不接受治療組（對(duì)照組），隨訪6個(gè)月證實(shí)冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射心肌球源性細(xì)胞安全可行，之后的臨床試驗(yàn)也進(jìn)一步證明了心肌球源性細(xì)胞具有心臟再生功能［37］。為了證實(shí)心肌球源性細(xì)胞具有改善或治療HLHS的能力，ISHIGAMI等［24］開展了PERSEUS研究，該研究是在Ⅰ期臨床試驗(yàn)［25］的基礎(chǔ)上，將41例HLHS患兒按照1∶1分為為期3個(gè)月的心肌球源性細(xì)胞早期移植組和晚期移植組，結(jié)果證實(shí)心肌球源性細(xì)胞可改善HLHS患兒心功能，逆轉(zhuǎn)心肌重塑。上述試驗(yàn)所用的心肌球源性細(xì)胞均為同體心肌球源性細(xì)胞。為了驗(yàn)證異體心肌球源性細(xì)胞是否也有此效果，CHAKRAVARTY等［42］開展了ALLSTAR研究，該研究向心肌梗死患者冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射同種異體心肌球源性細(xì)胞，擬進(jìn)行Ⅰ期臨床試驗(yàn)及Ⅱ期臨床試驗(yàn)（療效終點(diǎn)分別為1個(gè)月和12個(gè)月），其中Ⅰ期臨床試驗(yàn)初步證明同種異體心肌球源性細(xì)胞可改善心功能，且安全可行。但ALLSTAR研究于6個(gè)月時(shí)（中期）終止，其原因是接受同種異體心球源性細(xì)胞的試驗(yàn)組在6個(gè)月時(shí)并未表現(xiàn)出心功能改善，且認(rèn)為12個(gè)月時(shí)出現(xiàn)心功能改善的可能性不大［43］。

3.4 心臟干/祖細(xì)胞 心臟干細(xì)胞指存在于胚胎和成體的全能干細(xì)胞，其也可分化為心肌細(xì)胞等，從而改善心功能［31］。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，心臟干細(xì)胞也可改善心肌纖維化［22］。雖然向心肌、靜脈和心外膜內(nèi)注射心臟干細(xì)胞的案例均被報(bào)道［44］，但其有效性仍存在爭(zhēng)議［32，45］。由心臟干細(xì)胞分化而來的心臟祖細(xì)胞也可改善心功能［32］。雖然有試驗(yàn)證明心臟祖細(xì)胞可改善小鼠心肌梗死后心功能［46］，但心臟祖細(xì)胞幾乎無分化為心肌細(xì)胞的能力，故目前推測(cè)心臟祖細(xì)胞治療HLHS的機(jī)制可能與旁分泌有關(guān)［47］。

4 小結(jié)與展望

干細(xì)胞療法在治療HLHS的潛在價(jià)值逐漸被證實(shí)，任何一項(xiàng)對(duì)HLHS有效的干細(xì)胞療法均可能具有劃時(shí)代意義［48］。但由于干細(xì)胞療法的長(zhǎng)期效果不佳及其干預(yù)機(jī)制尚不明確，其在HLHS的應(yīng)用仍存在爭(zhēng)議［49］，仍需大規(guī)模臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。

作者貢獻(xiàn)：肖宜超進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、可行性分析，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，并對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理；奉偉庭進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集、整理，并撰寫論文。

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