骨髓間充質(zhì)干細胞治療缺血性心臟病的研究進展

馬 莎(綜述)，王玉璟(審校)

(1.長江大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，湖北荊州434000;2.長江大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院科教科，湖北荊州434000)

缺血性心臟病是心血管疾病死亡的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，缺血性心臟病導(dǎo)致心臟梗死區(qū)大量心肌細胞丟失，最終由纖維組織替代［1］。心肌組織中殘留少量具有擴增能力的心肌細胞［2］，另外心臟外干細胞具有有限擴增分化能力［3］，心臟梗死區(qū)的心肌細胞在一定程度上具有再生性代償能力。然而，此類細胞的代償如不采用有效的干預(yù)措施，將無力扭轉(zhuǎn)心功能衰竭的進展趨勢。當前的干預(yù)手段主要有藥物、介入和外科手術(shù)治療等，但都難獲得滿意的治療效果［4］。曾有學(xué)者研究使用健康細胞移植術(shù)取代損傷、壞死心肌細胞治療缺血性心臟病，如將成纖維細胞、骨骼肌成肌細胞、原代培養(yǎng)的心肌細胞注射在心肌缺血區(qū)，進行實驗性治療［5］，取得了一定效果。骨髓內(nèi)也存在具有分化功能的骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)，在特殊的誘導(dǎo)分化條件下能分化成多種細胞類型，包括骨、肌肉、心肌細胞以及血管內(nèi)皮細胞。近年來，BMSCs移植成為治療缺血性心臟病研究的熱點，且間充質(zhì)干細胞因取材方便、免疫排斥性低、多向分化性、不涉及倫理道德問題等優(yōu)點更是引起了廣大學(xué)者的廣泛關(guān)注［6］，BMSCs移植已成為治療缺血性心臟病研究的熱點。

1 BMSCs的概述

BMSCs是一群來源于中胚層的多能成體干細胞。現(xiàn)有研究表明，BMSCs存在于多種組織與器官中，它們在適當?shù)臈l件下可以誘導(dǎo)分化為心肌細胞、成骨細胞、軟骨細胞、肝臟細胞等，因此已有學(xué)者關(guān)注它對心肌梗死、肝衰竭和糖尿病等的治療［7］。BMSCs與造血干細胞不同，能特征性的表達CD29、CD44、CD71、CD90、CD105、CD106、CD120a、CD124、SH2、SH3、SH4［8］，CD34和CD45表達陰性，且在培養(yǎng)過程中呈貼壁生長。BMSCs可在人類白細胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)不相容的個體之間移植，證實了BMSCs的臨床應(yīng)用。目前有研究發(fā)現(xiàn)心肌BMSCs移植心功能改善只是短暫的，長期并不能改善整個心臟功能，但可以提高局部心肌收縮功能和改善心室重構(gòu)［9］。有研究轉(zhuǎn)染了端粒酶基因的BMSCs，能恢復(fù)端粒酶的活性，擴大了細胞的生命周期，因此增加BMSCs端粒酶活性是一種很有潛力的治療策略。但是，轉(zhuǎn)染端粒酶基因的BMSCs在體外擴增卻可導(dǎo)致基因不穩(wěn)定和細胞轉(zhuǎn)化［10］。骨髓原始間充質(zhì)干細胞是骨髓基質(zhì)干細胞，對骨髓中的造血干細胞不僅有機械支持作用，還能分泌多種生長因子(如白細胞介素6、白細胞介素11、白血病抑制因子、巨噬細胞集落刺激因子及干細胞因子等)來支持造血。

2 BMSCs移植技術(shù)

目前干細胞移植的臨床試驗中所采用的移植技術(shù)包括開胸直接注射移植技術(shù)、導(dǎo)管介入移植技術(shù)和骨髓干細胞動員及經(jīng)靜脈途徑。但各種技術(shù)并沒有達到理想的效果。開胸直接注射移植技術(shù)增加移植細胞優(yōu)先遷移和定居到心肌缺血的部位，局部濃度高，效果確切。本方法適合于行冠狀動脈旁路移植術(shù)的患者，不適于單獨使用。導(dǎo)管介入移植技術(shù)要求具備一定的導(dǎo)管設(shè)備和技術(shù)水平，費用較高，不適合在基層醫(yī)院推廣。至今已完成的國內(nèi)外幾組小樣本的臨床試驗［11］，初步證實在心肌梗死發(fā)生后早期，經(jīng)冠狀動脈內(nèi)骨髓干細胞移植可以改善患者的心功能。經(jīng)靜脈途徑方法簡單易行，可能造成其他器官栓塞。有研究表明，急性心肌梗死可募集外周循環(huán)血BMSCs，直達損傷部位［12］。用細胞因子動員BMSCs的可行性已在急性心肌梗死動物模型及臨床急慢性心肌缺血患者中得到驗證。

3 BMSCs移植改善心功能機制

近年來，動物實驗和臨床研究均證實，BMSCs移植可以減少梗死面積，限制梗死后心室重構(gòu)，增加左心室厚度和順應(yīng)性，心功能得到改善。但迄今為止BMSCs治療缺血性心臟病的機制仍未充分闡明，一方面仍未完全了解BMSCs的生物學(xué)特性，另一方面體內(nèi)微環(huán)境的作用相當復(fù)雜。目前認為其可能的機制如下:①BMSCs誘導(dǎo)分化為心肌細胞;②BMSCs可促進血管新生，改善心肌血液供應(yīng);③BMSCs的旁分泌作用;④抑制心室重構(gòu);⑤免疫調(diào)節(jié)作用。

4 BMSCs聯(lián)合治療

4.1 BMSCs聯(lián)合細胞因子治療 BMSCs向缺血心肌區(qū)域的歸巢、分化及旁分泌作用受到多種細胞因子的調(diào)節(jié)，聯(lián)合細胞因子治療可加強BMSCs移植的效果。已有研究表明，BMSCs聯(lián)合干細胞因子/趨化因子受體4、粒細胞集落刺激因子、促紅細胞生成素、胰島素樣生長因子等來治療缺血性心臟病，可明顯改善心肌功能和促進缺血區(qū)血管形成。吳賢仁等［13］用異丙腎上腺素制作大鼠心肌梗死模型，聯(lián)用粒細胞集落刺激因子和辛伐他汀活化BMSCs，結(jié)果顯示動員組的壞死心肌比例、心肌瘢痕面積均小于對照組，而缺血區(qū)血管密度大于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

4.2 BMSCs聯(lián)合基因治療 近年來研究提示，轉(zhuǎn)入有關(guān)基因的BMSCs治療心肌梗死可能是提高干細胞療效的新策略。對BMSCs進行基因修飾是基因治療的很有吸引力的方法。王曉艷等［14］探討了人堿性成纖維細胞生長因子(hman basic fibroblast growth factor，hbFGF)基因聯(lián)合干細胞移植治療心肌梗死的機制及效果。制備、抽提、純化質(zhì)粒Pd-bFGF。通過冠狀動脈內(nèi)給藥方式灌注hbFGF基因到梗死部位。將20個模型動物隨機分為4組:干細胞+hbFGF基因治療組(A組，n=6);hbFGF基因治療組(B組，n=6);干細胞治療組(C組，n=4);心肌梗死對照組(D組，n=4)。通過冠狀動脈造影、免疫組化計數(shù)及超聲心動圖觀察梗死區(qū)血管計數(shù)、Rentrop分數(shù)、左心室射血分數(shù)值、梗死面積等指標來評估hbFGF基因聯(lián)合干細胞治療急性心肌梗死的療效。結(jié)果顯示，A組、B組、C組均有促血管新生及心功能改善作用，A組的作用最強。因此認為，基因聯(lián)合干細胞移植是治療缺血性心臟病的有效方法。雷瑩等［15］研究了抑癌基因沉默對BMSCs生物學(xué)性狀的影響，并觀察了其在心肌梗死區(qū)域的存活和增殖情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PTEN基因沉默能有效促進BMSCs的增殖，促進蘇氨酸激酶途徑而使Bcl-2蛋白表達增多，從而抑制細胞凋亡，增強細胞對缺血缺氧的耐受能力。體內(nèi)實驗也證實，PTEN基因沉默的BMSCs更容易在心肌梗死區(qū)域存活和增殖，為干細胞移植治療心肌梗死提供了新的思路。

5 我國BMSCs治療缺血性心臟病的研究

5.1 基礎(chǔ)研究 宋曉蓉等［16］結(jié)扎新西蘭兔左冠狀動脈造成心肌梗死模型，2周后將自體BMSCs注射至梗死心肌周邊區(qū)域，細胞移植2、4周后，經(jīng)多普勒超聲心動圖檢測顯示，BMSCs組左心室射血分數(shù)、左心室短軸縮短率均明顯高于僅注射等量培養(yǎng)基的對照組。移植8周后病理學(xué)檢查見BMSCs存活于梗死區(qū)域中，并能表達心肌細胞特異性標志，瘢痕區(qū)毛細血管密度增加。李紅敏等［17］結(jié)扎雌性大鼠左冠狀動脈前降支造成心肌梗死模型，于1 h后將雄性大鼠BMSCs注入梗死區(qū)域心外膜下，應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)檢測1、3和6周移植后的細胞存活率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分別為7.88%、7.82%和8.73%。因此認為，BMSC可以在心肌梗死區(qū)域長期存活并參與受損心肌修復(fù)，移植1周后存活數(shù)量不再進行性減少，至6周左右均約8%。

5.2 臨床研究 近年來，我國一些醫(yī)院都開展了相關(guān)的臨床研究。楊水祥等［18］對急性心肌梗死患者進行經(jīng)皮冠狀動脈介入治療同時注入自體BMSCs，移植前1周經(jīng)皮下注射粒細胞集落刺激因子進行干細胞動員，外周血采集BMSCs經(jīng)純化后由球囊導(dǎo)管注入梗死區(qū)域相關(guān)血管，結(jié)果顯示梗死面積減少，冠狀動脈造影顯示無嚴重的血管病變。王建安等［19］選擇冠心病患者和慢性心力衰竭患者進行小樣本BMSCs移植，觀察到類似的結(jié)果。李占全等［20］對急性心肌梗死也進行了BMSCs相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)BMSCs移植組收縮末容積明顯減少，左心室射血分數(shù)明顯增加，與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

6 展望

目前，干細胞治療缺血性心臟病的臨床應(yīng)用尚處在初級階段，還有許多問題需要解決，BMSCs移植目前仍面臨著移植效率低，細胞分選純化困難，移植方式有待優(yōu)化等問題，干細胞在體內(nèi)的分化及作用的具體機制仍有待進一步研究。BMSCs治療缺血性心臟病已初步顯示了其臨床應(yīng)用效果［21］，基礎(chǔ)研究的不斷深入，與基因及細胞因子聯(lián)合治療為其提供了更廣闊的發(fā)展前景。BMSCs日益成為細胞移植、組織工程和基因工程研究的焦點［22］，使用具有多能分化性和增殖能力等特征的BMSCs進行再生治療，已成為再生醫(yī)學(xué)研究中最受關(guān)注的課題。隨著對BMSCs研究的深入，更多臨床應(yīng)用的開展，必將對缺血性心臟病的治療帶來新的希望。

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