心臟干細胞移植治療缺血性心臟病的研究進展*

李玲綜述，石蓓審校

心臟干細胞移植治療缺血性心臟病的研究進展*

李玲綜述，石蓓審校

缺血性心臟病患者往往死于心力衰竭（心衰），而目前對于難治性心衰最好的治療方法是心臟移植。但隨著干細胞和祖細胞在再生潛能治療和預(yù)防心衰方面的深入研究，心臟干細胞移植有望成為治療缺血性心臟病最理想的方法。本文旨在對心臟干細胞移植治療缺血性心臟病的研究現(xiàn)狀及所面臨的問題進行綜述。

心臟干細胞；缺血性心臟病；干細胞移植

目前用于缺血性心臟病治療的細胞主要包括胚胎干細胞、誘導(dǎo)的多潛能干細胞、骨髓源干細胞/祖細胞（如間充質(zhì)干細胞、內(nèi)皮祖細胞、單個核細胞以及以細胞抗原標記命名的細胞，如CD34+細胞、CD133+細胞等）和心臟干細胞等[1-3]。由于存在倫理學(xué)爭議，無法控制增殖能力及異體免疫原性等原因胚胎干細胞及誘導(dǎo)的多潛能干細胞僅用于基礎(chǔ)研究，而其它幾種骨髓源性的干/祖細胞由于分離、純化技術(shù)成熟、低免疫源性及多向分化能力被廣泛用于心肌再生治療[4]，也是目前主要的臨床研究對象[5，6]。但最新的研究發(fā)現(xiàn)心臟干細胞因其具有組織特異性和專一性，在用于心臟再生治療中更具優(yōu)勢。有研究表明心臟干細胞與間充質(zhì)干細胞相比，心肌梗死后注射同等劑量的兩種細胞到梗死邊緣區(qū)，發(fā)現(xiàn)前者的作用效果顯著優(yōu)于后者[7]。

1 心臟干細胞的發(fā)現(xiàn)及來源

2002年，Hierlihy等[8]報道了心臟組織中有一群具自我更新及多向分化能力的干細胞，并命名為心臟干細胞，推翻了心肌細胞不能再生的觀念。然而心臟干細胞的來源問題仍是眾多學(xué)者一直關(guān)注且存在爭議的一個問題。一項性別錯配心臟移植的研究發(fā)現(xiàn)，部分心臟干細胞表現(xiàn)骨髓系表型，提示心外來源的循環(huán)干細胞遷移到心臟是心臟干細胞的重要來源之一[9]；但仍有大部分研究者認為心臟干細胞來源于胚胎時期就存在于心臟中的內(nèi)源性細胞。從細胞生物學(xué)的理論可知供體和受體起源的原始細胞都可表達干細胞表面抗原，如c-kit、Sca-1和多藥耐藥基因1(MDR1)。c-kit+細胞從胎兒生命開始便遷移到卵黃囊、肝和其他器官，這些器官表達干細胞生長因子(一種c-kit受體的配基)。故有理由相信，這些干細胞樣細胞從胎兒期開始就出現(xiàn)在心臟中。Eberhard等[10]將增強型綠色熒光蛋白基因引入克隆回顧分析胚胎的囊泡轉(zhuǎn)換階段的實驗就明確了成熟心肌起源于心內(nèi)，排除了身體其他器官干細胞在成人生理狀態(tài)下遷移到心臟分化為心肌的可能性。

2 心臟干細胞/心臟祖細胞的分類

不少研究者認為心臟干細胞即心臟祖細胞，實際上

心臟干細胞和心臟祖細胞有著很嚴格的區(qū)別：心臟干細胞能形成單克隆、自我更新，并分化為三種主要的心臟細胞類型，即心肌細胞、血管平滑肌細胞和血管內(nèi)皮細胞；心臟祖細胞是一種未成熟的但已經(jīng)定向分化的心臟細胞，它能增殖分化為前體細胞，這些前體細胞能分化為三種主要心臟細胞類型中的一種（心肌細胞、血管平滑肌細胞或血管內(nèi)皮細胞），分化成的細胞類型取決于其祖細胞的性質(zhì)。目前的研究普遍接受c-kit是心臟干細胞分子標志，而Sca-1、MDR1以及轉(zhuǎn)錄因子Nkx2.5和Islet-1則是心臟祖細胞的分子標志，但彼此又存在交集。其分類如下：①c-kit+細胞 ：它是最早被發(fā)現(xiàn)的心臟干細胞，以表達c-kit為特征，同時也表達Sca-1和MDR1。c-kit+心臟干細胞表達許多譜系標記，如GATA-4，GATA-5，Nkx2.5和MEF2，而不表達骨骼肌系、血細胞系及神經(jīng)系的表面標記。目前研究發(fā)現(xiàn)c-kit+心臟干細胞包括2種不同亞群，即肌源性和血管源性[11]。前者主要表達c-kit，定居于成熟心肌細胞間的肌細胞小生境中，主要分化為心肌細胞，后者表達c-kit和內(nèi)皮細胞標志物KDR，存儲于血管壁的血管小生境中，主要分化為內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞。2種心臟干細胞在體外均能特異分化為心肌細胞、內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞，但肌源性心臟干細胞分化為肌細胞數(shù)是血管源性心臟干細胞的6倍，血管源性心臟干細胞分化為平滑肌細胞數(shù)是肌源性心臟干細胞的6倍，內(nèi)皮細胞數(shù)是肌源性心臟干細胞的5倍[12]。②Sca-1+細胞：它不同于c-kit+細胞，并不表達Nkx2.5和編碼肌小節(jié)蛋白基因，但表達心臟結(jié)構(gòu)基因(如肌球蛋白重鏈)和其他心臟源性轉(zhuǎn)錄因子，如GATA-4，MEF-2C和TEF-l。在體外或體內(nèi)具有克隆、增殖及多向分化能力。③側(cè)群細胞 ：該細胞起初在一些成年器官（如骨骼肌、骨髓、肝臟等）發(fā)現(xiàn)，是一群具有多能分化潛力的祖細胞。后來在心臟組織中也發(fā)現(xiàn)了這類細胞，且認為Abcg2是心臟側(cè)群細胞表型的決定因素，其具有干細胞樣活性和心肌分化潛能。④Cardioblast細胞 ：以轉(zhuǎn)錄因子Islet-1表達為特征的一類細胞。在新生的嚙齒類和人類心臟中，發(fā)現(xiàn)心臟干細胞并不表達c-kit 和Sca-1，而是通過表達轉(zhuǎn)錄因子Islet-1來辨別它們。它們也表達那些在心臟發(fā)生早期出現(xiàn)的因子如Nkx2.5、GATA-4。但Islet-1+細胞稀少，到目前為止只有在新生兒的組織中才能被檢測到。⑤心球和心球衍生細胞：從心臟組織分離培養(yǎng)后形成的成簇聚集的細胞團，稱之為“心球”，由多種心臟干細胞混合組成，其中c-kit+心臟干細胞為心球核心，周圍環(huán)繞CDl05+支持細胞及豐富的IV型膠原。心球經(jīng)過傳代擴增后獲得的細胞單層稱為心球衍生細胞。二者均具有突出的克隆性和多向分化潛能[13]。⑥其他亞群：除上述幾種細胞亞群外，在人體心耳組織中存在一種ALDH+的心臟干細胞群。它是一種非骨髓或外周來源的固有心臟干細胞群，具克隆性以及較心球衍生細胞更高的心肌分化潛能。而在成年哺乳動物心外膜也有一種干細胞，即心外膜衍生細胞。但該細胞的分化潛能目前存在爭議，Zhou等[14]研究認為小鼠心肌梗死后心外膜衍生細胞并不分化為心肌或內(nèi)皮細胞，其修復(fù)損傷心肌可能是通過旁分泌機制。

3 心臟干細胞移植治療缺血性心臟病的研究進展

3.1 移植療效

心臟干細胞是目前公認的用于心臟再生治療較理想的干細胞。研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死后注射心臟干細胞到梗死心臟，可促進血管發(fā)生，心肌再生，提高心功能。向免疫缺陷大鼠心肌梗死邊界區(qū)注射人心臟干細胞，可在心肌壁中央?yún)^(qū)形成有活力的心肌，包括心肌再生和血管發(fā)生，從而改善心臟功能[15]。臨床研究也得到類似結(jié)果，SCIPIO試驗的研究者將自體來源的心臟干細胞經(jīng)冠狀動脈輸入缺血性心肌病患者的心臟，4個月后發(fā)現(xiàn)患者的左心室射血分數(shù)顯著提高[16]，但SCIPIO是一項小規(guī)模的隨機公開標簽試驗，帶有較強的主觀性，其試驗結(jié)果還需進一步驗證。且也有研究發(fā)現(xiàn)，將從小鼠心臟分離出的心臟干細胞注入到小鼠心肌梗死的心臟中，通過體內(nèi)心臟干細胞活體動物光學(xué)成像監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，心肌內(nèi)注射供體干細胞者急性死亡，更重要的是，與心肌梗死小鼠注射用生理鹽水者相比，心臟干細胞的移植未能表達任何對心臟功能有所改善的作用[17]。目前對心臟干細胞應(yīng)用于臨床還存在著爭議，有待細胞生物學(xué)對其機制的進一步研究，但干細胞療法仍然是今后研究的熱點，也是未來治療缺血性心臟病的趨勢所在。

3.2 移植方法

為了讓移植細胞發(fā)揮其最大的效能，移植方法的選擇也至關(guān)重要。目前，心臟干細胞移植方法主要有兩種，一是經(jīng)冠狀動脈內(nèi)輸入，二是直視下心肌內(nèi)注射。前者因其操作相對簡單、創(chuàng)傷較小、移植后分布較均勻等特點已成為目前應(yīng)用較多、移植效果較好的移植方法，但因其有發(fā)生血栓栓塞的風(fēng)險，使其應(yīng)用有一定局限性；而直視下心肌內(nèi)注射可避免栓塞風(fēng)險，同時也避免了細胞的流失，提高了移植效率，是目前動物實驗用得最多的一種移植方法，但其創(chuàng)傷大，臨床應(yīng)用局限。上述兩種移植方法各有利弊，但用于臨床仍有較大的局限性，而尋求一種安全、有效的移植方法將成為今后努力的方向。

3.3 移植細胞類型

不同的亞群細胞有著不同的表型特征和分化潛能，哪一類型心臟干細胞的心肌修復(fù)能力最強，最適合用于缺血性心臟病的治療是需要明確的。研究表明c-kit+心臟干細胞對心臟最具保護作用，其對心肌的修復(fù)作用最強，功能最強大[18]。 Linke等[19]的實驗也發(fā)現(xiàn)，在犬的心臟組織中c-kit+心臟干細胞所占心臟干細胞的比例最大，分化能力也是最強的。此外，Welt等[20]在犬心肌梗死6周后移植c-kit+心臟干細胞，發(fā)現(xiàn)30周后其仍能顯著抑制左室重構(gòu)、改善心功能，這說明c-kit+心臟干細胞對慢性心肌缺血也具有遠期療效。另外，以c-kit+心臟干細胞為核心的心球和心球衍生細胞可能成為最有應(yīng)用潛力的一個心臟干細胞亞群，且心球衍生細胞已被應(yīng)用于Ⅰ期臨床試驗。

3.4 移植細胞數(shù)量

細胞移植數(shù)量并不是越多越好，需要一個比較適中的量，量太多心梗后的惡劣微環(huán)境不足以支撐其較好的存活，量太少會使再生心肌細胞不足以替補已經(jīng)壞死的心肌細胞，使修復(fù)心臟的能力大打折扣。移植量的多少主要與移植方法的選擇有關(guān)，冠狀動脈輸入移植法需要的細胞量較直視下心肌內(nèi)注射移植法大，以動物實驗為例，通常前者需要1×106個細胞[21]，而后者僅需5×105個細胞[22]。而對于心球衍生細胞而言，經(jīng)冠脈移植的安全有效劑量是1×107～2.5×107[23]；經(jīng)開胸心肌內(nèi)注射移植心球衍生細胞的合適劑量為0.5×107/注射點，總量不超過1×107[24]。目前移植細胞的數(shù)量尚無統(tǒng)一標準，還需進一步探索。

3.5 移植最佳時間

細胞移植的最佳時間受多個因素的制約，主要取決于心肌梗死后的病理變化和細胞作用機制，但就目前而言，移植的最佳時間仍不清楚。原則上干細胞移植越早越好，從而可挽救更多的心肌細胞，防止心室重構(gòu)，減少瘢痕形成。但一項研究顯示，在心肌梗死后即刻、2周和4周移植胎心細胞，發(fā)現(xiàn)移植效果最佳的是2周[25]。也有研究報道稱，在梗死后4周進行心臟干細胞移植的效果較好[26]，因為此時心臟因缺血梗死后的自身修復(fù)基本結(jié)束，心臟結(jié)構(gòu)功能趨于穩(wěn)定。不同時間進行細胞移植，可能產(chǎn)生不同的臨床結(jié)果，在慢性穩(wěn)定期，可能沒有急性期惡劣的病理環(huán)境，更有利于移植細胞的存活、分化。

3.6 心臟干細胞修復(fù)心臟的機制

大量研究證實心臟干細胞移植到受損心臟后可分化為心肌細胞、內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞，通過增加功能細胞的數(shù)量來改善心功能，這支持直接分化機制。但心臟干細胞分化的心肌細胞數(shù)量是不足以替補心臟受損死亡的細胞數(shù)量，心臟功能的改善不能單純的用直接分化機制來解釋，而Chimenti等[27]的研究結(jié)果顯示，將心臟干細胞注射在大鼠心肌梗死的周邊區(qū)域后，其不僅可以直接再生為心肌，而且可通過旁分泌功能，增加血管內(nèi)皮生長因子、胰島素樣生長因子-1、肝細胞生長因子等的表達，促進血管再生。也有數(shù)據(jù)顯示心臟干細胞的旁分泌作用大于心臟干細胞的直接分化作用[28]。心臟干細胞修復(fù)心臟可能是直接分化和旁分泌機制共同的結(jié)果。

3.7 當前面臨的問題及展望

目前對心臟干細胞的研究只處于起步階段，仍存在著一些問題。①移植細胞存活率低：無論哪種類型的移植細胞都面臨著移植存活率低的問題，心臟干細胞也不例外，而少量的心臟干細胞根本不足以彌補心肌梗死所致的心臟損傷；②移植細胞增殖和分化的能力在體內(nèi)是否能長期維持，且在疾病和衰老狀態(tài)下是否能保持心源性分化潛力，目前尚未明確；③移植方法：目前使用的移植方法都有著較大的缺陷，臨床應(yīng)用局限，仍需尋求一種簡便、安全、有效的移植方法；④分離出來的心臟干細胞是否真的有區(qū)別，也許它們都是來源于一些移入到心臟中普通的干細胞, 只是分化階段不同而已，又或許像前面所說的分離出來的心臟干細胞是有區(qū)別的，且功能最強大的是c-kit+的心臟干細胞，那么又如何得到足夠數(shù)量的高純度的c-kit+心臟干細胞。要知道心臟干細胞在心臟組織中存在微乎其微。且目前對分離出c-kit+心臟干細胞的能力各家報道并不一致，分離的方法也各不相同，尚未標準化，也不夠成熟；⑤其臨床治療效果的機制還存在爭議，是再生形成新的心肌和血管，還是由于旁分泌效應(yīng)，又或者兩者都有。

雖然心臟干細胞移植治療缺血性心臟病還存在諸多問題，但它對心臟的保護作用是有目共睹的，相信隨著對其進一步地探索研究，上述問題會一一解決，心臟干細胞應(yīng)用于臨床治療指日可待。

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(編輯：常文靜)

國家自然科學(xué)基金（81360021）

563003 貴州省遵義市，遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 心血管內(nèi)科

李玲 碩士研究生 研究方向為冠心病介入治療 Email： 15387609@qq.com 通訊作者：石蓓 Email： shibei2147@163.com

R54

A

1000-3614（2015）03-0290-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.03.023

2014-07-28)

綜述