心臟干細胞研究進展

丁九陽 周播江

【摘要】自從20世紀末，心臟干細胞（Cardiac Stem Cells，CSCs）被發現并分離，以往認為的心臟細胞不可再生的傳統觀點被顛覆，心臟干細胞的價值越來越來越受到重視，許多學者開始從心臟干細胞這一新方法來治療心臟疾病。本文就CSCs的特點及應用進展作一綜述，尤其對其在心肌缺血疾病中的應用進行總結。

【關鍵詞】心臟干細胞；心肌梗死

【中圖分類號】Q2 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2015）03-0659-02

1998年，Kajstura[1]等發現心肌中有一種能夠分裂的細胞。至此，以往的心肌細胞不可再生的觀念受到置疑。2002年，Hierlihy[2]等發現這種細胞能夠自我更新及多向分化，因此將其稱為心臟干細胞。CSCs的發現使人們重新認識到心臟內環境的穩態維持。鑒于其組織特異性及其分化特點，心臟干細胞可能是心肌梗死的另一個治療方法。

1 CSCs定義

CSCs有許多不同表型，其最重要的特點為自我克隆更新及分化增殖。CSCs在不同的生長因子及環境下可以分化為心肌細胞，內皮細胞和血管平滑肌細胞等。其在維持心臟內環境動態平衡中起到重要作用。CSCs數量及功能的異常可以直接導致心臟疾病。

2 CSCs來源

CSCs在心臟中的存在甚微，約8000·20000個心肌細胞中只含有1個CSCs[3]，因此不同學者的研究結果有差異。針對CSCs的來源，目前有兩種說法已被廣大學者認同：內源性及外源性[4]。前者是指在胚胎時期就存在 于心臟中，后者指心臟以外來源的細胞在出生后定植于心臟中。心肌細胞表達Islet-1，這個標志物也是胚胎干細胞的表面標志，另外，Wu SM等從大鼠胚胎中分離出了與c-kit+ CSCs類似性質的C-Kit+/nkx2.5+細胞，且這種細胞能分化為心肌細胞[5]，這些都說明CSCs來源于胚胎時期的心臟中。而證明CSCs的外源性的最經典的實驗則是2002年的Quaini等[6]的體內性別交錯心臟移植研究，他們將女性心臟移植到男性受者，結果發現在男性宿主的女性心臟中發現Y染色體的心肌細胞，有力地證明了CSCs外源性的特點。

3 CSCs分類

根據細胞表型可以將CSCs分為三類。

3.1 c-kit CSCs： c-kit細胞是由Beltrami等[7]發現最早且研究最深入的一類。c-kit是干細胞表面標志，c-kit細胞表達c-kit與細胞分化潛能有很重要的聯系，最近有學者[8]發現在心梗患者c-kit能通過p38 MAPK通路從而促使CSCs從心肌層向梗死區遷移。同時，Li等[9]發現c-kit可以促使CSCs分化成熟。

除了關于表面標志功能的研究，對c-kit CSCs的研究也相當深入，大量體內實驗證明[10-12]外源性c-kit CSCs移植至心臟后，移植的c-kit CSCs可以分化為心肌細胞和冠狀血管，從而改善心室重構，增強心功能。

3.2 Sca-1+ CSCs：Sca-1是ly-6（淋巴坑原6）家族中的一員，是造血干細胞的一種表面標志，另外，還表達CD31與CD38.Sca-1+ CSCs與心肌細胞共培養時可分化為功能性心肌細胞。移植心梗小鼠Sca-1+ CSCs可通過旁分泌VCAM-1（血管細胞粘附分子-1）、VEGF（血管內皮細胞生長因子）和向心肌分化等途徑來改善心功能[13]。敲除sca-1基因可造成小鼠心臟功能障礙，影響c-kit+ CSCs增殖能力[14]。

3.3 側群細胞（SP CSCs，side population CSCs）：早在2002年由Hierlihy[2]等首次報道。其表達ABCG2（ATP-binding cassette G2）轉運蛋白，表現為低的Hoechst33342熒光特性，因此可用流式細胞儀分選獲得，用此方法已經從許多哺乳動物如鼠、人類等分離獲得。體外培養證實SP CSCs可以自我更新及分化為心肌細胞[15]。SP CSCs包括許多類型細胞：血管內皮細胞、平滑肌細胞和骨髓間充質細胞[16]。

4 CSCs的分化與調節

CSCs分化成心肌細胞的過程需要許多因素調節，例如細胞因子、激素、藥物和細胞內轉錄因子。

4.1 細胞內轉錄因子

Di Felice[17]等發現CSCs的分化需要GATA4、ATF2（adaptive transversal filter2）、NKX2.5和MEF2的表達。腫瘤生長因子（TGF-β，tumor growth factor-β）與骨髓形態發生蛋白（BMP-2，Bone morphogenetic protein-2）與CSCs表面受體結合介導GATA4、ATF-2與MEF2的表達，從而刺激CSCs終末分化[18]。另外，阿片類荷爾蒙可調節GATA4與NKx2.5的表達，通過蛋白激酶K通路來介導CSCs的分化。

4.2 藥物與激素

Ventura[19]等發現催產素可刺激CSCs分化。5-氮胞苷可共價結合轉甲基酶從而促使CSCs的終末分化[20].因此，這些刺激物均可用于CSCs的促分化成心肌細胞。

4.3 骨形態發生蛋白（BMP）

BMP是一個蛋白家族，它在胚胎發育過程中有著重要作用，其調節胚胎細胞向心臟細胞的轉化且能促使CSCs向心肌細胞分化。Van等[21]研究證實體外培養CSCs中加入BMP可促使向心肌細胞分化，說明BMP在CSCs分化中的重要作用。

5 CSCs移植

目前動物試驗大多采用骨髓間充質干細胞來代替CSCs來進行移植，也取得了較好的效果[22]。目前CSCs應用于臨床還有許多難題，CSCs獲得，分化誘導，臨床試驗等許多方面[23]。雖然動物移植試驗取得了良好效果，但真正移植入梗死心肌的CSCs的存活及分化數量上仍然很低。因此必須找到刺激CSCs分化擴增的因子。Torella[24]等發現胰島素樣生長因子（IGF-Insulin like growth factor）可以在體內刺激CSCs分化。骨膜蛋白可刺激CSCs分化并增加心肌細胞數量從而提高心功能[25]。Urbanek[26]等發現移植的CSCs在梗死邊界區的分化能力較強，分析原因可能是由于梗死區內環境惡劣，超過了CSCs的增殖修復能力，進而影響到CSCs的遷移。所以找到更有效的藥物或因子來增強移植的CSCs的遷移及增殖能力才是首要問題。鑒于移植的CSCs的種類、數量的不確定性，因此，要把握心臟的內環境和移植入的CSCs的通信，保持完整干細胞特性這兩個審查中心[27]。

6 問題與展望

雖然在動物模型上有一定的成果。但仍然存在許多問題：（1）不同表型CSCs的分化潛能的能力大小；（2）CSCs穩態被激活的機制；（3）心臟病變時被動員的CSCs是心臟源性的還是骨髓源性的；（4）尋求最適合移植的CSCs表型細胞及適合數量。鑒于CSCs的巨大潛能，因此其應用前景應該會很廣闊。

參考文獻

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