增強基于間充質干細胞治療心血管疾病功效方法的研究進展

潘信義 (柳州市人民醫院醫療保健部一病區，廣西 柳州 545000)

心血管疾病(CVD)通常會引發冠心病、腦卒中和缺血性疾病，是全球性公共衛生問題，其死亡人數超過其他疾病〔1〕。缺血性疾病是血管異常引起組織或器官血流減少造成的，其治療通常以藥物或手術治療為主。藥物應用包括溶栓劑和消炎藥，是治療這些疾病的典型策略〔2〕。然而，這些藥物的使用可能導致意想不到的不良反應。此外，手術也有缺點，如手術并發癥和疾病復發〔3〕。雖然藥物和手術治療可以改善血管疾病的功能，但這些治療不能增強受CVD影響的周圍組織再生和功能恢復。因此，有必要制定更有效的治療CVD策略。間充質干細胞(MSCs)是從骨髓、脂肪組織、臍帶等多種組織中分離得到的，這些細胞可以分化為骨、肌肉、肌腱和脂肪組織〔4〕。此外，它們可以分泌多種細胞/生長因子，這些因子可以調節免疫反應并增加宿主細胞擴增和分化的潛力，這可能有助于修復受損組織〔5〕。因此，它們是用于組織修復和治療各種病理狀況的細胞來源，例如心肌梗死、腦卒中和外周缺血性疾病等〔6〕。對于CVD的有效治療，提高基于MSCs的治療效率至關重要。本文主要探討基于MSCs的治療在CVD中的應用，并列舉其潛在的治療機制、治療效果及增強MSCs的功能。

1 多種干細胞用于CVD治療

胚胎干細胞(ESCs)具有全能性，有能力分化為三種胚層細胞：外胚層、內胚層和中胚層。已觀察到ESCs有能力分化為功能性心臟、神經元和胰腺細胞〔7〕。ESCs分化的心肌細胞，其細胞形態和生理與成年心肌細胞相似。ESCs來源的心肌細胞能表達多種心臟特異性基因和轉錄因子，如鳥嘌呤-腺嘌呤-胸腺-腺苷結合蛋白(GATA)4和NK2同源框5(NKx2-5)〔8〕。此外，ESCs來源的心肌細胞還可通過心肌細胞特異性受體對藥物產生反應。研究發現〔9〕，在體內移植的ESCs模型改善了缺血損傷大鼠的心臟功能。ESCs治療CVD很有前景，但由于其起源、形成畸胎瘤的可能性及人體的免疫排斥，在醫學倫理上存在爭議，從而限制了其使用。

誘導多能干細胞(iPSCs)由成體細胞(如成纖維細胞)通過重新編程轉錄因子〔如八聚體結合轉錄因子(Oct)4，性別決定區Y框蛋白(Sox)2，核轉錄因子(Klf)4和原癌基因(c-Myc)〕產生，可分化為人類多種細胞類型〔10〕。iPSCs與ESCs在體內形態、表面標志物、基因表達、畸胎瘤形成等多種特征相似，具有與ESCs相同的細胞培養條件。研究表明〔11〕，在小型豬心肌梗死模型中，iPSC來源的心肌細胞可顯著改善心功能。另一項研究表明〔12〕，將iPSCs細胞片與網膜瓣技術結合可提高移植iPSCs的細胞存活率。因此，iPSCs被認為是CVD細胞治療的替代資源。與成體干細胞和ESCs相比，iPSCs的優勢在于易生成，且在CVD治療過程中免疫排斥風險較低〔13〕。此外，iPSCs還可避免用ESCs引起的倫理和免疫排斥問題。

MSCs是一種異質性的細胞群，首先在骨髓中發現，然后在其他組織中發現，包括脂肪組織和臍帶血〔14〕。MSCs能表達一組特異性表面標志物，如CD44、CD73和CD90〔15〕。在合適條件下，MSCs具有分化為成骨細胞、脂肪細胞和軟骨細胞的能力。此外，MSCs可在體外和體內分化為心肌細胞〔16〕。研究表明〔17〕，由于在主要組織相容性復合體(MHC)Ⅱ類分子中缺乏表達，而在人白細胞抗原和MHC Ⅰ類分子中存在表達，MSCs在人和動物模型中都有免疫特權。基于MSCs療法治療CVD的一個優點是這些細胞很容易從不同的組織中獲得。此外，MSCs可以在同種異體移植和異種移植動物模型中存活和分化，而沒有免疫排斥風險〔18〕。

2 MSCs在CVD中潛在治療作用

MSCs具有在體外和體內分化成不同類型細胞的能力，因此被用于CVD的干細胞治療〔19〕。與其他基于干細胞療法不同，MSCs在給藥前不需要分化為成熟細胞類型，并且細胞移植后在受損部位具有很強的歸巢能力〔20〕。Shin等〔21〕發現，靜脈注射的MSCs可特異性遷移到由缺血性損傷引起的炎癥部位，并證實心肌梗死損傷后給予MSCs可通過CD73活性增強腺苷的生成，減弱活性氧(ROS)介導的炎癥反應。Meng等〔22〕研究表明急性心肌梗死后靜脈注射MSCs可以使受損部位MSCs動員和歸巢來改善心肌功能。MSCs治療的另一個優點是同種異體細胞不會出現嚴重免疫排斥問題，MSCs的免疫調節與吲哚-2，3雙加氧酶(IDO)表達有關，通過抑制T細胞增殖和功能減弱免疫反應〔23〕。此外，MSCs可通過分泌抗炎因子減弱宿主免疫活性，并減少受損部位的炎癥反應。Dias等〔24〕在一項臨床試驗中表明同種異體和自體MSCs治療缺血性心臟病安全有效，同種異體MSCs并不刺激受體產生特異性免疫反應。

許多臨床研究已使用了MSCs，并證明它們對受損組織結構和功能恢復的顯著優勢。研究表明〔25〕，MSCs可釋放血管生成因子，通過新血管形成減輕心臟損傷并促進心臟功能恢復，但在缺血性心臟病動物模型中沒有直接作用。另一項研究表明〔26〕，在動物模型中將同種異體MSCs作用于心肌梗死周圍部位使梗死面積顯著減少且左心室容量顯著改善。此外，在動物模型中將同種異體MSCs作用于梗死心肌可增強局部收縮力和心肌血流量。MSCs治療可通過血管生成、受損區域修復和心肌功能增強顯著改善CVD癥狀。應用MSCs治療CVD是一種有前途的治療策略。然而，也有證據表明MSCs的治療并不直接作用于損傷部位〔27〕。這些結果導致了旁分泌假說，即基于MSCs的治療產生了對恢復有積極影響的區域或系統因素。

3 MSCs來源外泌體治療CVD

外泌體是由質膜和多泡內泌體形成的直徑30～100 nm的分泌囊泡，釋放到細胞外環境中。研究表明〔28〕，外泌體可能含有細胞因子、蛋白質、mRNAs、miRNAs和rRNAs。外泌體可由多種細胞釋放，包括T細胞、B細胞、肥大細胞、血小板和腫瘤細胞。例如，肥大細胞來源的外泌體增強了T細胞的增殖和分化〔29〕。從癌細胞中提取的外泌體可以將分子和遺傳信息從腫瘤細胞轉移到周圍或遠處的正常或其他異常細胞〔30〕。因此，外泌體通過將蛋白質、mRNA和miRNA轉移到附近的細胞，在生物體中誘導協調功能，對于細胞間的通訊十分重要。在MSCs來源的外泌體中，許多蛋白質已被液相色譜-質譜/質譜聯用技術檢測到，根據這些蛋白質的功能表明外泌體有可能影響許多生物學過程，如血管生成和炎癥相關通路等〔31〕，這種效果與報道的MSCs治療多種疾病的療效一致。2010年首次在心肌缺血/再灌注損傷小鼠模型中檢測到MSCs來源的外泌體，證實在心肌缺血再灌注損傷動物模型中，MSCs來源的外泌體通過腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)/雷帕雷素靶蛋白(mTOR)和蛋白激酶B(Akt)/mTOR途徑減少ROS的產生并增強自噬，減少細胞凋亡和心肌梗死面積，改善了心臟功能〔32,33〕。

miRNA是一種內源性、保守的小分子非編碼RNA，其與mRNA相互作用并與mRNA降解、翻譯抑制和基因表達調控的增強相關聯〔34〕。miRNA被認為是細胞過程的關鍵調節因子，包括增殖、分化、凋亡和代謝。研究表明〔35〕，MSCs通過外泌體miR-22靶向甲基CpG結合蛋白(Mecp)2減少細胞凋亡，在CVD中具有保護作用。另一項研究表明〔36〕，MSCs來源的外泌體中的miR-221通過抑制p53上調凋亡調節因子促進抗細胞凋亡作用，增強心臟保護作用。此外，MSCs來源的外泌體miR-21通過激活磷酸酶張力蛋白同源物和Akt途徑調節抗凋亡蛋白的抑制并增加血管生成蛋白，然后提高MSCs來源的外泌體在心肌梗死模型中的治療效果〔37〕。

研究表明〔38〕，MSCs來源的外泌體與炎癥反應的抑制有關，并可在治療上有益于CVD。據報道〔39〕，體外培養的人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)外泌體通過抑制細胞增殖，顯著促進HUVECs管的形成，降低了T細胞功能。大鼠心肌梗死模型給予的外泌體，通過改善新生血管和血流量來縮小梗死面積及保護心臟功能。此外，MSCs來源的外泌體可減輕缺血再灌注損傷后心臟炎癥反應，減少梗死面積，促進心臟功能〔38〕。

血管生成是受外泌體影響的多種過程之一，這一過程與內皮細胞的增殖、分化和遷移有關〔40〕。脂肪MSCs(AdMSCs)可產生細胞外囊泡，包括外泌體和微囊泡，其中含有豐富的促血管生成分子。AdMSCs來源的外泌體作用與體內外血管生成的潛在影響顯著相關〔41〕。AdMSCs來源的外泌體顯著增加了內皮細胞管的形成。在裸鼠模型中，經外泌體預處理的HUVECs皮下注射可促進血管生成。在缺血性心臟病小鼠模型中，AdMSCs來源的外泌體可促進梗死周圍部位的血管生成并維持心臟功能〔42〕。此外，HUVECS可以攝取MSCs來源的外泌體，從而增加內皮細胞的功能。因此，在急性心肌梗死大鼠模型中，利用MSCs來源的外泌體可以促進血流恢復，進而減輕梗死面積，保護心臟功能〔43〕。一致的研究結果表明，MSCs來源的外泌體具有促進抗凋亡、抗炎癥和新血管形成的顯著優勢，這些結果導致了MSCs來源的外泌體與CVD恢復相關的旁分泌效應。

4 天然產物增強MSCs治療CVD

干細胞治療在心肌梗死動物模型和缺血性CVD患者的心功能治療方面進展迅速〔44〕。研究表明〔45〕，骨髓MSCs的移植可增強缺血性CVD的功能恢復并減少受損部位。MSCs的細胞治療能夠通過血管生成和心肌細胞生成恢復心肌梗死后的心臟功能〔46〕。然而，MSCs移植后在受損區域的存活率較低，限制其治療效果。例如，許多成年小鼠在心臟左心室注射MSCs后1 w內死亡〔47〕，說明梗死心肌缺血微環境不利于MSCs的存活。研究表明〔48〕，植入的MSCs向心肌細胞分化可以增強急性心肌梗死患者的心臟功能。因此，移植后提高植入MSCs的存活率和分化率是細胞治療成功的重要因素。

銀杏(EGb)葉是一種天然產物，長期以來一直被用作中藥。EGb761是木樨草葉的一種提取物，已被開發并作為膳食補充劑和草藥治療使用〔49〕。研究表明〔50〕，EGb761治療可顯著減少心肌梗死小鼠模型中浸潤性炎癥細胞的數量。EGb761的干預提高了抗氧化酶、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶的活性，對MSCs移植過程中心肌梗死誘導的MSCs凋亡也有保護作用。此外，EGb761治療增加了MSCs移植后向心肌細胞分化。

速效救心丸(SJP)由四甲基吡嗪和冰片兩大成分組成，是治療急性缺血性心臟病的重要中藥〔51〕。SJP對氧化應激和血管反應活性有顯著影響，可改善血流。SJP的作用是通過Rab27(Rab家族中的一種小GTP酶)增加外泌體釋放，并控制小鼠心臟MSCs中的外泌體分泌〔52〕。此外，SJP處理的MSCs來源的外泌體下調了去甲基化酶UTX的表達，然后調節與組蛋白重構相關的H3K27三甲基化的表達水平，并最終促進小鼠心肌細胞的增殖〔53〕。

牛磺酸脫氧膽酸(TUDCA)是一種內源性親水性三級膽汁酸，以低水平存在于人體內。研究表明〔54〕，TUDCA可緩解多種疾病癥狀，包括神經退行性疾病、血管疾病和糖尿病。TUDCA治療AdMSCs可減少內質網應激的激活，從而降低細胞凋亡。此外，TUDCA治療增加了Akt磷酸化調控的細胞朊蛋白(PrPC)的表達，增加了AdMSCs的抗氧化作用。TUDCA處理的AdMSCs移植提高了小鼠后肢缺血模型的血灌注比、血管形成和移植細胞存活率〔55〕。

褪黑素是松果體內分泌的吲哚胺激素，由多種組織分泌，包括骨髓、肝臟和腸道。褪黑素能增強AdMSCs的增殖、抗氧化應激能力，并賦予其免疫調節特性，PrPC的上調促進了MSCs增殖和自我更新〔56〕。此外，褪黑素能調節AdMSCs的免疫調節作用。在小鼠后肢缺血模型中，經褪黑素預處理的AdMSCs通過減少浸潤的巨噬細胞、受影響的局部細胞和移植的AdMSCs中的細胞凋亡來改善血流灌注、保肢和血管再生〔57〕。這些結果表明褪黑素促進了缺血組織中MSCs功能和新生血管的形成。

綜上，動物實驗和臨床試驗均證明不同組織來源MSCs治療CVD的可行性、安全性和有效性，但MSCs在促進CVD移植和恢復方面的實際效果仍存在不確定性。由于MSCs具有多種功能，多種類型的MSCs被用作CVD和缺血性疾病的治療工具。然而，盡管MSCs具有很高的治療潛力，但由于其在CVD損傷區域如炎癥、氧化應激和營養限制等惡劣環境下存活率低，其應用受到限制。此外，從CVD患者中分離MSCs用作自體時，由于患者的健康狀況惡化，MSCs的功能通常會降低。因此，有必要開發一種能在病理生理條件下增強MSCs治療功效的新方法。本文提出了各種改善MSCs功能的策略，以提高其對CVD的治療效果。此外，MSCs的特征因年齡、性別、MSCs來源、MSCs衰老狀態、健康狀況和CVD分期而存在顯著差異，因此，應用適當的方法來增強患者特異性MSCs的治療潛力也很重要。