王紅陽(yáng)，劉家袁, 梁貴友，余麗梅

(1遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院,貴州遵義563000；2貴州省組織損傷修復(fù)與再生醫(yī)學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心)

缺血性心肌病是指由于長(zhǎng)期心肌缺血導(dǎo)致心肌局限性或彌漫性纖維化，從而產(chǎn)生心臟收縮和舒張功能受損，引起心臟擴(kuò)大或僵硬、充血性心力衰竭、心律失常等一系列臨床表現(xiàn)的臨床綜合征。目前，臨床中多采用藥物、介入手術(shù)及冠脈旁路移植術(shù)等方式對(duì)患者進(jìn)行治療，減緩疾病的進(jìn)展，一定程度改善心臟功能，然而由于心肌細(xì)胞的缺血壞死，預(yù)后多不理想。近年來(lái)，隨著對(duì)干細(xì)胞臨床研究的深入及干細(xì)胞技術(shù)的逐漸成熟，人們發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞移植可通過(guò)促進(jìn)血管新生、心肌再生及旁分泌等作用改善心功能，有望成為治療缺血性心臟病的新舉措，心臟干細(xì)胞(CSCs)的再生修復(fù)等也逐漸成為新的治療靶點(diǎn)。由于其種類較多，因此不同的干細(xì)胞治療缺血性心肌病的作用機(jī)制也不盡相同。本文就干細(xì)胞分型及其治療缺血性心肌病的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 干細(xì)胞的類型

干細(xì)胞具有自我更新和多向分化潛能，具有多種功能活性，一定條件下，可以在體內(nèi)外誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞、肝臟細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等多種功能細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能可分為全能干細(xì)胞、亞全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞及單能干細(xì)胞，因其具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，被稱為“萬(wàn)用細(xì)胞”。移植的干細(xì)胞主要包括兩大類：成體干細(xì)胞和多功能干細(xì)胞，主要包括骨骼肌成肌細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞(ESCs)、骨髓來(lái)源干細(xì)胞(BMSCs)、羊膜干細(xì)胞及CSCs等。

1.1 骨骼肌成肌細(xì)胞 骨骼肌成肌細(xì)胞是一類位于細(xì)胞膜和肌膜之間可以分化為骨骼肌細(xì)胞的起源細(xì)胞，可在創(chuàng)傷后增生、重構(gòu)肌肉組織。是目前臨床實(shí)驗(yàn)和研究中移植應(yīng)用最多的細(xì)胞之一，具有耐受缺血、缺氧環(huán)境；定向分化成具有橫紋肌特性的肌細(xì)胞；易提取、分離、培養(yǎng)和增殖等特點(diǎn)。移植后，骨骼肌成肌細(xì)胞雖不能轉(zhuǎn)分化成心肌細(xì)胞，但能與心肌細(xì)胞以合胞體的狀態(tài)結(jié)合，提高心肌的收縮力[1]。然而，Abreham等[2]研究指出移植入梗死區(qū)的骨骼肌成肌細(xì)胞只能分化成保留骨骼肌特征的心肌細(xì)胞，不能與周圍的心肌細(xì)胞形成電生理偶聯(lián)，可引起心律失常的發(fā)生。采用慢病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)將Wnt基因轉(zhuǎn)入骨骼肌成肌細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞中心肌早期標(biāo)志物相關(guān)基因NKx2.5和連接蛋白43(Cx43)以及晚期心肌標(biāo)志物相關(guān)基因α、β肌球蛋白重鏈和腦鈉尿肽mRNA表達(dá)水平升高[3]，表明轉(zhuǎn)入的Wnt基因可以促進(jìn)骨骼肌成肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為心肌細(xì)胞，轉(zhuǎn)基因的骨骼肌成肌細(xì)胞可能為缺血性心肌病治療的研究提供了新方向。

1.2 ESCs ESCs是從早期胚胎或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞，它具有體外培養(yǎng)無(wú)限增殖、自我更新和多向分化的特性。體內(nèi)外環(huán)境中，ESCs能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體所有的細(xì)胞類型。已有多項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明由ESCs分化的心肌細(xì)胞具有早期心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，在移植入心肌梗死區(qū)域后能夠與宿主心肌細(xì)胞發(fā)生偶聯(lián)，從而一定程度地改善心臟功能[4]。然而，由于移植的ESCs可能會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，且作為異體細(xì)胞，移植后也可能產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)；導(dǎo)致的心律失常和胚胎獲取也頗受倫理爭(zhēng)議，因此，嚴(yán)重影響ESCs的臨床應(yīng)用。

1.3 BMSCs BMSCs是一類存在于骨髓內(nèi)具有自我復(fù)制和多向分化潛能的成體干細(xì)胞，在一定的誘導(dǎo)條件下，能向成骨、脂肪和成軟骨等細(xì)胞方向分化，利用其貼壁生長(zhǎng)、采集容易、無(wú)免疫排斥、可自體移植、無(wú)倫理爭(zhēng)議等優(yōu)點(diǎn)，已成為臨床研究的主要干細(xì)胞。已有研究表明，向缺血性心肌病患者的受損心肌區(qū)域移植入BMSCs能夠促進(jìn)新血管生成，減輕心肌纖維化，從而改善心功能。也有報(bào)道指出粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)能夠刺激BMSCs釋放進(jìn)入外周血。Kuhlmann等[5]研究發(fā)現(xiàn)，與單用BMSCs相比，實(shí)驗(yàn)組利用G-CSF刺激BMSCs治療急性心肌梗死可以減少室性心律失常的發(fā)生，心肌梗死區(qū)域心肌上的Cx43也明顯增高，達(dá)到維持在能夠穩(wěn)定心肌細(xì)胞正常傳導(dǎo)速度的水平。也有研究發(fā)現(xiàn)，G-CSF刺激動(dòng)員BMSCs還有促進(jìn)心肌血管再生和減緩心肌缺血再灌注損傷的作用。BMSCs注射進(jìn)缺血性心肌病患者體內(nèi)，患者的NYHA心功能分級(jí)、生活質(zhì)量和存活率顯著增高，且缺血性心肌病患者(LVEF<50%)在經(jīng)心內(nèi)膜向心肌內(nèi)注射BMSCs 30 d后，其心肌的梗死面積顯著減少，心功能狀態(tài)顯著改善，證明移植BMSCs治療缺血性心肌病和心功能不全不但安全，而且有效[6，7]。然而，BMSCs的作用機(jī)制目前尚未完全闡明。盡管BMSCs能否分化為心肌細(xì)胞還存在不同證據(jù)，但通過(guò)旁分泌作用，促進(jìn)心肌血管生成和心肌細(xì)胞再生的作用機(jī)制日益清晰。

造血干細(xì)胞(HSCs)是來(lái)源于骨髓中具有自我更新和造血多譜系細(xì)胞分化潛能的干細(xì)胞，一般來(lái)源于骨髓、外周血和臍帶血。人的HSCs主要表達(dá)CD33、CD34、C-Kit和CD133標(biāo)志分子。由于HSCs是各種血細(xì)胞的前體細(xì)胞，臨床采用HSCs移植治療人類惡性血液病已是較為成熟的技術(shù)，也是治愈白血病等重要手段。已有研究發(fā)現(xiàn)，將小鼠HSCs與原代心肌細(xì)胞一起培養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其能表達(dá)心肌細(xì)胞膜上的內(nèi)向整流鉀離子通道；從動(dòng)物骨髓中分離出來(lái)的HSCs可以促進(jìn)心肌血管再生和改善心功能[8]。近年的研究證明，HSCs是通過(guò)旁分泌途徑改善急性心肌梗死后的心功能和抑制心室重建的作用，促進(jìn)心肌血管再生、抑制心肌細(xì)胞凋亡、聚集心臟祖細(xì)胞和改變心肌細(xì)胞外基質(zhì)成分等。

內(nèi)皮祖細(xì)胞 (EPCs)是血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞，在生理或病理因素的刺激下，可從骨髓動(dòng)員到外周血中參與損傷血管的修復(fù)。主要存在于骨髓、外周血、胎兒肝臟和臍帶血中，臨床研究及應(yīng)用中多采用骨髓和臍帶血來(lái)源的EPCs。早在1997年日本學(xué)者Asahara就從外周血中分離出EPCs，證實(shí)了其可以在缺血組織和缺血器官中促進(jìn)血管的生長(zhǎng)。在創(chuàng)傷、局部組織缺血、血管損傷等條件刺激下，EPCs將會(huì)從骨髓和局部組織中動(dòng)員，而產(chǎn)生新的血管。目前認(rèn)為EPCs可能通過(guò)分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞和調(diào)控血管生長(zhǎng)因子，從而促進(jìn)心肌新血管再生修復(fù)受損心肌。已有研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)向頑固性心絞痛患者心肌內(nèi)注射EPCs治療，顯示患者的左心室功能、臨床癥狀得到了明顯改善，進(jìn)而證明利用EPCs治療頑固性心絞痛是安全有效的[9]。

1.4 羊膜干細(xì)胞 羊膜干細(xì)胞來(lái)源于產(chǎn)婦分娩后廢棄的胎盤附屬物，羊膜來(lái)源的干細(xì)胞主要包括人羊膜上皮細(xì)胞和人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞，具有來(lái)源廣泛、獲取方便、無(wú)創(chuàng)采集、細(xì)胞量豐富及無(wú)論理爭(zhēng)議等優(yōu)點(diǎn)。人羊膜干細(xì)胞靜脈或原位移植后，表現(xiàn)出低免疫原性，無(wú)明顯排異反應(yīng)和致瘤性，具有顯著的抗炎作用，還可產(chǎn)生多種細(xì)胞生長(zhǎng)因子，通過(guò)旁分泌作用促進(jìn)損傷或壞死細(xì)胞的再生，在心肌組織的缺血損傷中具有良好的應(yīng)用前景。結(jié)扎大鼠左冠狀動(dòng)脈前降支建立心肌梗死模型，1周后經(jīng)心外膜移植2×106個(gè)BrdU標(biāo)記的人羊膜上皮干細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人羊膜上皮干細(xì)胞移植入心臟，明顯改善急性心肌梗死大鼠心臟功能，減緩心室重構(gòu)，促進(jìn)心肌細(xì)胞再生及新生血管形成，減輕心肌缺血的作用[10]。

1.5 CSCs 傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，成年哺乳動(dòng)物的心肌細(xì)胞是永久性細(xì)胞，已不具有完全修復(fù)損傷再生的作用。然而，近年的研究發(fā)現(xiàn)剛出生的胎兒和成熟心臟都具有一定的再生修復(fù)能力，心臟中的CSCs可分化為心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞，從而修復(fù)受損的心肌組織，減少心肌梗死面積。根據(jù)CSCs表面標(biāo)志物結(jié)合生物學(xué)特性將其分為六類：c-kit+、Sca-1+、SP、Isl-1+、SSEA-1+及心肌球衍生細(xì)胞(CDCs)。目前c-kit+細(xì)胞是臨床研究最廣泛及最具多能干細(xì)胞特征的一類細(xì)胞，具有克隆生長(zhǎng)、自我更新及多向分化潛能等優(yōu)點(diǎn)。Ellison等[11]通過(guò)觀察敲除心衰小鼠CSCs后的心功能狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)小鼠的心臟將會(huì)終止再生及修復(fù)功能，當(dāng)重新向心肌內(nèi)注射入c-kit+CSCs后，小鼠心臟的受損部位將會(huì)得到修復(fù)，表明c-kit+CSCs在受損心臟的修復(fù)過(guò)程中起著重要的作用。利用CSCs治療缺血性心肌病的Ⅰ期臨床試驗(yàn)研究中，將心肌梗死后LVEF<40%的患者隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組經(jīng)冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射自體CSCs，4個(gè)月后心臟磁共振成像檢測(cè)顯示，實(shí)驗(yàn)組心肌的梗死面積顯著減少，MLHFQ評(píng)分明顯增高[12]。經(jīng)冠脈內(nèi)注射CDCs后能夠治療患者的缺血性心肌病癥狀，實(shí)驗(yàn)將心肌梗死后2～4周的心衰患者(25%≤LVEF≤45%)隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組將自體CDCs輸入心肌梗死區(qū)域， 6個(gè)月和12個(gè)月后，與對(duì)照組相比實(shí)驗(yàn)組的心肌梗死面積顯著減少，心肌存活率和收縮力都顯著增強(qiáng)，且無(wú)不良反應(yīng)發(fā)生。由此說(shuō)明，采用經(jīng)冠脈內(nèi)注射CDCs進(jìn)行治療缺血性心肌病的方法安全有效[13]。此外，近幾年的研究表明干細(xì)胞來(lái)源的外泌體在干細(xì)胞發(fā)揮旁分泌作用[14]，外泌體可以通過(guò)抑制心肌細(xì)胞凋亡來(lái)減少心肌梗死面積；也可作用于內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增生和轉(zhuǎn)移；作用于中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞，減緩心肌的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激損傷，刺激CDCs分化為心肌細(xì)胞，從而改善缺血性心肌病患者的心功能。

2 干細(xì)胞治療缺血性心臟病的作用機(jī)制

2.1 直接分化為功能細(xì)胞 研究發(fā)現(xiàn)，因干細(xì)胞具有多向分化潛能，在一定的誘導(dǎo)條件下可以分化為心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞。在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究中，均可以誘導(dǎo)BMSCs向心肌細(xì)胞分化，將BMSCs移植入心肌梗死區(qū)域后，它能表達(dá)心肌細(xì)胞表面標(biāo)志物如肌鈣蛋白T、α-肌動(dòng)蛋白和連接蛋白等，也可表達(dá)平滑肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的特異性蛋白[15]，說(shuō)明移植后的BMSCs分化為心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞后，既可減少心肌梗死面積，也可促進(jìn)心肌再生和血管再生，從而顯著改善缺血心肌的心臟功能。

2.2 促進(jìn)血管再生 諸多研究表明，干細(xì)胞用于缺血性心肌病的治療，能夠促進(jìn)心肌血管的生成，改善心肌的血供，減少心肌細(xì)胞的壞死，進(jìn)而改善心功能。BMSCs能夠促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂、增生和遷移，從而實(shí)現(xiàn)心肌局部缺血組織的血管再生，進(jìn)而改善心臟的功能。ESCs在缺氧條件下也能夠分泌外泌體，從而促進(jìn)胚胎中的微血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移及血管化。向心肌梗死小鼠的心肌內(nèi)注射BMSCs來(lái)源的微泡能夠顯著改善梗死心肌的血流狀況，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生和遷移，促進(jìn)心肌內(nèi)微血管增生，抑制梗死區(qū)域心肌細(xì)胞凋亡，從而顯著改善心肌的功能[16]，外周血、脾臟、脂肪等其他來(lái)源的干細(xì)胞研究中，也發(fā)現(xiàn)在促進(jìn)血管再生過(guò)程中存在著相似的機(jī)制和效果。

2.3 旁分泌作用 干細(xì)胞旁分泌效應(yīng)對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用日益受到重視，外泌體作為干細(xì)胞旁分泌效應(yīng)的代表性物質(zhì)，已被作為一種新型替代療法應(yīng)用于治療心血管疾病中。不同干細(xì)胞來(lái)源的外泌體可通過(guò)促進(jìn)受體細(xì)胞存活、增殖、新生血管形成、改善心肌內(nèi)側(cè)支循環(huán)、改善心肌代謝、抑制心肌細(xì)胞凋亡、抑制心肌纖維化、改善心肌重構(gòu)等多種方式，促進(jìn)梗死心肌再生修復(fù)，提高心臟功能。在心肌的再灌注治療中，可以明顯減輕心肌的炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激損傷，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡，減少心肌的梗死面積。MSCs還可通過(guò)產(chǎn)生一些造血細(xì)胞因子來(lái)發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1、干細(xì)胞因子等。

2.4 免疫調(diào)節(jié)作用 間充質(zhì)干細(xì)胞具有低免疫原性及免疫調(diào)節(jié)的作用，能夠逃避免疫識(shí)別和抑制免疫應(yīng)答,還能夠通過(guò)對(duì)抗原提呈細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞、B細(xì)胞等免疫細(xì)胞的影響而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs誘導(dǎo)的免疫抑制反應(yīng)不是直接的細(xì)胞效應(yīng)，而是由調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞釋放到炎癥微環(huán)境中的多種炎性細(xì)胞因子和抗炎因子介導(dǎo)，如INF-γ、TNF-α及IL-1α和β、IL-4、IL-10等。缺血性心肌病患者移植BMSCs后，心肌梗死面積顯著減少，心臟功能不但有所改善，心肌組織中的炎癥因子TNF-α、IL-1β等也顯著減少。

盡管多個(gè)國(guó)家在積極開(kāi)展干細(xì)胞治療缺血性心肌病的臨床研究與轉(zhuǎn)化應(yīng)用，目前也尚未觀察到間充質(zhì)干細(xì)胞移植后引起的嚴(yán)重不良反應(yīng)，但仍缺乏大規(guī)模臨床研究，其遠(yuǎn)期療效與安全性尚無(wú)法預(yù)知。隨著干細(xì)胞活體示蹤、心肌存活與功能檢測(cè)及評(píng)估新技術(shù)的誕生，干細(xì)胞移植治療心肌梗死及心功能不全等疾病的臨床應(yīng)用也將會(huì)得到更大發(fā)展。選擇適宜的干細(xì)胞類型，探索其在臨床應(yīng)用中的有效性和安全性，有望提高缺血性心肌病的治療效果。

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