宋曉玥，程灝，陳璐 綜述；馬劍英 審校

（復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院 心內(nèi)科,上海 200032）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高度城市化和社會(huì)老齡化帶來的問題日漸突出，居民不健康的生活習(xí)慣普遍流行，心血管危險(xiǎn)因素普遍暴露。根據(jù)《中國心血管病報(bào)告2017》概要推算我國心血管病現(xiàn)患人數(shù)2.9億，其中腦卒中1 300萬，冠心病1 100萬，肺源性心臟病500萬，心力衰竭450 萬，風(fēng)濕性心臟病250萬，先天性心臟病200 萬，高血壓2.7億[1]。我們必須認(rèn)識(shí)到我國乃至全球心血管病發(fā)病人數(shù)將長期保持高速增長的態(tài)勢，心血管疾病已成為世界范圍內(nèi)成人死亡和致殘的主要原因之一，防治心血管疾病刻不容緩。

心肌梗死是心血管疾病的一種嚴(yán)重表現(xiàn)，是臨床上一種嚴(yán)重的缺血性心肌病。梗死的心肌組織逐漸被缺乏彈性的瘢痕組織所替代，為了滿足心臟收縮舒張的功能，發(fā)生代償性心腔增大、心肌肥厚，心室發(fā)生適應(yīng)不良性改變導(dǎo)致心室重塑，引起心室泵血功能低下，最終發(fā)展成為心力衰竭。梗死后心衰將導(dǎo)致心肌細(xì)胞不可逆的丟失，雖然目前的藥物治療、冠脈介入手段、冠脈搭橋手術(shù)等臨床治療手段在一定程度上延緩了病情，但并不能逆轉(zhuǎn)疾病的發(fā)展。干細(xì)胞移植療法為心肌損傷修復(fù)提供了有治療前景的選擇方向，尤其是屬于成體干細(xì)胞的間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSCs），具有強(qiáng)大的多向分化潛能和增殖能力，被視為理想的組織修復(fù)種子細(xì)胞。MAKINO等[2]研究從大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞中分離出心肌原性細(xì)胞系，在體外用5-氮胞苷誘導(dǎo)處理后30%細(xì)胞發(fā)生形態(tài)改變，表現(xiàn)出成纖維細(xì)胞樣形態(tài)，具有心肌樣細(xì)胞特點(diǎn)，由此打開了間充質(zhì)干細(xì)胞的心血管研究領(lǐng)域的大門。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞定義

干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞與成體干細(xì)胞，具有自我更新能力和多向分化潛能。間充質(zhì)干細(xì)胞是一類起源于發(fā)育早期的中胚層[3]和小部分外胚層的成體干細(xì)胞，廣泛來源于骨髓、外周血、臍帶、胎盤、脂肪及牙髓[4]等組織。早在1976年，F(xiàn)RIEDENSTEIN等[5]首先報(bào)道骨髓中一種貼壁、長梭形成纖維樣細(xì)胞，呈克隆性生長，定義為“成纖維細(xì)胞樣集落形成單位”。1991年，CAPLAN[6]發(fā)現(xiàn)此種細(xì)胞有自我更新和分化能力，正式定義為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrowderived mesenchymal stem cells, BM-MSCs）。因?yàn)槿狈Ρ砻嫣禺悩?biāo)志物，間充質(zhì)干細(xì)胞目前尚無統(tǒng)一的定義標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)人類間充質(zhì)干細(xì)胞，國際細(xì)胞治療協(xié)會(huì)提出了以下幾點(diǎn)定義標(biāo)準(zhǔn)[7]：①標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下貼壁；②白細(xì)胞分化抗原105（cluster of differentiation 105, CD105），CD73和CD90，不表達(dá)CD45，CD34，CD19或CD11a和人類白細(xì)胞抗原-DR等造血細(xì)胞標(biāo)記物；③體外可分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞或軟骨細(xì)胞。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞特性

2.1 高度自我增殖能力與多向分化潛能

間充質(zhì)干細(xì)胞具有強(qiáng)大的自我更新能力，貼壁后快速生長，經(jīng)多次傳代擴(kuò)增后仍具有干細(xì)胞特性。在體外或體內(nèi)適當(dāng)誘導(dǎo)條件下，可分化為骨、軟骨、脂肪、肌肉、肌腱、韌帶、內(nèi)皮、神經(jīng)、肝和心肌等多種組織細(xì)胞，被視為理想的組織修復(fù)種子細(xì)胞。

2.2 低免疫原性與免疫抑制反應(yīng)

間充質(zhì)干細(xì)胞低表達(dá)包括CD80、CD86、人類白細(xì)胞抗原II（human leukocyte antigen-II,HLA- II）和CD34等在內(nèi)的共刺激因子，這使得間充質(zhì)干細(xì)胞不但不能誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，而且還有抑制免疫反應(yīng)的作用[7]，通過與細(xì)胞直接接觸或者分泌細(xì)胞因子抑制T細(xì)胞與B細(xì)胞的免疫活動(dòng)[8]。在自然殺傷（natural killer, NK）細(xì)胞活化前接觸間充質(zhì)干細(xì)胞，NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性、細(xì)胞因子生成、細(xì)胞膜上活化受體的表達(dá)和顆粒酶B的釋放會(huì)被干擾。在間充質(zhì)干細(xì)胞的暴露下，未成熟樹突狀細(xì)胞無法正常分化為成熟的樹突狀細(xì)胞，從而不能有效地活化初始T細(xì)胞和刺激T細(xì)胞增殖。此外，ABUMAREE等[9]認(rèn)為間充質(zhì)干細(xì)胞與炎性細(xì)胞接觸后可分泌白細(xì)胞介素-10（interleukin 10, IL- 10）、巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor, M-CSF）、轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factor-β1,TGF-β1）、 血 管 內(nèi) 皮 生 長 因 子（vascular endothelial growth factor, VEGF）等細(xì)胞活性分子，從而促進(jìn)單核細(xì)胞向抗炎性巨噬細(xì)胞（M2）的分化，同時(shí)抑制其分化為促炎性巨噬細(xì)胞（M1），以進(jìn)一步發(fā)揮間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫抑制作用。

2.3 損傷趨化歸巢作用

干細(xì)胞歸巢是指干細(xì)胞移植后在特定條件下定向性移動(dòng)至靶組織、靶器官的表現(xiàn)。SAITO等[10]首次提出間充質(zhì)干細(xì)胞具有歸巢能力。當(dāng)機(jī)體遭遇損傷時(shí)，損傷部位會(huì)釋放特殊的內(nèi)分泌信號(hào)，分泌多種細(xì)胞因子、趨化因子、黏附因子，引導(dǎo)干細(xì)胞的靶向歸巢，發(fā)揮組織修復(fù)功效。BARBASH等[11]研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死大鼠靜脈輸注帶有標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞后，1周內(nèi)可在梗死區(qū)域發(fā)現(xiàn)標(biāo)記細(xì)胞，而對(duì)照組僅可在骨髓中發(fā)現(xiàn)標(biāo)記細(xì)胞。研究[12]發(fā)現(xiàn)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1/CXC趨化因子受體-4（stromal cell-derived factor-1/CXC chemokine receptor type 4, SDF-1/CXCR4）信號(hào)通路通過激活Src家族，介導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞的趨化作用，招募更多祖細(xì)胞到梗死區(qū)域修復(fù)心臟。

3 間充質(zhì)干細(xì)胞移植的作用機(jī)制

3.1 電-機(jī)械偶聯(lián)

由間充質(zhì)干細(xì)胞分化而來的心肌細(xì)胞與宿主心肌細(xì)胞間以閏盤結(jié)構(gòu)相連，組成功能統(tǒng)一體，形成協(xié)調(diào)一致的電-機(jī)械偶聯(lián)，改善心功能。KHAN等[13]研究發(fā)現(xiàn)camp-Epac-Rap1信號(hào)通路的激活可以使間充質(zhì)干細(xì)胞高效地結(jié)合在梗死心肌上并且分化成心肌樣細(xì)胞，從而增強(qiáng)心肌功能。

3.2 分化為心肌細(xì)胞

一系列研究證實(shí)間充質(zhì)干細(xì)胞可在一定條件誘導(dǎo)下分化成心肌細(xì)胞，增加梗死區(qū)心肌數(shù)量，促進(jìn)心臟功能的恢復(fù)。早在1999年，TOMITA等[14]發(fā)現(xiàn)經(jīng)5-氮胞苷處理的間充質(zhì)干細(xì)胞在體外培養(yǎng)，第10天相互連接肌管形成，第21天心肌特異性肌鈣蛋白I和肌凝蛋白重鏈染色陽性，將誘導(dǎo)后的間充質(zhì)干細(xì)胞移植到大鼠心肌凍傷形成的瘢痕組織,結(jié)果瘢痕面積縮小,心功能有所改善。KANG等[15]研究結(jié)果表明5-氮胞苷和I型膠原的納米分子在間充質(zhì)干細(xì)胞移植到梗死區(qū)域后，通過形成肌管樣結(jié)構(gòu)與相鄰細(xì)胞連接，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子GATA-4和Nkx2.5、肌鈣蛋白I，β-肌球蛋白重鏈和心臟的α-肌動(dòng)蛋白基因的表達(dá)。

3.3 旁分泌效應(yīng)

雖然在體內(nèi)間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化為心肌細(xì)胞，但是由于梗死區(qū)域復(fù)雜的微環(huán)境，移植細(xì)胞存活難度大，與明顯改善的心功能不相匹配，推測間充質(zhì)干細(xì)胞移植到心肌組織后發(fā)揮的旁分泌作用是改善心功能的主要機(jī)制。BOBI等[16]研究發(fā)現(xiàn)心梗動(dòng)物模型建立成功后，經(jīng)冠脈注入同種異體脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞，短期可見凋亡水平降低，VEGF、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF）和SDF-1等表達(dá)上調(diào)，M2巨噬細(xì)胞增加；長期來看心肌血流灌注增加，血管密度增加。目前越來越多的研究發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞通過外泌體途徑發(fā)揮旁分泌作用，進(jìn)行細(xì)胞間交流。ZHANG等[17]發(fā)現(xiàn)將間充質(zhì)干細(xì)胞來源外泌體與心臟干細(xì)胞共培養(yǎng)，可以增加內(nèi)皮細(xì)胞分化，加強(qiáng)血管新生，減少纖維化，起到修復(fù)心肌的功效，提示外泌體是間充質(zhì)干細(xì)胞的關(guān)鍵活性成分。MAO等[18]通過轉(zhuǎn)染的方式使MSCs高表達(dá)整合素連接激酶,并將其注射到大鼠梗死心肌上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可抑制心肌細(xì)胞增殖,降低I型和III型膠原的基因表達(dá)，有助于減少纖維化,縮小心梗瘢痕。

3.4 促進(jìn)血管新生

間充質(zhì)干細(xì)胞不僅可以分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞參與血管形成，還可以直接整合到血管上。整合的細(xì)胞大部分可以分泌生長因子，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的成熟進(jìn)而促進(jìn)新生血管。JIANG等[19]移植間充質(zhì)干細(xì)胞到大鼠冠脈結(jié)扎模型中，4周后通過免疫熒光分析發(fā)現(xiàn)，植入細(xì)胞部分表達(dá)平滑肌表型［α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（alpha smooth muscle actin,α-SMA）］，其他的則表現(xiàn)了內(nèi)皮表型（CD31）。CHEN等[20]發(fā)現(xiàn)將具有分泌肽成纖維細(xì)胞生長因子4-堿性成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor 4-basic fibroblast growth factor, FGF4-bFGF）基因轉(zhuǎn)染骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合治療，通過促進(jìn)新生血管生成、抗心肌細(xì)胞凋亡、抑制左室重塑多條途徑發(fā)揮作用而改善大鼠心肌梗死后心功能。

3.5 免疫調(diào)節(jié)

間充質(zhì)干細(xì)胞有著獨(dú)一無二的低免疫原性與無主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex, MHC）限制性，它只表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體MHC-I類分子，而不表達(dá)MHC-II類分子和CD80、CD86及CD40等共刺激分子。KRAMPERA等[21]研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)的細(xì)胞免疫抑制作用，能夠抑制梗死的細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)，從而減少炎癥細(xì)胞和炎癥因子對(duì)心肌造成的急性損傷。LUGER等[22]發(fā)現(xiàn)在急性心?；蛘呷毖孕募〔≈腥毖俟嘧⑦^程中，靜脈輸注間充質(zhì)干細(xì)胞可以緩解左室功能的進(jìn)行性減弱和逆轉(zhuǎn)心室重塑。這一作用與間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的抗炎免疫反應(yīng)有關(guān)，抑制NK細(xì)胞和中性粒細(xì)胞活動(dòng)。

4 間充質(zhì)干細(xì)胞移植途徑

移植途徑主要有冠狀動(dòng)脈、靜脈、心外膜、心內(nèi)膜，各種途徑都存在優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行個(gè)體化選擇。心外膜注射定位準(zhǔn)確，但由于創(chuàng)傷較大，主要適用于同時(shí)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)的患者。心內(nèi)膜注射對(duì)技術(shù)水平和設(shè)備要求高，臨床上廣泛開展具有一定困難。經(jīng)靜脈途徑最為簡單易行，但ASSIS等[23]觀察發(fā)現(xiàn)以99Tcm六甲基丙二胺肟（99Tcm-hexamethyl propylene amine oxime, 99Tcm-HMPAO）和4, 6-二氨基-2-苯基吲哚（4, 6-diamino-2-phenyl indole,DAPI）標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞在經(jīng)靜脈途徑移植后，注射后的干細(xì)胞約70%分布在肺部,其余分布在心臟、腎臟、脾臟和膀胱，60 min后逐漸減少。由于存在其他臟器的首過效應(yīng)，只有一小部分間充質(zhì)干細(xì)胞可以成功到達(dá)心肌梗死區(qū)域，而且過量注射間充質(zhì)干細(xì)胞可以導(dǎo)致靜脈栓塞的發(fā)生。經(jīng)導(dǎo)管可以直接注射更多的間充質(zhì)干細(xì)胞到冠脈區(qū)域，定位準(zhǔn)確，避免心肌注射損傷。但經(jīng)冠脈注射途徑也會(huì)遇到問題，比如間充質(zhì)干細(xì)胞體積較大，因操作不當(dāng)會(huì)引起微循環(huán)堵塞而加重心肌梗死的癥狀?；谏鲜鰡栴}，移植途徑迎來了革新。LI等[24]發(fā)現(xiàn)將超聲與微泡技術(shù)結(jié)合通過上調(diào)SDF-1/CXCR4而起到促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢的作用。LUO等[25]將間充質(zhì)干細(xì)胞的分泌因子置于聚乳酸-羥基乙酸共聚物［poly（lactic-co-glycolic acid）, PLGA］微球內(nèi)，外覆間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞膜，合成在冷凍或凍干狀態(tài)下仍然保持穩(wěn)定的合成間充質(zhì)干細(xì)胞。移植入急性心肌梗死小鼠模型，觀察到有明顯的促進(jìn)血管生成和減輕左心室重塑功效。

5 實(shí)驗(yàn)研究

缺氧、缺血、缺血再灌注損傷、炎癥反應(yīng)、局部結(jié)構(gòu)改變等微環(huán)境不利于移植干細(xì)胞生存，為提高間充質(zhì)干細(xì)胞移植效率，增強(qiáng)對(duì)缺血缺氧環(huán)境的耐受，減少細(xì)胞凋亡，助力干細(xì)胞治療發(fā)展，進(jìn)行了一系列對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞預(yù)處理調(diào)節(jié)基因表達(dá)，通過轉(zhuǎn)染實(shí)現(xiàn)基因修飾或者聯(lián)合藥物治療等的研究，為間充質(zhì)干細(xì)胞治療提供了新思路。KHAN等[26]發(fā)現(xiàn)2, 4-二硝基苯酚（2, 4-dinitrophenol,DNP）對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞預(yù)處理，可以抑制電子傳遞鏈活動(dòng)，創(chuàng)造缺氧環(huán)境，上調(diào)與細(xì)胞粘附相關(guān)的kindlin-3、CD29、CD44和CD90水平，增加間充質(zhì)細(xì)胞存活，粘附和歸巢MSCs，改善心臟功能和血運(yùn)重建。HE等[27]研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)蛋白激酶Cε（protein kinase Cε, PKCε）的間充質(zhì)干細(xì)胞通過SDF-1/CXCR4軸和PI3K/AKT通路，上調(diào)VEGF、bFGF、TGF-β、心肌肌鈣蛋白I（cardiac troponin I,cTnI）、血管性血友病因子（von Willebrand factor,vWF）、SMA等水平，提高間充質(zhì)干細(xì)胞的存活和分化增殖能力，改善心功能。SONG等[28]證實(shí)阿伐他汀聯(lián)合間充質(zhì)干細(xì)胞治療，通過激活腺苷酸激活蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase, AMPK）通路促進(jìn)一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）尤其是內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）的表達(dá)及活化，提升新生心肌細(xì)胞增殖、抗炎、抗凋亡及抗纖維化的能力。YAN等[29]發(fā)現(xiàn)C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白-9（C1q/tumor necrosis factor-related protein-9, CTRP9）水平低下是導(dǎo)致移植的脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞存活不足和心肌修復(fù)作用不足的重要原因，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2-金屬基質(zhì)蛋白酶-9（extracellular regulated protein kinase 1/2-matrix metalloprotein, ERK1/2-MMP-9）和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2-紅細(xì)胞衍生核因子2樣蛋白2（extracellular regulated protein kinase 1/2-nuclear factor erythroid-derived 2-like 2,ERK1/2-NFE2L2）信號(hào)通路增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞增殖分化和抗凋亡的能力。

6 臨床觀察

CHEN等[30]于2004年報(bào)道了首個(gè)將間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用于臨床的隨機(jī)對(duì)照研究，將69名在12 h內(nèi)發(fā)病的急性ST段抬高型心肌梗死患者隨機(jī)分成兩組，分別予以冠脈注射自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和生理鹽水，隨訪6個(gè)月顯示干細(xì)胞治療后室壁運(yùn)動(dòng)及左室射血分?jǐn)?shù)有所提高。目前已有眾多臨床試驗(yàn)和隨訪結(jié)果支持間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療可以使心肌梗死患者獲益。2011年LEISTNER[31]報(bào)告了迄今最大規(guī)模的急性心肌梗死后干細(xì)胞治療隨機(jī)試驗(yàn)結(jié)果，入選的204例急性心肌梗死患者中101例患者初始隨機(jī)接受間充質(zhì)干細(xì)胞治療，剩下的103例患者注入安慰劑。隨訪5年結(jié)果顯示接受干細(xì)胞治療后射血分?jǐn)?shù)有輕微但穩(wěn)定的改善，聯(lián)合臨床終點(diǎn)顯著改善。CHULLIKANA等[32]在招募的ST段抬高的急性心?；颊咧?，針對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的安全性和有效性進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、I/II期研究 。結(jié)果顯示急性心?；颊咴谘苤亟ㄐg(shù)后2 d經(jīng)靜脈內(nèi)輸注同種異體間充質(zhì)干細(xì)胞耐受性良好，2年長期隨訪顯示不良事件發(fā)生率低于對(duì)照組。2018年LALU等[33]對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性心臟病的安全性和有效性進(jìn)行了薈萃分析，尤其是針對(duì)急性心肌梗死和缺血性心力衰竭。通過23項(xiàng)臨床研究的1 148例患者的數(shù)據(jù)分析顯示，間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性心梗和缺血性心力衰竭的整體結(jié)果是安全積極而有效的。

7 總結(jié)與展望

間充質(zhì)干細(xì)胞具有來源廣泛、高度自我增殖能力與多向分化潛能、低免疫原性等優(yōu)點(diǎn)，在心肌梗死治療中取得了一定進(jìn)展，但在基礎(chǔ)研究向臨床應(yīng)用推廣的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)過程中，還需面對(duì)移植存活率低等技術(shù)障礙。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)、研究發(fā)現(xiàn)與相關(guān)倫理知識(shí)的不斷完善，相信間充質(zhì)干細(xì)胞作為組織修復(fù)的理想種子，可以為挽救心肌梗死患者不可逆細(xì)胞損傷帶來希望。