骨髓间充质干细胞治疗缺血性心脏病的研究进展

马 莎(综述)，王玉璟(审校)

(1.长江大学临床医学院，湖北荆州434000;2.长江大学附属第一人民医院科教科，湖北荆州434000)

缺血性心脏病是心血管疾病死亡的主要原因。研究发现，缺血性心脏病导致心脏梗死区大量心肌细胞丢失，最终由纤维组织替代［1］。心肌组织中残留少量具有扩增能力的心肌细胞［2］，另外心脏外干细胞具有有限扩增分化能力［3］，心脏梗死区的心肌细胞在一定程度上具有再生性代偿能力。然而，此类细胞的代偿如不采用有效的干预措施，将无力扭转心功能衰竭的进展趋势。当前的干预手段主要有药物、介入和外科手术治疗等，但都难获得满意的治疗效果［4］。曾有学者研究使用健康细胞移植术取代损伤、坏死心肌细胞治疗缺血性心脏病，如将成纤维细胞、骨骼肌成肌细胞、原代培养的心肌细胞注射在心肌缺血区，进行实验性治疗［5］，取得了一定效果。骨髓内也存在具有分化功能的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)，在特殊的诱导分化条件下能分化成多种细胞类型，包括骨、肌肉、心肌细胞以及血管内皮细胞。近年来，BMSCs移植成为治疗缺血性心脏病研究的热点，且间充质干细胞因取材方便、免疫排斥性低、多向分化性、不涉及伦理道德问题等优点更是引起了广大学者的广泛关注［6］，BMSCs移植已成为治疗缺血性心脏病研究的热点。

1 BMSCs的概述

BMSCs是一群来源于中胚层的多能成体干细胞。现有研究表明，BMSCs存在于多种组织与器官中，它们在适当的条件下可以诱导分化为心肌细胞、成骨细胞、软骨细胞、肝脏细胞等，因此已有学者关注它对心肌梗死、肝衰竭和糖尿病等的治疗［7］。BMSCs与造血干细胞不同，能特征性的表达CD29、CD44、CD71、CD90、CD105、CD106、CD120a、CD124、SH2、SH3、SH4［8］，CD34和CD45表达阴性，且在培养过程中呈贴壁生长。BMSCs可在人类白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)不相容的个体之间移植，证实了BMSCs的临床应用。目前有研究发现心肌BMSCs移植心功能改善只是短暂的，长期并不能改善整个心脏功能，但可以提高局部心肌收缩功能和改善心室重构［9］。有研究转染了端粒酶基因的BMSCs，能恢复端粒酶的活性，扩大了细胞的生命周期，因此增加BMSCs端粒酶活性是一种很有潜力的治疗策略。但是，转染端粒酶基因的BMSCs在体外扩增却可导致基因不稳定和细胞转化［10］。骨髓原始间充质干细胞是骨髓基质干细胞，对骨髓中的造血干细胞不仅有机械支持作用，还能分泌多种生长因子(如白细胞介素6、白细胞介素11、白血病抑制因子、巨噬细胞集落刺激因子及干细胞因子等)来支持造血。

2 BMSCs移植技术

目前干细胞移植的临床试验中所采用的移植技术包括开胸直接注射移植技术、导管介入移植技术和骨髓干细胞动员及经静脉途径。但各种技术并没有达到理想的效果。开胸直接注射移植技术增加移植细胞优先迁移和定居到心肌缺血的部位，局部浓度高，效果确切。本方法适合于行冠状动脉旁路移植术的患者，不适于单独使用。导管介入移植技术要求具备一定的导管设备和技术水平，费用较高，不适合在基层医院推广。至今已完成的国内外几组小样本的临床试验［11］，初步证实在心肌梗死发生后早期，经冠状动脉内骨髓干细胞移植可以改善患者的心功能。经静脉途径方法简单易行，可能造成其他器官栓塞。有研究表明，急性心肌梗死可募集外周循环血BMSCs，直达损伤部位［12］。用细胞因子动员BMSCs的可行性已在急性心肌梗死动物模型及临床急慢性心肌缺血患者中得到验证。

3 BMSCs移植改善心功能机制

近年来，动物实验和临床研究均证实，BMSCs移植可以减少梗死面积，限制梗死后心室重构，增加左心室厚度和顺应性，心功能得到改善。但迄今为止BMSCs治疗缺血性心脏病的机制仍未充分阐明，一方面仍未完全了解BMSCs的生物学特性，另一方面体内微环境的作用相当复杂。目前认为其可能的机制如下:①BMSCs诱导分化为心肌细胞;②BMSCs可促进血管新生，改善心肌血液供应;③BMSCs的旁分泌作用;④抑制心室重构;⑤免疫调节作用。

4 BMSCs联合治疗

4.1 BMSCs联合细胞因子治疗 BMSCs向缺血心肌区域的归巢、分化及旁分泌作用受到多种细胞因子的调节，联合细胞因子治疗可加强BMSCs移植的效果。已有研究表明，BMSCs联合干细胞因子/趋化因子受体4、粒细胞集落刺激因子、促红细胞生成素、胰岛素样生长因子等来治疗缺血性心脏病，可明显改善心肌功能和促进缺血区血管形成。吴贤仁等［13］用异丙肾上腺素制作大鼠心肌梗死模型，联用粒细胞集落刺激因子和辛伐他汀活化BMSCs，结果显示动员组的坏死心肌比例、心肌瘢痕面积均小于对照组，而缺血区血管密度大于对照组，差异有统计学意义。

4.2 BMSCs联合基因治疗 近年来研究提示，转入有关基因的BMSCs治疗心肌梗死可能是提高干细胞疗效的新策略。对BMSCs进行基因修饰是基因治疗的很有吸引力的方法。王晓艳等［14］探讨了人碱性成纤维细胞生长因子(hman basic fibroblast growth factor，hbFGF)基因联合干细胞移植治疗心肌梗死的机制及效果。制备、抽提、纯化质粒Pd-bFGF。通过冠状动脉内给药方式灌注hbFGF基因到梗死部位。将20个模型动物随机分为4组:干细胞+hbFGF基因治疗组(A组，n=6);hbFGF基因治疗组(B组，n=6);干细胞治疗组(C组，n=4);心肌梗死对照组(D组，n=4)。通过冠状动脉造影、免疫组化计数及超声心动图观察梗死区血管计数、Rentrop分数、左心室射血分数值、梗死面积等指标来评估hbFGF基因联合干细胞治疗急性心肌梗死的疗效。结果显示，A组、B组、C组均有促血管新生及心功能改善作用，A组的作用最强。因此认为，基因联合干细胞移植是治疗缺血性心脏病的有效方法。雷莹等［15］研究了抑癌基因沉默对BMSCs生物学性状的影响，并观察了其在心肌梗死区域的存活和增殖情况。结果发现，PTEN基因沉默能有效促进BMSCs的增殖，促进苏氨酸激酶途径而使Bcl-2蛋白表达增多，从而抑制细胞凋亡，增强细胞对缺血缺氧的耐受能力。体内实验也证实，PTEN基因沉默的BMSCs更容易在心肌梗死区域存活和增殖，为干细胞移植治疗心肌梗死提供了新的思路。

5 我国BMSCs治疗缺血性心脏病的研究

5.1 基础研究 宋晓蓉等［16］结扎新西兰兔左冠状动脉造成心肌梗死模型，2周后将自体BMSCs注射至梗死心肌周边区域，细胞移植2、4周后，经多普勒超声心动图检测显示，BMSCs组左心室射血分数、左心室短轴缩短率均明显高于仅注射等量培养基的对照组。移植8周后病理学检查见BMSCs存活于梗死区域中，并能表达心肌细胞特异性标志，瘢痕区毛细血管密度增加。李红敏等［17］结扎雌性大鼠左冠状动脉前降支造成心肌梗死模型，于1 h后将雄性大鼠BMSCs注入梗死区域心外膜下，应用反转录-聚合酶链反应技术检测1、3和6周移植后的细胞存活率，结果发现分别为7.88%、7.82%和8.73%。因此认为，BMSC可以在心肌梗死区域长期存活并参与受损心肌修复，移植1周后存活数量不再进行性减少，至6周左右均约8%。

5.2 临床研究 近年来，我国一些医院都开展了相关的临床研究。杨水祥等［18］对急性心肌梗死患者进行经皮冠状动脉介入治疗同时注入自体BMSCs，移植前1周经皮下注射粒细胞集落刺激因子进行干细胞动员，外周血采集BMSCs经纯化后由球囊导管注入梗死区域相关血管，结果显示梗死面积减少，冠状动脉造影显示无严重的血管病变。王建安等［19］选择冠心病患者和慢性心力衰竭患者进行小样本BMSCs移植，观察到类似的结果。李占全等［20］对急性心肌梗死也进行了BMSCs相关研究，发现BMSCs移植组收缩末容积明显减少，左心室射血分数明显增加，与对照组比较差异有统计学意义。

6 展望

目前，干细胞治疗缺血性心脏病的临床应用尚处在初级阶段，还有许多问题需要解决，BMSCs移植目前仍面临着移植效率低，细胞分选纯化困难，移植方式有待优化等问题，干细胞在体内的分化及作用的具体机制仍有待进一步研究。BMSCs治疗缺血性心脏病已初步显示了其临床应用效果［21］，基础研究的不断深入，与基因及细胞因子联合治疗为其提供了更广阔的发展前景。BMSCs日益成为细胞移植、组织工程和基因工程研究的焦点［22］，使用具有多能分化性和增殖能力等特征的BMSCs进行再生治疗，已成为再生医学研究中最受关注的课题。随着对BMSCs研究的深入，更多临床应用的开展，必将对缺血性心脏病的治疗带来新的希望。

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