干细胞治疗心肌梗死和缺血性心力衰竭的临床应用进展*

尤宏钊综述，张健审校

综述

干细胞治疗心肌梗死和缺血性心力衰竭的临床应用进展*

尤宏钊综述，张健审校

近年来，利用干细胞移植替代受损、坏死的心肌细胞逐步成为治疗急性心肌梗死和缺血性心力衰竭的一种新途径。具有向心肌细胞分化能力的干细胞类型包括胚胎干细胞、可诱导多能干细胞和成体干细胞等，目前主要的临床研究对象是骨髓源性单核细胞。虽然目前对于移植的时间及窗口期的尚存在争议，但是多项Ⅰ/Ⅱ期临床试验表明干细胞治疗急性心肌梗死和缺血性心力衰竭患者对于改善左心室射血功能、减小梗死面积具有确切的治疗效果和安全性。

干细胞；缺血性心力衰竭；急性心肌梗死

心肌梗死和缺血性心力衰竭是导致心血管病患者死亡的主要原因，目前临床上治疗心肌梗死和缺血性心力衰竭的主要方法包括药物治疗、介入治疗、冠状动脉旁路移植术等。这些技术虽然在一定程度上能改善患者临床症状，延缓疾病进展，但均不能从根本上修复已经坏死的心肌细胞。干细胞治疗是一种利用干细胞替代受损、坏死心肌细胞并定向分化为有功能活性心肌细胞的方法，为此类心血管疾病的治疗提供一种新的途径。

1 向心肌细胞分化的干细胞来源

干细胞是具有自我复制能力和多向分化潜能的细胞群，在一定条件下可诱导分化为心肌细胞。具有向心肌细胞分化能力的干细胞类型包括胚胎干细胞、可诱导多能干细胞和成体干细胞等。胚胎干细胞是早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞群，可体外培养，具有无限自我更新和多向分化能力。然而将非纯化人体胚胎干细胞源性心肌细胞植入免疫抑制猕猴心内，有畸胎瘤形成可能[1]，临床应用胚胎干细胞还存在伦理问题。因此目前胚胎干细胞主要作为一种研究干细胞向心肌细胞分化进程及其自身多能性机制的实验室工具。

可诱导多能干细胞是在胚胎干细胞对心血管疾病的试验中疗效确切，但又存在诸多问题的基础上兴起的，是将逆转录病毒OCT3/4、SOX2、c-MYC和KLF4四个转录因子转导于胚胎时期或成年小鼠的纤维母细胞内，将维持胚胎干细胞 的基因和小鼠纤维母细胞基因组整和、诱导分化出一种具有胚胎干细胞特性的多能干细胞[2]。目前，从人类纤维母细胞中提取出来的可诱导多能干细胞更具有临床应用前景，可诱导多能干细胞分化获得不同类型的心肌细胞，并且在很大程度上克服胚胎干细胞相关伦理问题，但逆转录过程须经病毒转染完成，增加肿瘤形成风险性，而且其在应用稳定性和转化后存活率上仍有待研究。

骨骼肌成肌细胞位于成熟骨骼肌细胞的浆膜层和基底膜之间，也称卫星细胞，是最早应用于临床治疗充血性心力衰竭的干细胞，可经活检取材，具有取材容易、免疫排斥反应低及对缺血缺氧耐受力强等优点，但在一项治疗充血性心力衰竭的多中心随机双盲对照实验中却发现，使用骨骼肌成肌细胞并未提高局部或整体左心室功能，而且与安慰剂组相比，高剂量应用骨骼肌成肌细胞时易造成难治性室性心律失常[3]。由于其自身的不足以及近年来对其他来源干细胞的研究逐步兴起，针对骨骼肌成肌细胞向心肌分化的研究相对减少。

骨髓源性单核细胞取材、培养方便，是目前较有前景及主要的临床研究对象。一项针对骨髓源性单核细胞治疗急性心肌梗死疗效的22项随机对照试验的Meta分析结果显示，心肌缺血再灌注9天内经冠状动脉注入骨髓源性单核细胞后，短期随访（3～6个月）时左心室射血分数提高2.70%，长期随访（12～18个月）时左心室射血分数提高3.31%[4]。为了验证骨髓源性单核细胞临床应用的安全性，Moccetti 等[5]对60例急性心肌梗死患者经冠状动脉注射骨髓源性单核细胞，结果随访5年并无明显不良事件发生。

目前对骨髓源性间充质干细胞研究也较多，从骨髓取材的造血干细胞和间充质干细胞均能分泌多种具有血管活性、促细胞存活、促血管生成及免疫调节功能的细胞因子和趋化因子，这些因子参与了心肌修复和重建[6]。另外，间充质干细胞还表达低水平主要组织相容性复合物Ⅰ型及多种免疫抑制细胞因子，包括白细胞介素-10和转化生长因子-β，并且能够直接抑制T淋巴细胞反应和巨噬细胞功能，使间充质干细胞获得低免疫原性，从而确保异体间充质干细胞在有完全免疫能力宿主中应用，这点已经得到临床研究的证实[7]，另有报道称自体移植诱导分化的骨髓间叶干细胞还可改善窦房结自律起搏功能[8]。骨髓是间充

质细胞取材的可靠供源，但通过骨髓穿刺，每40 ml骨髓液中仅能获得25 000个有效干细胞。为获得治疗数量的间充质干细胞，须在清洁设备中传代培养8～10周，大大阻碍该方法在急性心肌梗死中的应用。

脂肪源性干细胞也是一种较有应用前景的细胞。通过皮下抽脂术每100 g脂肪组织中就可获得1×107个有效干细胞，其中包含内皮祖细胞、造血干细胞和间充质干细胞，他们均具有细胞分化能力，可在一定条件下分化为心肌细胞[9]。因此，患者在心肌梗死后数小时内便可得到有效治疗。

定居性心脏干细胞可以分化为心肌细胞，呈集落样生长，可以自体更新并能反复参与细胞周期循环但供体有限，自身活性随年龄增加而下降，而且分化潜能较低，不能完全取代坏死的心肌细胞。目前，关于定居性心脏干细胞临床应用的安全性和有效性，尚处于临床Ⅰ期试验中。

2 细胞移植途径和治疗时间窗

2.1细胞移植途径

目前使用干细胞治疗心血管疾病的细胞移植途径主要包括静脉注射、冠状动脉注射和心肌内直接注射，这些注射方法均存在干细胞注射后在心脏患区存留率低的问题。经静脉内注射的干细胞主要被肝脏和肺脏截留。注射后4小时仅有少于1%的干细胞存留在心肌梗死区[10]。尽管如此，经肺部截留的间充质干细胞可分泌多种抗炎和促血管生成的蛋白质和细胞因子，对病变心肌恢复有旁分泌作用，目前该方法主要用于动物模型。

经冠状动脉内注射干细胞悬液操作简便，技术成熟，可选择相关血管对病变部位注射，是目前临床试验中针对急性心肌梗死患者最为常用的治疗途径。但经冠状动脉注射后也仅有1%～3%的干细胞存留率，大多数干细胞仍截留于肺组织和肝脏[11]。若使用较大细胞（骨骼肌干细胞和体外培养的间充质干细胞）还有可能导致心脏微细血管堵塞、梗死，甚至透壁性心肌梗死。Gyöngyösi等[12]对人体经冠脉动脉注射间充质干细胞，对照组注射生理盐水，发现冠脉内间充质干细胞增加了30%，但注射区域心肌绝对血供量立即下降，并持续24小时以上。胡盛寿等[13]在冠状动脉旁路移植术同期经旁路血管移植自体骨髓干细胞，为缺血性心力衰竭患者提供一种新的治疗方法。对40例需外科手术治疗的陈旧性心肌梗死伴左心室收缩功能不全患者，采用冠状动脉旁路移植术同期经旁路血管移植自体骨髓单个核细胞治疗。术后早期无心肌梗死及新发恶性心律失常。此外，经冠状静脉逆行注射也是一种治疗手段。直接心肌内注射干细胞在不影响冠脉正常血流量情况下，可提高干细胞存留率。分为经皮穿刺心室内注射和经胸直视下心肌内注射两种技术，其中经皮心室注射技术通常使用专用注射器，利用心脏影像学技术，可将干细胞准确注入心肌梗死区域，但该方法存在心脏穿孔、心包填塞以及诱发恶性心律失常的风险[14]。在冠状动脉旁路移植术手术同期，在直视下完成心肌内注射，可减少脱落细胞引起全身栓塞的风险，该方法适用于慢性缺血性心力衰竭患者。

2.2细胞移植时机

尽管持续开展了相关临床试验，有关心肌梗死后接受干细胞治疗的最佳时间仍存在争议。Janssens等[15]在择期经皮冠状动脉介入治疗后24小时内予冠状动脉内注射自体骨髓来源干细胞，虽不能提高ST段抬高型心肌梗死患者的左心室功能，但FDG-PET扫描和心脏磁共振成像（CMR）检查提示梗死面积减少，心肌生存能力提高，心肌局部收缩功能改善。目前认为理想的治疗时间窗介于心肌梗死后炎症反应消失与梗死瘢痕组织形成前[16]。

3 临床应用

目前临床研究多建立在双盲试验基础上的较大规模随机对照研究，因此试验结果较为可信。基于以往有利数据的支持，已将研究干细胞治疗急性心肌梗死、陈旧性心肌梗死和缺血性心力衰竭的临床试验推进至Ⅱ或Ⅲ期。

3.1干细胞治疗在急性心肌梗死中的应用

目前，关于自体干细胞治疗在急性心肌梗死患者中应用的临床试验主要是研究经冠脉注射骨髓源性单核细胞的疗效。有实验结果表明骨髓源性单核细胞可进行旁分泌并横向分化为心肌内皮细胞和心肌样细胞[17]。第一个大规模随机临床研究证实了急性心肌梗死患者经冠状动脉注入自体骨髓源性单核细胞和循环祖细胞的临床可行性和安全性，随访12个月时，钆增强CMR显示左心室射血分数提高9.3%（P＜0.001）、心肌梗死面积减小[18]。由于骨髓源性单核细胞需在体外扩增培养后获得一定的治疗数量，因此无法在ST段抬高型心肌梗死患者中第一时间使用。自体脂肪源性类间充质干细胞与骨髓源性单核细胞有相似细胞学特征。脂肪源性类间充质干细胞可由大量的脂肪组织提取（每人200～600 g），由特殊酶进行部分消化，离心后便可得到脂肪源性类间充质干细胞，分离技术简单、获得量大，可在急性患者中第一时间使用。在一项随机双盲对照临床试验中，对急性心肌梗死患者行抽脂术，将获得的自体脂肪源性类间充质干细胞经冠状动脉内注入，随访6个月，自体脂肪源性类间充质干细胞治疗组超声心动图测量左心室射血分数平均提高5.7%，单光子发射计算机断层成像（SPECT）心肌灌注显像提示心肌灌注缺损减少6%，CMR检查提示心肌瘢痕形成减少了50%。此外，该研究发现，自体脂肪源性类间充质干细胞经冠状动脉内注射无明显并发症，应用安全[19]。目前对自体脂肪源性类间充质干细胞的研究多处在Ⅰ期临床试验，其临床效用尚需要在ⅡA/B期临床试验进一步中验证。

自体干细胞分化潜能会因患者年龄增大而逐渐降低，而同种异体干细胞可由健康年轻患者捐献获取，可在体外扩增、存储以备患者用时所需。异体干细胞主要的缺点是在免疫敏感患者中存在排异反应，而脂肪源性类间充质干细胞可获得免疫豁免，可用于具有免疫活性或免疫敏感患者中。一项双盲研究对再灌注心肌梗死患者经静脉注射异体间充质干细胞，随访6个月发现间充质干细胞组左心室射血分数提高更明显（7.3% vs 3.4%）[20]。尽管干细胞移植后可使心肌梗死伴左心室扩大及收缩性心功能不全的患者梗死面积减小，左心室射血分数、心脏指数以及心搏量增加，但无法从根本上逆转左心室重构的病理生理进程，术后也可能出现与移植相关的不良反应，如发热、恶性心律失常等，经冠脉注射还可能引起心肌组织的微梗死[21]。

3.2干细胞治疗在缺血性心力衰竭中的应用

缺血性心力衰竭和陈旧性心肌梗死目前主要通过经

皮冠状动脉介入治疗或冠状动脉旁路移植术行血运重建治疗。若患者自身冠脉条件较差，可尝试经心内直接注射干细胞，但几项中小规模干细胞治疗临床结果均不理想。

自体骨骼肌成肌细胞获取、培养和扩增相对容易，移植后可耐受缺血条件，目前有大量针对此类干细胞治疗缺血性心力衰竭的研究。应注意的是利用骨骼肌成肌细胞治疗心力衰竭时最危险并发症是细胞移植2周后发生的室性心律失常和心脏骤停，推测其可能与带电细胞移植物聚集成簇有关。

骨髓源性单核细胞也可用于缺血性心力衰竭，在Rostock Ⅰ期临床试验中，32例心肌梗死后伴有缺血性心力衰竭患者，血运重建时于心肌内注射CD133+骨髓源性单核细胞。随访6个月治疗组左心室射血分数提高5.8%，5年随访内无不良心血管事件发生[22]。

对于手术和药物疗效不好的陈旧性心肌梗死患者，也可以尝试干细胞治疗。在一项随机临床试验中，自体脂肪源性类间充质干细胞治疗无血运重建的陈旧性心肌梗死患者，随访6个月后，治疗组最大氧耗量提高3.4 ml/（kg.min），心肌梗死面积降低8.2%。

4 展望

目前，已有超过50项Ⅰ/Ⅱ期临床试验使用成人干细胞治疗心肌梗死或缺血性心力衰竭，不论使用哪种细胞移植手段，随访5年的临床结果均安全可靠。此外，Meta分析结果提示，干细胞治疗可有效减少心肌梗死面积，提高心脏的射血分数。但是，目前仍然存在一些问题：干细胞治疗能否真正减少心血管疾病的死亡率？不同来源干细胞的最佳治疗时间窗是否不同？自体细胞与异体细胞哪个更适合临床使用？这些问题均需要开展大规模的Ⅲ期临床试验来解决。

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2014-02-21）

（助理编辑：许菁）

教育部国家大学生创新创业训练计划项目（201310422095）

250012 山东省济南市，山东大学医学院（尤宏钊）；中国医学科学院 北京协和医学院 心血管病研究所 阜外心血管病医院心力衰竭中心（张健）

尤宏钊 学士 主要从事冠心病研究 Email：zero.you.199214@gmail.com 通讯作者：张健 Email：fwzhangjian62@126.com

R54

A

1000-3614（2014）06-0476-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.06.021