心脏干细胞研究进展

丁九阳 周播江

【摘要】自从20世纪末，心脏干细胞（Cardiac Stem Cells，CSCs）被发现并分离，以往认为的心脏细胞不可再生的传统观点被颠覆，心脏干细胞的价值越来越来越受到重视，许多学者开始从心脏干细胞这一新方法来治疗心脏疾病。本文就CSCs的特点及应用进展作一综述，尤其对其在心肌缺血疾病中的应用进行总结。

【关键词】心脏干细胞；心肌梗死

【中图分类号】Q2 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）03-0659-02

1998年，Kajstura[1]等发现心肌中有一种能够分裂的细胞。至此，以往的心肌细胞不可再生的观念受到置疑。2002年，Hierlihy[2]等发现这种细胞能够自我更新及多向分化，因此将其称为心脏干细胞。CSCs的发现使人们重新认识到心脏内环境的稳态维持。鉴于其组织特异性及其分化特点，心脏干细胞可能是心肌梗死的另一个治疗方法。

1 CSCs定义

CSCs有许多不同表型，其最重要的特点为自我克隆更新及分化增殖。CSCs在不同的生长因子及环境下可以分化为心肌细胞，内皮细胞和血管平滑肌细胞等。其在维持心脏内环境动态平衡中起到重要作用。CSCs数量及功能的异常可以直接导致心脏疾病。

2 CSCs来源

CSCs在心脏中的存在甚微，约8000·20000个心肌细胞中只含有1个CSCs[3]，因此不同学者的研究结果有差异。针对CSCs的来源，目前有两种说法已被广大学者认同：内源性及外源性[4]。前者是指在胚胎时期就存在 于心脏中，后者指心脏以外来源的细胞在出生后定植于心脏中。心肌细胞表达Islet-1，这个标志物也是胚胎干细胞的表面标志，另外，Wu SM等从大鼠胚胎中分离出了与c-kit+ CSCs类似性质的C-Kit+/nkx2.5+细胞，且这种细胞能分化为心肌细胞[5]，这些都说明CSCs来源于胚胎时期的心脏中。而证明CSCs的外源性的最经典的实验则是2002年的Quaini等[6]的体内性别交错心脏移植研究，他们将女性心脏移植到男性受者，结果发现在男性宿主的女性心脏中发现Y染色体的心肌细胞，有力地证明了CSCs外源性的特点。

3 CSCs分类

根据细胞表型可以将CSCs分为三类。

3.1 c-kit CSCs： c-kit細胞是由Beltrami等[7]发现最早且研究最深入的一类。c-kit是干细胞表面标志，c-kit细胞表达c-kit与细胞分化潜能有很重要的联系，最近有学者[8]发现在心梗患者c-kit能通过p38 MAPK通路从而促使CSCs从心肌层向梗死区迁移。同时，Li等[9]发现c-kit可以促使CSCs分化成熟。

除了关于表面标志功能的研究，对c-kit CSCs的研究也相当深入，大量体内实验证明[10-12]外源性c-kit CSCs移植至心脏后，移植的c-kit CSCs可以分化为心肌细胞和冠状血管，从而改善心室重构，增强心功能。

3.2 Sca-1+ CSCs：Sca-1是ly-6（淋巴坑原6）家族中的一员，是造血干细胞的一种表面标志，另外，还表达CD31与CD38.Sca-1+ CSCs与心肌细胞共培养时可分化为功能性心肌细胞。移植心梗小鼠Sca-1+ CSCs可通过旁分泌VCAM-1（血管细胞粘附分子-1）、VEGF（血管内皮细胞生长因子）和向心肌分化等途径来改善心功能[13]。敲除sca-1基因可造成小鼠心脏功能障碍，影响c-kit+ CSCs增殖能力[14]。

3.3 侧群细胞（SP CSCs，side population CSCs）：早在2002年由Hierlihy[2]等首次报道。其表达ABCG2（ATP-binding cassette G2）转运蛋白，表现为低的Hoechst33342荧光特性，因此可用流式细胞仪分选获得，用此方法已经从许多哺乳动物如鼠、人类等分离获得。体外培养证实SP CSCs可以自我更新及分化为心肌细胞[15]。SP CSCs包括许多类型细胞：血管内皮细胞、平滑肌细胞和骨髓间充质细胞[16]。

4 CSCs的分化与调节

CSCs分化成心肌细胞的过程需要许多因素调节，例如细胞因子、激素、药物和细胞内转录因子。

4.1 细胞内转录因子

Di Felice[17]等发现CSCs的分化需要GATA4、ATF2（adaptive transversal filter2）、NKX2.5和MEF2的表达。肿瘤生长因子（TGF-β，tumor growth factor-β）与骨髓形态发生蛋白（BMP-2，Bone morphogenetic protein-2）与CSCs表面受体结合介导GATA4、ATF-2与MEF2的表达，从而刺激CSCs终末分化[18]。另外，阿片类荷尔蒙可调节GATA4与NKx2.5的表达，通过蛋白激酶K通路来介导CSCs的分化。

4.2 药物与激素

Ventura[19]等发现催产素可刺激CSCs分化。5-氮胞苷可共价结合转甲基酶从而促使CSCs的终末分化[20].因此，这些刺激物均可用于CSCs的促分化成心肌细胞。

4.3 骨形态发生蛋白（BMP）

BMP是一个蛋白家族，它在胚胎发育过程中有着重要作用，其调节胚胎细胞向心脏细胞的转化且能促使CSCs向心肌细胞分化。Van等[21]研究证实体外培养CSCs中加入BMP可促使向心肌细胞分化，说明BMP在CSCs分化中的重要作用。

5 CSCs移植

目前动物试验大多采用骨髓间充质干细胞来代替CSCs来进行移植，也取得了较好的效果[22]。目前CSCs应用于临床还有许多难题，CSCs获得，分化诱导，临床试验等许多方面[23]。虽然动物移植试验取得了良好效果，但真正移植入梗死心肌的CSCs的存活及分化数量上仍然很低。因此必须找到刺激CSCs分化扩增的因子。Torella[24]等发现胰岛素样生长因子（IGF-Insulin like growth factor）可以在体内刺激CSCs分化。骨膜蛋白可刺激CSCs分化并增加心肌细胞数量从而提高心功能[25]。Urbanek[26]等发现移植的CSCs在梗死边界区的分化能力较强，分析原因可能是由于梗死区内环境恶劣，超过了CSCs的增殖修复能力，进而影响到CSCs的迁移。所以找到更有效的药物或因子来增强移植的CSCs的迁移及增殖能力才是首要问题。鉴于移植的CSCs的种类、数量的不确定性，因此，要把握心脏的内环境和移植入的CSCs的通信，保持完整干细胞特性这两个审查中心[27]。

6 問题与展望

虽然在动物模型上有一定的成果。但仍然存在许多问题：（1）不同表型CSCs的分化潜能的能力大小；（2）CSCs稳态被激活的机制；（3）心脏病变时被动员的CSCs是心脏源性的还是骨髓源性的；（4）寻求最适合移植的CSCs表型细胞及适合数量。鉴于CSCs的巨大潜能，因此其应用前景应该会很广阔。

参考文献

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