脐带间充质干细胞治疗缺血性心脏病的新进展

童珊珊，张宁坤综述 陈 宇审校

◇综述◇

脐带间充质干细胞治疗缺血性心脏病的新进展

童珊珊1，2，张宁坤2综述 陈 宇1，2审校

目前心脏移植是终末期缺血性心脏病（IHD）患者唯一有效的治疗手段，但由于供体来源短缺、免疫排斥和费用昂贵等限制，无法广泛应用于临床。随着干细胞研究的深入，人们看到了新的曙光。干细胞治疗，尤其是间充质干细胞（MSC）的替代治疗成为终末期 IHD患者的另一有效治疗选择。MSC是来源于发育早期中胚层内的具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的多能干细胞，广泛存在于骨髓、脐带、脂肪等组织中，能够产生多种细胞因子和化学因子，具有组织再生、免疫调节等功能，因此，MSC在再生医学中具有重要的科研和临床实用价值。现就脐带间充质干细胞（UC-MSCs）在 IHD治疗应用中的研究进展进行综述。

脐带间充质干细胞；干细胞移植；缺血性心脏病

心肌梗死导致心肌细胞数量减少、心肌纤维化形成瘢痕，使心脏失去正常的舒缩功能。目前的介入、药物等治疗手段只能改善心脏缺血，而不能减少梗死面积，患者的 5年死亡率达 50%；同时心肌梗死的患者反复住院，也增加了社会经济负担［1］。细胞治疗不仅能减少心肌细胞损伤和瘢痕形成，而且能重建梗死区心肌细胞和血管，成为研究的热点。

1 缺 血 性 心 脏 病 （ischem ic heart disease，IHD）的治疗现状

IHD又称冠状动脉性心脏病，是一种最常见的心脏疾病，由于其高发病率和死亡率，是当今社会致死的主要原因［2］。Krumholz et al［3］的统计结果表明美国每年约有 11万人死于心肌梗死，我国每年死于心血管病的约有 350万人，致死人群中有超过一半的患者与冠心病等诱发的心肌缺血关系密切。目前，虽然药物、介入、外科手术等治疗手段不断改进，但 IHD导致的死亡仍在不断增加。全国疾病监测系统 2004～2010年死因监测数据显示，IHD所致的死亡仍在以每年 5.05%的幅度上升［4］。其主要原因是心肌没有足够的再生和修复能力，一旦发生缺血坏死，坏死区心肌就会逐渐纤维化而形成瘢痕，致使心脏发生不可逆的器质性损害，最终导致患者死亡。由于供体来源短缺、手术创伤大及移植后可能出现急性排斥反应、致命性心律失常等严重并发症，使心脏移植很难广泛应用于临床。这就使得终末期心脏病患者的治疗陷入困境，但随着再生医学的发展和干细胞研究的深入，有望通过干细胞治疗，替代坏死心肌，实现心脏再生，来根本改善患者的预后。

2 脐带 间充质干细胞 （um bilical cord m esenchym al stem cells，UC-MSCs）概 述

UC-MSCs是来源于胎儿脐带血、脐血管周围、内皮下及华尔通氏胶质（Wharton′s jelly，WJ）等脐带组织 的 间 充 质 干 细 胞 （mesenchymal stem cell，MSC）［5］。脐带属于医疗废弃物，来源广泛，取材方便，UC-MSCs易于获取、冻存、培养简单、增殖活性高，且不受伦理道德等的限制，有望取代胚胎干细胞、骨髓 MSC，成为再生医学中理想的种子细胞［6］。UC-MSCs有自我更新能力，传代后无形态学变化，在体内外特定条件下可分化为骨、软骨、脂肪、心肌等多种细胞［7］。其表达多种免疫耐受和免疫调节相关蛋白，而不表达造血干细胞、内皮细胞特异性抗原及移植排斥反应相关抗原，因此免疫原性较低，很少引起免疫排斥反应。

3 UC-MSCs的作用机制

3.1 分化为心肌细胞移植细胞分化为心肌细胞，并与宿主心肌整合，重建梗死心肌，实现心脏再生，进而能够彻底改善患者预后。何红艳 等［8］将 BrdU标记的 UC-MSCs移植到大鼠心肌梗死模型中，2周后发现移植细胞仍然存活，且能表达成熟心肌细胞标志物，Wu et al［9］在体外和大鼠模型中证实 UCMSCs可向心肌分化，且细胞移植后心功能有明显的改善。

3.2 旁分泌作用移植细胞仅有很少一部分到达靶器官，且细胞移植后 72 h内即可观察到心功能的改善，提示这种显著的效果并非来自于移植细胞的心肌再生作用，Ballard et al［10］认为干细胞是通过旁分泌机制发挥改善心功能的作用。MSC分泌多种因子发挥旁分泌的作用，MSC分泌的因子包括：干细胞因子、胰岛素样生长因子-1、血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板源性生长因子、单核细胞趋化因子、白细胞介素-1、白细胞介素-6等，通过分泌这些生长因子和化学因子，诱导新生血管形成、降低心肌梗死面积、减少瘢痕形成和心肌细胞凋亡、改善心肌收缩力，同时血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子表达的增强，可促进缺血区移植细胞和宿主细胞的存活。

3.3 免疫调节作用UC-MSCs表达免疫耐受和免疫调节基因，不表达免疫反应相关基因。如表达MHC I类 分 子、MHC-E、MHC-F、MHC-G、CD90、CD105、CD29，不表达 HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ、CD40、CD40L。可通过抑制 T细胞的激活［11］、化学因子的分泌［12］参与免疫调节。因此，UC-MSCs可以降低心肌梗死后免疫机制介导的心肌细胞丢失，减少心肌瘢痕形成，减少心肌损害［13］。

4 UC-MSCs在 IHD方面的试验研究

4.1 体外试验UC-MSCs诱导心肌分化的方法有多种，目前常用的诱导剂有 5-氮胞苷（5-AZA）、维生素 C、催 产 素、5-氮-2脱 氧 胞 苷、bFGF、TGF-β1、PDGF等。5-AZA可 诱 导 UC-MSCs表 达 Nkx2.5、cTnT、βMHC等成熟心肌细胞特异性标志物［14］，体内心肌细胞的分化是多种因子与局部微环境共同作用的结果，有研究［15］表明小鼠心脏提取液能够促进心肌的分化。Jiang et al［16］表明 0.5μmol／L的磷脂酰鞘鞍醇能够促进 UC-MSCs分化为有功能的心肌细胞。随后 Konstanitinou et al［17］用磷脂酰鞘鞍醇、苏拉明、旋滴培养及生物发生器技术首次培养出了心脏微小组织，这些小组织块有望像补丁一样修复受损心脏。

4.2 体内试验虽然大量体外试验表明 UC-MSCs可诱导分化为心肌细胞，但诱导心肌是否与受体心肌整合、能否发挥功能学的作用、移植细胞的结局及安全性等问题尚不清楚。一些动物的心肌梗死模型有助于了解移植细胞的功能效率、生理学机制及安全性等（表 1），为进一步的临床研究提供了理论基础。

2009年，Wu et al［9］成功从完整脐带组织中分离出 UC-MSCs，然后将分离得到的细胞经 5-AZA体外诱导24 h，2周后发现细胞由长梭形逐渐增大呈球形，心肌细胞特异性标志物 α-actin、connexin43、cTnT、myosin在诱导 4周后高表达；随后，将 CM-Dil标记的 UC-MSCs通过心肌注射的方式移植到大鼠心肌梗死模型中，移植后 4周发现梗死区存在 CM-Dil标记的 UC-MSCs，且免疫荧光显示 cTnT表达，证明了 UC-MSCs在体内、体外都有向心肌分化的能力。Latifpour et al［19］在心肌梗死模型兔中发现，移植细胞同样可以在体内分化为心肌细胞，与对照组相比，细胞移植组 LVEF较高且心肌梗死面积缩小。Lopez et al［13］的实验表明，心肌梗死 24～48 h内给大鼠静脉注射 UC-MSCs，4 d后心肌梗死边缘可检测到注射的 UC-MSCs，25周后左室射血分数较对照组高，LA／Ao比值减小。对于经典的心肌内注射的移植方式，移植细胞易被血流冲走而不易定位，且由于心肌收缩对细胞的挤压，导致细胞损害，近年来有研究［25］表明，用甲基纤维素水凝胶制备的三维细胞聚集体，不仅可以使移植细胞稳定定位，而且可以减轻心脏收缩对移植细胞的损害。

表1 动物心肌梗死模型中 UC-MSCs移植的相关研究

4.3 临床试验不同类型的动物试验证实了干细胞应用的广阔前景，梗死区心肌细胞的再生能够增强心脏功能，而基于 UC-MSCs的细胞治疗可减少心肌细胞损伤、降低瘢痕形成及诱导新生血管形成，展现出优于现有疗法的独特一面。但目前将 UCMSCs应用于 IHD的实验较少，2015年 5月 30日，在 clinical trial gov官网上查找 “脐 带间充 质干细胞”和“缺血性心脏病”的实验，注册的实验仅有 4个。徐州医学院附属淮安医院对 30例心肌梗死的患者分别实行了冠脉介入+支架植入术和冠脉介入+支架植入 +hUC-MSCs移植，移植组将 5×107个细胞经冠状动脉移植入患者体内，移植 8周后，移植组的 LVEF明显高于非移植组，心肌梗死面积小于非移植组。实验证明冠脉介入治疗、支架植入结合细胞移植治疗心肌梗死优于冠脉介入和支架植入［26-28］。Li et al［29］将慢性冠状动脉完全闭塞的老年患者随机分成 3组，分别给予 3×106、4×106、5× 106不同剂量的 UC-MSCs进行治疗，随访 2年，无再发急性心肌梗死及死亡等严重心脏不良事件发生，证明了干细胞用于移植治疗的安全性和可行性。

5 问题及展望

目前可用于心脏再生医学的干细胞主要有胚胎干细胞、诱导多能干细胞、骨髓 MSCs、心脏干细胞和UC-MSCs等，胚胎干细胞、诱导多能干细胞可分化成心肌或心肌样细胞，但 ESCs由于致瘤性且存在伦理道德及免疫方面的问题而应用受限，虽然诱导多能干细胞可避免伦理问题，但由于其编程难度大、效率低且有较大致瘤风险等使其临床应用困难较大。骨髓 MSCs适合移植，但其存在感染的风险，且随着年龄的增大，骨髓 MSCs的增殖和分化能力都受到不同程度的影响。心脏干细胞可定向分化为心肌细胞且不存在伦理道德及免疫排斥，是用于自体移植的良好种子细胞，但由于其数量较少且分离困难，应用于临床仍面临众多的困难。UC-MSCs由于其自身的生物学特性而有广阔的应用前景。

然而从基础研究到临床应用仍然有很多的问题需要解决，目前 UC-MSCs的作用机制尚不完全清楚，移植细胞的数量及途径尚不统一。同时如何选择安全性好、重复性高的培养基，如何避免细菌污染，如何根据病情的轻重选择合适的移植方法等仍需要不断的探索。此外，现有 UC-MSCs的研究大都建立在动物模型上，临床研究并不多，尚不能完全证明干细胞治疗的可行性和安全性。干细胞治疗心血管病的远期效果如何仍需进一步研究。

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A

1000-1492（2016）02-0307-04

时间：2016-1-20 10：32：27

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／34.1065.R.20160120.1032.074.htm l

2015-11-17接收

国家自然科学基金（编号：81370238）；北京市自然科学基金（编号：7142156）

1安徽医科大学海军临床学院，2海军总医院心脏中心，北京 100048

童珊珊，女，硕士研究生；陈 宇，女，副 教 授，硕 士 生 导 师，责 任 作 者，E-mail：YuChen911＠hotmail.com