干细胞移植治疗心力衰竭的研究进展

乔素玲，王建新，陈改玲

（1.北京中医药大学 研究生院，北京 100029；2.中日友好医院 心内科，北京 100029）

综述

干细胞移植治疗心力衰竭的研究进展

乔素玲1，王建新1，陈改玲2⋆

（1.北京中医药大学 研究生院，北京 100029；2.中日友好医院 心内科，北京 100029）

心肌梗死后正常心肌组织缺血坏死，逐渐由结缔组织取代，心脏收缩功能减退，最终发展为心力衰竭。目前治疗心肌梗死的方法主要包括药物治疗、经皮冠状动脉介入治疗、手术治疗、机械辅助装置治疗，这些治疗方法虽可部分改善患者的临床症状，但无法从根本上修复缺血坏死的心肌。成人心脏再生能力极其有限，受损的心肌组织由纤维化瘢痕所取代，心脏结构无法逆转。对大部分终末期患者来说，心脏移植是其最后选择。由于供体缺乏、移植后长期使用免疫抑制剂、预后的不确定性以及费用高昂等原因限制了心脏移植的大规模开展。随着再生医学的发展，干细胞移植对心力衰竭患者是一种富有前景的治疗策略。

1 干细胞概述

1.1 干细胞定义、分类和来源

干细胞（stem cells，SCs）是具有自我更新和多向分化潜能并能无限增殖的细胞群。根据发育阶段，干细胞分为2类：①胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）通过接种于滋养层细胞上或在培养液中加入白血病抑制因子等方法保持其未分化状态，去除分化抑制因子后，胚胎SCs可分化为具有三胚层结构的拟胚体，拟胚体中的细胞可分化为多种细胞类型；②成体干细胞（adult stem cells，ASCs）包括神经SCs、造血SCs、脂肪SCs、骨骼肌成肌细胞等。

根据分化潜能大小，SCs可分为4类：①全能SCs：指受精卵到卵裂期32个细胞前的所有细胞，具有无限分化潜能，能分化成所有组织和器官，能分化为完整个体；②亚全能SCs：能形成所有成体细胞类型，但不能分化为完整个体，胚胎SCs就属于这一种；③多能SCs：具有分化为多种细胞组织的潜能，如造血SCs；④专能SCs：由多能SCs进一步分化而来，只能分化成某一类型的细胞，如某些肝脏细胞，骨髓造血SCs。目前用于治疗心力衰竭的SCs包括：胚胎SCs、诱导多能干细胞 （induced pluripotent stem cells，iPSCs）、心脏干细胞（cardiac stem cells，CSCs）、骨髓干细胞、骨骼肌成肌细胞（skeletalmyoblasts，SMs）。

1.2 胚胎SCs

胚胎SCs具有无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，胚胎SCs都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。但由于伦理问题，胚胎干细胞相关研究进展较慢。

1.3 诱导多能SCs

iPSCs具有取材方便、无限增殖、无伦理问题等特性，可诱导分化为任何一种类型的细胞。iPSCs是通过对终末分化细胞如皮肤细胞、肌肉细胞或其他成熟细胞进行重编程而获得。但由于逆转录过程需经病毒转染完成，因此增加形成肿瘤的风险。此外，iPSCs诱导分化产生心肌细胞的过程不稳定和分化产生的心肌细胞存活率低，尚需进一步研究解决。近期一项研究[1]表明，通过同种异体皮肤细胞获得的iPSCs诱导分化而产生的心肌细胞，移植到发生急性心梗的猕猴，结果显示猕猴心脏收缩功能显著改善。另一研究[2]表明可将成纤维细胞直接重编程为心肌样细胞，无需通过获得iPSCs来进行，从而避免形成肿瘤的风险。但目前直接重编程还处于初期研究阶段，尚未成熟运用到临床试验中。

1.4 心脏SCs

CSCs具有自我更新、克隆形成多种分化潜能SCs的特性，在体内、外均可分化成心肌细胞、平滑肌细胞和内皮细胞。参与调节心脏SCs的相关因子包括SCs因子（stem cell factor，SCF）、 粒细胞集落刺激因子 （granulocytemacrophage colony stimulating factor，G-CSF）[3]、胰岛素样生长因子[4]等。

1.5 骨髓SCs

包括骨髓单核细胞（bonemononuclear cells，MNCs）和骨髓间充质干细胞（marrow stem cells，MSCs），也被用于心肌梗死和心衰的细胞移植治疗。①MNCs是将骨髓经梯度离心而获得的含间充质 SCs的混合细胞[5]，取材、培养方便，是目前较有前景的SCs类型[6]。②关于MSCs研究较多，从骨髓取材的造血SCs和间充质SCs能分泌多种细胞因子和趋化因子，它们通过血管活性、能够促进细胞存活及血管生成、参与免疫调节的作用参与心肌修复和重建[7]。

1.6 骨骼肌成肌细胞

SMs具有取材方便、无排斥反应、无伦理问题等特性。但GandolfiF等[8]发现缝隙连接蛋白43（connexin43，CX43）缺乏会导致移植的SMs不能与周围心肌细胞同步兴奋、收缩，这可能导致SMs移植后心律失常的发生，使骨骼肌应用受到一定程度的限制。

2 SCs分化为心肌细胞机制

关于SCs分化为心肌细胞的具体作用机制目前尚不清楚，普遍认为直接分化、旁分泌、血管生成、免疫调节等协同作用。诱导SCs分化为心肌细胞的方法主要有化学诱导及生物诱导两大类。这2种方法在诱导SCs分化为心肌细胞所存在的共同问题是分化效率低。近年有学者开始关注中药在 SCs移植治疗心力衰竭中的作用，有研究[9，10]发现丹参、人参等中药既可以直接作用于体内的SCs，促进其增殖、分化，也可以通过影响SCs所处的微环境，促进其存活与功能建立，调整机体的免疫功能，减轻或消除免疫排斥反应。另有研究[11]表明，MSCs与CSCs联合移植时，MSCs可促进CSCs增殖、迁移和分化。

Van Berlo等[12]研究发现移植的心脏SCs直接分化为心肌细胞的数量有限，认为其心功能改善主要是通过多种间接机制发挥作用。近年来已逐渐证实旁分泌作用是细胞自我修复的重要分子调控机制，通过移植SCs的旁分泌作用或可为心力衰竭治疗提供一种新方法。Tang等[13]研究发现移植的心脏SCs主要通过旁分泌途径动员自体心脏SCs增殖、分化从而改善心功能。外泌体是细胞在生理和应激状态下所产生的直径介于30～100nm的膜状小体，是SCs旁分泌效应的典型代表，其富含大量母体SCs来源的microRNA，mRNA及蛋白质。Lai等[14]从胚胎来源的MSCs培养液中提取出外泌体，并证实这些外泌体能够减少小鼠急性心肌梗死的面积。有研究表明SCs与心肌细胞、淋巴细胞等相比其扩增能力，旁分泌效应更强、且可以分泌较高浓度的外泌体[15]。作为SCs旁分泌产物之一的外泌体在改善急性心梗后心功能时需要较高的浓度，因此需要足量的SCs以获得高浓度的外泌体[16]。

3 细胞移植途径和治疗时间窗及数量

目前SCs治疗心力衰竭的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。经静脉内注射的SCs主要被肝脏和肺脏截留，注射后4h仅有＜1%的SCs存留在心肌梗死区[17]。经冠状动脉内注射操作简便、技术成熟，可在病变血管部位注射，但该方法有导致冠状动脉破裂的风险。心肌内直接注射分为经皮穿刺心肌内注射和经胸直视下心肌内注射两种技术，其中经皮心肌注射技术通常使用专用注射器，利用心脏影像学技术，可将SCs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[18]。

有关细胞移植治疗时间窗的研究较少，Daniel Sürder等[19]进行了多中心前瞻性研究——SWISS-AMI研究（Swiss multicenter intracoronary stem cells study in acute myocardial infarction），在急性心肌梗死早期（5～7d）和后期（3～4周）分别经冠脉内注射MNCs，结果发现无论是在心梗后早期还是后期，在第4个月随访时左室收缩功能无明显改善。对于SCs移植的数量目前尚无明确标准，需进一步深入研究探索。

4 SCs移植治疗心力衰竭的临床研究

一项随机、双盲、安慰剂对照的TAC-HFT临床研究试验[20]，共纳入65例缺血性心肌病伴左室射血分数＜50%患者，59例患者完成该项研究。治疗组分别通过心内膜下注射自体MSCs和MNCs。研究结果显示，与安慰剂组相比，MSCs和MNCs组的明尼苏达心衰生活量表得分（MLHFQ）均得到改善，但仅MSCs组6min步行距离（6MWD）、梗死面积、心功能得到改善。MSCs、MNCs和安慰剂组1年严重不良事件发生率分别为31.6%、31.6%和38.1%。该研究的结论是心内膜下注射自体MSCs和MNCs是安全的。

TIME（timing inmyocardial infarction evaluation）[21]试验是CCTR（cardiovascular cell therapy research network）试验的一个分支研究，共纳入120例患者，入组标准为ST段抬高型心肌梗死，急诊PCI术后LVEF＜45%，在PCI术后3d和 7d经冠脉内注射1.5×108自体骨髓单核细胞，结果显示6个月后实验组与对照组左室收缩功能无显著差异。

2016年美国心脏病学年会 （ACC）公布了ixCELLDCM试验2B阶段的研究结果[22]。该研究是随机双盲、安慰剂对照试验，共纳入126例患者，随机分为ixmyelocel-T干细胞治疗组和安慰剂组。入选标准为缺血性心肌病、NYHA心功能分级Ⅲ或Ⅳ级、LVEF≤35%、置入了心脏转复除颤器、不适合于血运重建有症状的心力衰竭患者。研究的主要终点事件为全因死亡，因心血管事件及急性心力衰竭而再次住院或就诊。结果显示，12个月后心内膜注射ixmyelocel-T干细胞组主要终点事件数显著减少。

5 存在的问题和展望

SCs移植治疗心力衰竭目前已取得一定进展，研究已证实SCs移植治疗心力衰竭是安全的。但对于SCs移植治疗心力衰竭的有效性，目前大型随机、双盲、对照的Ⅲ期临床试验得出的结果并不一致，其有效性有待进一步研究证实。SCs移植治疗心力衰竭尚存在以下方面的问题：（1）SCs移植治疗心力衰竭的作用机制尚不明确，移植后的SCs是通过分化为心肌细胞而发挥作用，还是通过旁分泌作用改善心衰患者的病情？中药在SCs移植治疗心力衰竭过程中是如何发挥作用的？（2）移植SCs的类型、最佳剂量、途径、时机及频次目前尚无统一标准；（3）如何进一步提高移植后SCs的滞留率和存活率。这些SCs移植治疗心力衰竭存在的问题有待进一步临床研究。

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R541.6

A

1001-0025-（2017）03-0182-02

10.3969/j.issn.1001-0025.2017.03.016

2* 本文通讯作者。

乔素玲（1987-），女，硕士研究生。

2016-11-02

2017-03-01