细胞移植治疗心力衰竭的研究进展

吴费凯、杜苗苗综述，施育平审校

细胞移植治疗心力衰竭的研究进展

吴费凯、杜苗苗综述，施育平审校

随着人口老龄化进程的加快和高血压、冠心病等常见心血管疾病发病率的上升，心力衰竭的患病率逐渐升高。传统的药物治疗未能从根本上解决心力衰竭，而心脏移植则由于供体严重不足以及后续的免疫抑制治疗使得它的临床应用受到限制。细胞移植作为治疗心力衰竭的新途径，来源充足，取材方便，自体干细胞避免了免疫排斥的问题，临床应用前景广阔。本文就细胞治疗心力衰竭的研究进展进行综述。

综述；心力衰竭；细胞移植

心力衰竭是一种复杂的临床综合征，是由于各种因素导致心脏结构或功能异常，从而使心室充盈或射血能力受损，产生一系列的病理生理改变，引起心力衰竭的症状和体征。心力衰竭作为各种心脏疾病的严重和终末阶段，具有发病率高、死亡率高的特点，5年生存率与恶性肿瘤相近，严重者1年内病死率高达50%。在中国，跟其他国家一样，心力衰竭是引起住院治疗的一个普遍原因，心力衰竭问题已成为一个重要的社会问题，严重威胁人类的健康。心力衰竭发病率日益增加，传统的心力衰竭治疗方法包括药物治疗、介入治疗和心脏移植，前两者未能从根本上解决心力衰竭，而心脏移植则由于供体严重不足以及后续的免疫抑制治疗使得它的临床应用受到限制。干细胞是一种具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，干细胞移植作为治疗心力衰竭的新途径，给我们带来了新的曙光，近20年里，开展了大量的临床前和临床研究，多项研究支持各种干细胞能够改善心脏功能以及减弱不利的左心室重构，包括缺血和非缺血性心肌病等[1,2]。本文将对细胞治疗心力衰竭的研究进展进行综述。

1 胚胎干细胞（ESCs）

ESCs来自于胚胎植入前期的内细胞团 。在拟胚体时，鼠和人的ESCs都具有分化成3胚层的能力，即，外胚层、内胚层、中胚层（含有心肌细胞）。从拟胚体分离得到人ESCs来源的心肌细胞表现出了成熟心肌细胞的形态（具有适当的组织化肌节蛋白），并且表达心脏特异性的转录因子，如NKX2.5、GATA-4、MEF2C[3]。同时，它们也表现出心房、心室和节点动作电位特有的自发跳动活性[4]。目前有报道称这类细胞能够分化成心肌细胞并改善左心室功能[5]。另外在衰减左心室的重构，改善左心室心肌收容性功能也有一定的效果[6]。

尽管关于ESCs分化成心脏的能力有完整的研究记录，但是在伦理学和致瘤性（ESCs移植后具有形成畸胎瘤的潜在风险[6]）问题上严重妨碍了它们在临床上的使用。

2 诱导多能干细胞（iPSCs）

在2006年，高桥和中山伸弥通过转导的小鼠成体成纤维细胞用4种因子（OCT3/4、So-2、c-Myc、Klf4）制备出了一个细胞群，它们被命名为iPSCs，这些iPSCs表达ESCs表面标记物和呈现ESCs形态学，且生长特性也类似于ESCs[7]。随后被证明iPSCs的心原性潜能很接近ESCs，并且iPSCs诱导来的心肌细胞具有心脏细胞特有的功能特性，如自发地跳动、收缩和离子通道的表达[8]。但是目前还没有研究对iPSCs在动物心力衰竭模型中治疗潜能做过专门的评估。尽管iPSCs拥有巨大的心脏再生希望，但是目前还有很多问题亟待解决，比如致癌性（OCT4、c-Myc、Klf4被认为是致癌基因），另外包括iPSC生成的低效性和细胞系变异性等问题尚未解决。因此，iPSCs应用于临床可能还需要一段时间。

3 骨骼肌成肌细胞

骨骼肌成肌细胞来源于卫星细胞，是一类存在于肌纤维膜基底的骨骼肌前体细胞群。当肌肉损伤时，这些卫星细胞将会增殖和通过分化成肌小管和新的肌纤维促进肌肉再生，由于这类细胞易于获取，能在体外快速的扩增，而且对低含氧和缺血情况具有抵抗力 ，所以骨骼肌成肌细胞率先被用到了心力衰竭的临床前和临床研究中[9]。然而，当成肌纤维移植到损伤的心脏中，我们发现它们形成了骨骼肌纤维而不是心脏的肌肉纤维[10]。骨骼肌成肌细胞促进修复的能力已经在动物心力衰竭模型中完成了评估[11,12]。在心肌内和冠状动脉内给药后，都发现这些细胞分化成肌小管，并且在有疤痕的心肌上形成了骨骼肌样的移植物。骨骼肌成肌细胞的作用是在非缺血性心肌病中改善心脏功能。在这些研究中还发现，心肌内注射成肌细胞能改善左心室功能和减少间质纤维化。

I期临床研究是在一些重症缺血性心力衰竭患者中开展的。在实施冠状动脉旁路移植术（CABG）中于左心室疤痕区域注射骨骼肌成肌细胞，患者心脏功能有所改善[13,14]。在这次临床实验后，一些小的、非随机的研究表明，在给缺血性心肌病患者心肌内注射成肌细胞后，患者的左心室功能改善了[14，15]。虽然一系列的实验研究显示骨骼肌成肌细胞治疗心力衰竭有效果，但是至今最大的临床研究没能进一步证实这些结论。由于在进行这些临床试验的时候，同时伴有CABG或安装左心室辅助设备过程，这使得难以区分成肌细胞在血管再生中的作用。目前用骨骼肌细胞治疗心力衰竭的热情已经褪去。

4 骨髓来源的干细胞

4.1骨髓单个核细胞（BMMNCs）

BMMNCs是一类异质细胞群，它们包含间充质干细胞（MSCs）、造血干细胞（HSCs）、内皮祖细胞（EPCs）和其他一些定向细胞系。由于BMMNCs很容易获得，也不需要体外培养，所以很多研究员都用它们在急性心肌梗死动物模型中试验。在猪梗死后心力衰竭模型中，通过向疤痕组织中直接注射BMMNCs没有改善左心室功能[16]。与这个结果形成对照的是，在狗的研究中发现BMMNCs可以改善心肌功能，减少胞浆N末端B型利钠肽原水平，以及促进血管再生[17]。

BMMNCs在缺血性心脏病及非缺血性心脏病上均进行了研究[18,19]，在TOPCARE-DCM中，给33例膨胀性心肌病患者冠状动脉灌注（25±135）×106BMMNCs后，患者的局部收缩和微脉管功能都得到了改善，并且N末端B型利钠肽原血清水平也降低了，这表明BMMNCs在左心室重构过程中是有用的。有意思的是，局部收缩功能的增强与输注细胞的机能（如克隆形成能力）呈正相关[19]。

4.2MSCs

MSCs又叫骨髓基质细胞，是干细胞家族的重要成员，来源于发育早期的中胚层和外胚层，属于全能干细胞。MSCs能够分化成软骨细胞、脂肪细胞、成骨细胞和骨骼肌细胞，另外有报道称可以分化成心肌细胞[20]，尽管目前还有争议。

在对慢性心力衰竭动物模型的研究中，发现MSCs对治疗心力衰竭还是值得期待的。到目前为止，有一项临床研究证明MSCs对心力衰竭患者是有效的[21]。该试验比较了三种剂量的自体或异体MSCs[（20、100、200）×106个细胞]对缺血性心力衰竭患者的影响。结果表明所有剂量都能改善患者的心脏功能。

4.3HSCs和血管EPCs

HSCs存在于骨髓中，可以分化成骨髓系和淋巴系细胞。而EPCs在缺血损伤时会动员到外周血，并分化成内皮细胞(再内皮化)促进新血管生成[22]。CD34+是 HSCs和EPCs共有的典型表明标记物 ，因此，CD34+细胞同时存在于骨髓和外周血中，并且有分化成所有类别血细胞和内皮细胞的潜能（在血液中＜1%的有核细胞是CD34+细胞）。

目前已经在临床上开展了自体CD34+细胞移植。对缺血性心肌病患者，在进行CABG手术时与梗死周围活的左心室区域注射CD34+细胞跟只采取CABG手术比起来有效改善了收缩功能[23]。对非缺血性心肌病患者，冠状动脉内输注CD34+细胞可以增加左心室射血分数（LVEF）和6 min步行距离，同时能降低N末端B型利钠肽原水平[24]。

关于CD34+治疗心力衰竭（包括缺血性和非缺血性心力衰竭）的经验是鼓舞人心的，但是开展的临床研究规模较小。跟其他细胞一样，为了评价这类细胞对心力衰竭治疗的关键作用，开展更大规模研究是必不可少的。

5 心脏干细胞（CSCs）

近来在心脏生物学上有了突破性的进展，研究发现成年心脏的组件（包括肌细胞）能够发生改变。这一过程可能是由CSCs引起的，这些细胞能够调节心脏内环境及参与出生后心脏的生理性和病理学性的更新和修复，它们能够分化成心肌细胞、平滑肌细胞和内皮细胞[25]。这为心力衰竭提供了新的治疗途径。

在2003年，Beltrami等[26]从成年大鼠心脏中分离出一群细胞，它们表达酪氨酸激酶受体c-kit（一个干性标记）但是缺乏HSCs标记物。这些c-kit+CSCs具有自我更新、克隆形成和多潜能特性，能在体内和体外分化成心肌细胞、平滑肌细胞和内皮细胞[27]。4年后，一种类似于c-kit+CSCs从成年人心脏中分离出来[27]。对梗死啮齿动物心肌注射人CSCs后，可以改善左心室功能和结构，还能形成嵌合心脏（含有心肌细胞组成的人心肌和血管）。

在SCIPIO I期临床试验中，虽然随访还没结束，但是现在的结果已经非常鼓舞人心[28,29]。20例接受CSCs治疗的患者，在CSCs输注4个月后LVEF从输注前的（29.0±1.7）%到（36.0±2.5）%。而在对照组中的13例患者的LVEF则没有任何改变。研究还发现，CSCs的有效作用一直持续着，且随着时间延长效果更加明显（1年后，LVFE：+8.1%，n=17；2年后，LVEF：+12.9%，n=8）[30]。在接受CSCs治疗的9例患者中，通过磁共振成像可以发现在4个月（减小38.1%）和1年后（减小44.8%）梗死面积有明显的减小[28]。

总之， CSCs的发现对心力衰竭的治疗确实带来了新的希望。这些有希望的观察结果确保开展更大规模Ⅱ期临床试验。需要指出的是，在SCIPIO中所用的CSCs分离自右心房心耳，而现在从心肌活检标本中也能分离和扩增CSCs，这使得自体CSCs治疗大部分慢性心力衰竭患者成为可能。

6 总结

心力衰竭作为一个长期困扰着科学界和医学界的难题。随着科学技术的不断进步，以及对它发病机理研究的深入，对于它的治疗方法取得了长足的进步，但是到目前为止还没找到一种行之有效的根治方式。

干细胞治疗的研究仍处于新兴的初期阶段，尽管还存在大量的问题亟待解决，但是目前已近表现出来令人惊喜的结果。ESCs作为最为原始干细胞，对心力衰竭的治疗有着诱人的应用前景。但目前还存在着伦理学和致瘤性问题，阻碍这项技术的推进。iPSCs是一种体外诱导的多能干细胞，有类似于ESCs的特性，但目前这项技术还不够成熟及存在一些潜在的安全性问题，离临床应用还有一段路要走。骨骼肌成肌细胞，不仅容易分离和扩增，并且在临床前和临床研究中也证实了移植到心脏后细胞发生了分化，但是未表现出预期的治疗效果，且分化的细胞也不是心肌细胞。骨髓细胞的一类异质细胞，由于易于获取，在临床研究中应用比较广泛。在心力衰竭的治疗研究中，主要采用直接移植和纯化后移植两种策略，目前获得的研究结果有证据表明它们能改善心脏功能，但是还需要大规模的临床试验来验证。CSCs作为心脏生物学上的突破性研究发现，目前这类细胞在心力衰竭治疗研究中所取得的令人惊喜的结果，可能会根本性的改变心力衰竭治疗的方法。由于干细胞来源充足，取材方便，自体干细胞避免了免疫排斥的问题，其临床应用前景广阔。我们期待更多的研究为心力衰竭的干细胞治疗提供充分的理论及实践指导。

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2016-10-13）

（编辑：王宝茹）

312300 浙江省杭州市，浙江大学医学院附属第二医院 心内科

吴费凯 主治医师 硕士研究生 主要从事心力衰竭的临床研究 Email：kaikaiddj@qq.com 通讯作者：施育平 Email：shiyuping007@hotmail.com

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1000-3614（2017）04-0406-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2017.04.022