增强心脏干细胞疗法效果的方法和技术问题*

刘勇（1.自贡市第三人民医院，四川643020；2.成都中医药大学临床学院，四川成都610075；3.四川理工学院生物医学工程系，四川自贡643000；4.西南医科大学，四川泸州643020）

近年来，全世界数以千计的急、慢性心肌梗死和心力衰竭患者接受了干细胞疗法（stem cell therapy）的治疗，取得了初步临床效果。由于存在疗效差异和致心律失常问题，促进了进一步增强和改进干细胞疗法的技术和方法策略的研究。比如，筛选不同干细胞亚型，探索不同的干细胞释放途经和方法，改善干细胞活性，增强干细胞在病灶中的定植，提高存活率和繁殖力形成新的有功能的心肌细胞组织，改善心肌再生能力等方法。

1 不断筛选干细胞亚型

自2000年以来，使用最初、最多的细胞亚型为骨髓单核细胞（BMCs），采用球囊导管释放到冠状动脉，起到了增加心脏射血分数（EF）和减少心室扩张的作用[1]，后来为了不断研究更好疗效的细胞亚型[2⁃5]，又选择了骨髓CD133+细胞、骨髓多能造血干细胞CD34+、间充质干细胞、脂肪组织来源细胞、心肌干细胞（C⁃Kit+）的研究和应用，直到近年来正在热门研究胚胎干细胞及其他各种体细胞来源的诱导多能干细胞等[2，5]，不仅筛选不同类型细胞，还进行优化使用以增强疗效是近年干细胞疗法的两大策略。

由此可见，干细胞就相当于在坏死心肌组织的“土壤”中能够定植、生长、繁殖成新的心肌细胞群落的“种子”，如果能够生“肌”一派全部补满病变坏死的心肌，则无异于给心肌一片新的“绿洲”，重构其结构和功能。因此，不断发现、培育、筛选、修饰优良的干细胞“种子”是干细胞疗法的一项最重要课题之一。目前的研究工作还是初步的，虽然已能看出骨髓多能干细胞可能是疗效好、致心律失常作用小的优良“种子”之一的预兆，但仍需扩大病例继续进行前瞻性研究，并且比较多种来源干细胞的特点，扩大到其他脏器病变后的使用，也许将来要出现广谱“种子”与“种子⁃土壤”匹配对应特异性窄谱“种子”应用相互辉映的局面。

2 不断研究改善干细胞“种子”功能活性的措施

研究发现，心力衰竭、冠心病和糖尿病老年患者的骨髓或循环祖细胞、胚胎祖细胞等细胞的数量、功能、新生血管能力均有下降，显然不利于自体干细胞疗法的实施，也较难获满意的效果，而上述患者恰好是干细胞疗法的适宜对象，研究发现这些患者体内一氧化氮（NO）生物活性下降[6]，这是干细胞数量和功能下降的重要环节。已有研究报道，羟甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂（HMG⁃COA）和他汀类药物治疗能够提高患者的NO合成酶活性，从而改变其干细胞功能[7⁃8]。此外，他汀类药物还能够刺激患者胚胎干细胞（EPCs）和造血干细胞的增加，并加强其定植及生存能力，使用他汀类预处理后的EPCs的血管生成能力也得到提高，这些原理在肌营养不良性疾病和动物实验等多种疾病的干细胞治疗中均得到证实[9⁃10]。

此外，可能增强内皮NO合成酶表达和活性的途径有：过氧化物酶增生激动受体激动剂、雌激素[11]。干细胞老化的治疗措施有：他汀类药物增强细胞端粒重复捆绑因子2的表达，从而改善其功能；生长激素和胰岛素样生长因子1（IGF⁃1）也能改善干细胞功能[12]。

因此，在采取患者干细胞前，可以争取上述药物或细胞因子加以一定时期的预处理或治疗，以回归或改善“种子”的活性和功能，取得干细胞移植疗法的较好疗效。

3 增强干细胞在“土壤”中的定植、生存和衔接能力的措施

干细胞“种子”通过冠状动脉注入后需要经过外渗、移行、黏附、种植、存活、分布或固位、排列、功能整合等一系列过程才能完成在靶组织中生长，从而发挥功能。近年研究发现，干细胞疗法的低定植率、低固位率和低生存率是较普遍的现象，就连直接注射入心肌靶组织的方式，虽然很好解决了外渗、种植问题，但存活和长期衔接仍难以达到满意效果[13]。

目前，解决干细胞定植和固位、存活、衔接在靶组织较难现象的策略需从两方面着手：一方面是对“种子”细胞进行刺激黏附、迁移、存活和分化能力预处理，另一方面就是对接受“种子”细胞的靶组织进行更适宜祖细胞聚集、存活、衔接、繁殖的“环境”预处理。

人体内吸附细胞黏附的因子主要是整合素（integ⁃rins）和选择素（selectins），且已经证明在祖细胞聚集过程中起作用，也能有效加强祖细胞向靶组织的黏附定居[14⁃15]。同时，还可能通过先体外再体内生物医学工程技术的细胞工程使间充质细胞（MSCs）先转换成E/L选择素配体增强其定植能力后再释放入体内进行治疗[16]，以及用生物材料胶原结合L⁃选择素后也可增强细胞运动、定植、血管再生能力[17]；同样，研究应用整合素激活抗体先在体外与胚胎祖细胞（EPCs）预先激活，可以增强其在缺血组织中的定植、新生血管形成能力[18]。而靶组织的预处理措施即为增强“种子”聚集、存活、衔接、血管生成机会的方法，主要是加强对组织趋化因子（如SDF⁃1、基质因子 1及其受体 CxCR4）、细胞因子[如血管内皮生长因子（VEGF），白细胞介素 1（IL⁃1）、IL⁃8等]、生长因子[如 IGF⁃1、IGF、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子（HGF）等]和抗凋亡激酶等的适度表达和激活或平衡，借以更有力地聚集、成活更多的“种子”细胞，达到满意效果，相当于当代社会某地区创造优势条件成功“招商引资”的效果。上述几个方面从基础研究、临床前哨试验和部分临床研究均取得了令人信服的初步成就[19⁃25]，但未来还需要扩大前瞻研究，检验其有效性和安全性，才能进一步应用于临床。

4 小结和展望

细胞疗法是近年来探索的新领域，已经有了可喜的开端和成果，但其相关生物医学工程技术、基础和临床情况的复杂性远远超出了一个新药、一项介入新技术、一台新设备应用的难度。比如，细胞来源、类型、特性及其改进、处理方法和技术，释放（种植）方式和条件，人体免疫、炎症的影响，靶组织微环境的特点和优化，细胞黏附、聚集、存活、衔接环节的多因素影响，细胞成活后的再生繁殖能力究竟有多大，能否达到替代坏死或纤维化的靶组织的最佳期望？由此可见，还有许多课题有待研究。因此，细胞疗法这个再生医学的特殊、综合领域需要基础、临床、生物医学工程学及其他多学科的协同努力、各类专家密切合作和长期攻关，才能最终使细胞疗法循证成熟起来，造福人类。

今后的思路还应更加广泛，不仅要解决自体的干细胞问题，还要建立异体公共干细胞库、筛选干细胞的“良种”株，并加以商品化保存和应用，对靶组织的处理还应结合显微外科技术、移植医学技术、医学搭桥技术的成果加以酝酿、出新。

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