间充质干细胞移植治疗心梗后心力衰竭的研究进展

李若男，文敏，丁良玉，寿锡凌

（西安医学院，陕西 西安）

0 引言

慢性心力衰竭（Chronic Heart Failure，CHF）是各种心脏结构或功能性疾病导致心室充盈和（或）射血功能受损，心排量不能满足机体组织代谢需求而出现的一系列临床综合征。心肌梗死（Miocardial infarction，MI）是导致HF最常见的原因之一[1]，陈旧性心肌梗死占CHF患者的50%以上[2]，同时CHF也是MI患者死亡的主要原因之一。目前治疗虽能再通闭塞血管，但仍有部分患者经历不良心室重构，最终发展为难治性心力衰竭。CHF具有死亡率高、预后差等特点，约50%患者在诊治后5年内死亡[3]。研究发现间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）移植治疗可促进心肌细胞修复和再生，在改善心功能方面具有一定潜力，有望改变CHF的治疗现状。

1 心梗后心力衰竭的主要病理生理机制

心室重塑是CHF发生、发展的主要病理机制。成熟心肌细胞是不可再生细胞，当冠状动脉发生急性闭塞后，心肌细胞坏死，随之细胞外基质、胶原纤维网过度纤维化，形成不具备心肌功能的瘢痕组织[4]。为保证正常射血，残存心肌细胞负荷加重，代偿性肥厚，过度肥大的心肌细胞内线粒体含量相对不足，同时毛细血管数量增多不足，致使肥大心肌细胞产能减少，心肌收缩力减弱，逐渐发展为CHF。

心肌损伤早期，机体启动多种神经-体液因素来适应性代偿，维持心脏泵血，随着时间推移，这一机制失衡加重心肌损伤。此外缺血、缺氧进一步损伤血管内皮细胞，内源性血管舒张因子减少，收缩血管因子分泌增加，刺激血管平滑肌细胞增殖，增加脂质在血管壁沉着，从而加重心肌缺血，心室收缩、舒张功能逐渐恶化，最终发展为缺血性心力衰竭。

2 心梗后心力衰竭治疗现状

2.1 控制危险因素

目前已知吸烟、饮酒、肥胖、高血压、糖尿病、高血脂等是心血管疾病的主要危险因素。控制危险因素是所有治疗的前提，严格戒烟、戒酒，积极控制血压、血糖及血脂可以延缓缺血性心力衰竭的进展。

2.2 药物治疗

抗血小板药物通过抗血小板粘附和聚集，减少血栓形成，改善心肌供血，延缓CHF进展。利尿剂通过降低循环血容量减轻心脏前负荷，从而改善症状。螺内酯作为醛固酮受体拮抗剂，不仅有利尿作用，还能够阻断醛固酮效应，抑制心室重塑，改善CHF远期预后[5]。β-受体阻滞剂可抑制交感神经激活，减轻症状，降低患者死亡率。血管紧张素转化酶抑制剂及血管紧张素受体拮抗剂是治疗心衰的基石[6]，主要通过抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统改善心室重塑。血管紧张素-脑啡肽酶抑制剂（Angiotensin-Neprilysin Inhibition，ARNI）是CHF治疗领域的重大突破。沙库巴曲缬沙坦是其代表药物，能够抑制脑啡肽酶降解血管活性肽, 提高血浆内皮素及活性利钠肽水平, 升高血管紧张素Ⅱ水平, 而缬沙坦则拮抗血管紧张素Ⅱ与血管紧张素受体AT1结合, 两者结合发挥心血管保护作用[7]。洋地黄类等正性肌力药物也可改善临床症状，降低住院率。其他一些新型抗心力衰竭药物包括人重组脑钠肽、左西孟旦、伊伐布雷定等均有一定疗效。

2.3 非药物治疗

冠脉介入治疗(Percutaneous Coronary Intervention，PCI）能有效开通狭窄、闭塞血管，快速恢复心肌供血，挽救濒死心肌，是冠心病血运重建的主要手段。通过PCI不能达到血运重建的患者，可以通过冠状动脉旁路移植术改善狭窄血管远端血供，降低死亡率和再次血运重建风险[8]。对于经充分抗心力衰竭药物治疗后，心功能仍在3级及以上的窦性心律患者可考虑心脏再同步化治疗（Cardiac Resynchronization Therapy，CRT）。CRT通过心脏起搏增加左室舒张期充盈时间, 改善传导异常, 恢复左右室及心室内电机械同步运动，调节左心室收缩功能，延缓心室的病理性重构[9]。心脏移植治疗作为终末期心力衰竭的有效治疗手段，因供体缺少、价格昂贵及移植排斥等因素，临床应用受到一定限制。

3 MSCs治疗心梗后心衰

MSCs是中胚层来源的干细胞，具有在适宜的条件下归巢到损伤部位分化成血管、 脂肪、 神经、 软骨、 骨等多个胚层组织细胞分化的潜能，具有抗炎、 免疫调节、 营养作用及自我更新和增殖能力。MSCs可以从骨髓、脑、肝脏、肾脏、脐带血、脐带、胎盘、动员外周血、脂肪组织、牙髓、甚至胎儿肝脏和肺组织体外培养扩增获得[10]。不同来源的MSCs不表达或低表达造血细胞表面标记物CD14、CD33、CD34和与移植排斥相关的细胞表面标记物CD80、CD86、CD40、CD25，使其产生免疫耐受，用于异体间移植也不引起免疫排斥反应[11]。

3.1 MSCs治疗心梗后心衰的机制探讨

3.1.1 分化成心肌细胞

移植入体内的MSCs可以归巢到损伤的心肌组织部位，并可根据微环境的不同分化表达肌球蛋白、肌动蛋白和肌钙蛋白等一系列心肌标志物[12]。2001年，Orlic[13]等人发现自体的小鼠骨髓干细胞移植于受损心脏可以分化为心肌细胞，为干细胞移植治疗心梗后心力衰竭奠定了基础。Zhang[14]等研究发现，脐血MSCs移植组缺血区的未成熟心肌细胞数量显著高于对照组，证实MSCs可促进心肌细胞再生。但近年来有研究[15]发现干细胞移植3周后存活率极低，然而在移植6个月后心功能仍在不断改善，提示干细胞分化为心肌细胞并不是干细胞发挥作用的主要机制。

3.1.2 促进血管生成和血管新生

MSCs可以促进内皮细胞的增殖、发芽和迁移，形成血管样的结构，还可分泌各种细胞因子促进血管再生。有研究显示将MSCs注射入心肌缺血的大鼠模型中，心肌梗死边缘区有毛细血管形成，心肌梗死面积缩小，说明MSCs通过促进血管生成达到改善心肌缺血状态。DANIELI P等[16]利用基因芯片技术检测到MSCs可分泌VEGF、碱性纤维细胞生长因、胰岛素样生长因子、促血小板生成素及血小板源性生长因子-BB等，这些细胞因子均有促进血管生成的作用。Tang[17]等研究显示，自体移植MSCs后，VEGF和碱性成纤维细胞生长因子表达量较对照组明显增多，移植2周后新生毛细血管的密度高于对照组。

3.1.3 旁分泌机制

研究显示MSCs主要通过旁分泌机制改善心功能[18]。其中外泌体在细胞信号转导中发挥重要作用。MSCs分泌的外泌体是包含了特异性蛋白质、脂质、复杂RNA的直径为30-120nm的微小膜泡,可参与细胞间的信号转导及物质运输,具有促进血管生成作用[19]。在心肌缺血/再灌注损伤模型中，外泌体可以减少心肌梗死的面积，改善再灌注损伤。低氧诱导因子-1（Hypoxia Inducible Factor-1,HIF-1α）普遍存在人体细胞内，常氧条件下HIF-1蛋白很快被细胞内氧依赖性泛素蛋白酶降解途径所降解，只有在缺氧条件下HIF-1才可稳定表达。Hernan[20]等研究显示细胞缺氧时HIF-1α蛋白水平提高，过表达的HIF-1α能够增强MSCs外泌体分泌，从而促进血管生成，改善缺血症状。外泌体不仅可以诱导新生血管形成，抑制细胞凋亡，还可通过抑制心肌细胞炎性因子表达、限制梗死区炎性细胞浸润减轻炎症损伤[21]。

3.1.4 抗炎及减轻氧化应激

心肌梗死后引发心肌缺血损伤，激活一系列炎症因子，包括TNF-α、白细胞介素及C反应蛋白等，加重心肌损伤。此外CHF病人预后的独立预测因素活性氧簇在血管重塑、动脉血管的损伤、心肌缺血/再灌注损伤中发挥重要作用。在细胞缺氧条件下，MSCs可分泌超氧化物歧化酶、 谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶，这些酶可以对抗活性氧簇，减轻心肌细胞及血管内皮氧化应激损伤[22]。

3.1.5 线粒体转移机制

缺血-再灌注损伤可能会导致线粒体受损，影响细胞能量代谢，使心肌产能减少，收缩性减弱。心衰发生后，代偿性的过度肥大的心肌内线粒体含量相对不足，肥大心肌内的线粒体氧化磷酸化水平降低加快了CHF的进展。Lin等[23]发现MSCs可以将自己的线粒体转移到受损细胞中，改善受损细胞的氧化磷酸化水平。曾有应用线粒体转移的临床试验[24], 研究纳入5位心肌缺血再灌注损伤的患儿通过自体来源的线粒体移植后,4位患儿的心功能明显改善，证实MSCs的线粒体转移机制在恢复缺血细胞的氧化磷酸化过程发挥重要作用。

3.2 MSCs移植的疗效及安全性

许多动物实验证明MSCs在治疗缺血性心力衰竭具有一定疗效，为干细胞的临床试验奠定了基础。2001年，德国Strauer[25]等首次用MSCs在PTCA治疗过程中经冠脉移植治疗心梗取得成功。SH Kim等[26]关于MSCs治疗临床研究中，14例接受MSCs冠脉内注射的心肌梗死患者并未出现严重过敏及恶性心律失常等不良反应，同时证实干细胞治疗组和对照组相比LVEF有所改善。国内田洪榛[27]等通过经冠状动脉移植MSCs治疗缺血性心力衰竭指出，随访18个月内移植组左室功能改善，左室重构减慢，甚至2年后活动耐量仍有所提高，且无明显不良并发症。Zhao XF等[28]将脐带MSCs通过冠状动脉内移植入30例心衰患者体内，随访6个月与对照组相比左室射血分数、6分钟步行距离明显改善，再入院率下降。上述临床实验证实MSCs移植出现急性输注毒性反应、感染、恶性肿瘤、心律失常等不良事件的发生率并没有增加，确定了细胞治疗的安全性。

3.3 MSCs移植途径

移植途径包括冠脉内注射、静脉内注射、冠脉窦逆行注射及心肌内注射。经冠脉内注射MSCs可以经内皮细胞迁移到损伤组织，但发生动脉栓塞和支架内再狭窄的几率增高。静脉内注射安全无创，许多临床试验也证明此种方法可行，但有研究显示干细胞注射后心脏检测到干细胞极少。冠状窦逆行注射适用于冠状动脉严重狭窄病变或室壁薄的患者，保证了安全性，并且注射时短暂的阻塞不会导致严重缺血。心肌内注射包括心内膜心肌注射和心外膜心肌注射。经心外膜注射适用于开胸手术的患者。经心内膜心肌注射与心外膜注射相比创伤小，都能将干细胞注射到心肌梗死部位。

4 总结

越来越多临床试验证明MSCs治疗缺血性心力衰竭具有显著疗效, 在临床应用中被寄予很大希望。目前绝大多数研究随访时间多在两年，随着时间的延长，干细胞治疗的优势是否依然存在，是否会出现不良反应尚未可知。同时干细胞移植时间、移植途径、给药剂量等尚未有明确标准，限制了其临床应用。由于对同一患者不同疾病阶段采用不同给药剂量、给药途径、治疗频次都会影响治疗效果，因而未来干细胞治疗策略应该侧重于个体化。精心设计的、大规模的、随机双盲的临床研究有助于充分认识干细胞治疗心梗后心衰的潜力。