心脏再生治疗的最新进展

韩月 ，朱莉 ，宋桂仙

近年来，随着社会快速发展和人们物质生活水平不断提升，心肌梗死等心血管疾病已成为导致人类因病死亡的重要原因。多数急性心肌梗死患者最终会进展为进行性心力衰竭，而由于成年人心肌细胞几乎没有再生能力、受损的心肌会被纤维化瘢痕组织所取代，因此急性心肌梗死等心血管疾病的治疗只能集中于保护心脏并避免进展为心力衰竭，如通过溶栓、心脏介入和旁路移植手术等血运重建术改善心肌血液供应、挽救受损的缺血心肌，或通过抑制心肌重塑药物血管紧张素转换酶抑制剂（angiotensin converting enzyme inhibitors，ACEI）、血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂（angiotensin Ⅱ receptor antagonists，ARB）、重组人脑利钠肽（recombinant human brain natriuretic peptide，rh-BNP）、左孟西坦等降低心力衰竭致死率等。目前，心脏移植是治疗终末期心力衰竭的唯一方法，但心脏供体来源及其免疫排斥反应等问题使心脏移植难以广泛应用。为保护衰竭的心脏，近几十年来众多科学家专注于促进心脏再生的方法，而心脏再生成为当前心血管病学领域的研究热点之一，本文主要综述了心脏再生治疗的最新研究进展、局限性和发展前景。

1 干细胞

干细胞移植是目前心脏再生领域最重要的治疗方法，虽然近两年关于干细胞的研究呈“喷井式”爆发，但也面临着巨大争议，近两年干细胞在心脏再生领域的最新进展及争议如下。

1.1 胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESC） ESC指从胚泡内细胞团获得的多能干细胞，其除具有向外胚层、内胚层及中胚层分化的能力外，还具有无限的自我更新能力［1］。ESC很容易扩增并能在体外分化为心肌细胞，可为心脏移植提供数量充足的心肌细胞。2015年，人类ESC首次在心脏病患者中使用，即在冠状动脉旁路移植（coronary artery bypass graft，CABG）术或左房室瓣手术时向晚期缺血性心肌病患者递送人胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESC），经超声心动图检查证实患者心脏收缩功能明显改善，且随访3个月患者左心室射血分数（left ventricular ejection fractions，LVEF）较基线提高10%，即从26%提高到36%［2］。在一项大型动物模型中，心肌梗死猕猴移植了7.5亿个冷冻保存的人胚胎干细胞来源的心肌细胞（human embryonic stem cellderived cardiomyocytes，hESC-CMS），结果发现移植hESCCMS 1个月后心肌梗死猕猴总体LVEF明显提高，移植hESCCMS 3个月后LVEF提高更加明显且心肌梗死面积明显减小［3］。近期VADAKKE-MADATHIL等［4］通过动物模型证实，来自胎盘的一种干细胞—Cdx2细胞可在体外分化为自发搏动的心肌细胞和血管细胞，且与传统胚胎干细胞相比，Cdx2细胞似乎可避免免疫排斥。

不同于经皮心脏注射、经皮冠状动脉内和心室内导管等传统细胞移植方法，目前移植hESC的最新方法是将细胞整合到纤维蛋白薄片后放置于心包内，这种方法具有提高细胞存活率、减少细胞损伤、降低室性心律失常发生风险、提高患者存活率及改善患者心脏功能等优势，但hESC移植可能存在医学伦理方面的问题，且有致心律失常、患者存活率低等风险，因此hESC移植能否用于心脏再生治疗尚需进一步研究。

1.2 诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，IPSCs） 小鼠和人成纤维细胞被转录因子Oct-4、Sox-2、Klf4、c-Myc重新编程到类似ESC的多能状态则称之为IPSCs［5］。IPSCs提供了一种新的基于细胞的心脏修复方法，使自体或异基因移植成为可能，并避免了与ESC相关的伦理问题。ROJAS等［6］通过将高纯度小鼠诱导多能干细胞来源的心肌细胞（induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes，IPSC-CMS）移植到结扎左前降支的心肌梗死小鼠心脏并观察28 d发现，移植的IPSC-CMS不仅会在心肌内形成成熟的移植物、表达心脏标志物并显示出肌节结构、有效地分化为心肌细胞，还可明显抑制心肌重塑并改善左心室功能。MA等［7］研究发现，电刺激可通过激活Ca2+/PKC/ERK途径而介导人诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells，hiPSCs）分化为心肌细胞，且经电刺激预处理的hiPSCs来源的心肌细胞不仅能有效改善心脏功能并减小心肌梗死范围，还能与宿主心脏功能相融合。近年研究发现，IPSCs分泌的细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVS）富含miRNAs和具有促血管生成和细胞保护特性的蛋白质，可在体外增强小鼠心脏内皮细胞血管生成、迁移及抗凋亡特性，且与IPSCs相比，IPSCs分泌的EVS能更好地改善左心室功能、减少细胞凋亡、减少畸胎瘤的形成等［8］，而为IPSCs衍生的心肌细胞提供支架如羊膜、水凝胶、细胞片等则已被证实可提高心脏再生治疗效果［9-11］。

虽然IPSCs已被证实为心脏再生治疗领域的一项重大突破，但与其他干细胞一样，IPSCs也存在着分化不成熟、存活率低、致心律失常、增加肿瘤发生风险等缺陷，相信随着IPSCs分泌的EVS的发现、IPSCs纯度的提高、电刺激技术及新型支架的发明等，IPSCs的缺陷将被一一攻破，用于心脏再生治疗的风险将进一步降低。

1.3 内源性心脏干细胞/祖细胞（endogenous cardiac stem cells/progenitor cells，CSCs/PCs） CSCs/PCs包括c-kit+细胞、Sca-1+细胞、心球样细胞团源性细胞（cardiosphere-derived cells，CDC）、islet-1+细胞及心外膜来源细胞［12］。早在2001年，哈佛大学著名科学家PIERO ANVERSA便称可以用骨髓来源的c-kit+细胞使心肌再生；2003年，PIERO ANVERSA在《细胞》杂志上发表文章称成人心脏中有一组具有在心脏损伤后分化为心肌细胞能力的c-kit+细胞，但从2004年起就不断有质疑的声音出现：有学者发现骨髓来源的c-kit+细胞并不能分化为心肌细胞，因此其用于心脏再生治疗已被否定；2014—2016年，有三个独立的实验室通过体内基因追踪技术确认成年人心脏中c-kit+细胞并不具有分化为心肌细胞的能力，即不是心脏干细胞［13-18］。

近期，PIERO ANVERSA的心脏干细胞学术造假新闻将干细胞研究推向了风口浪尖，哈佛大学最终撤回了PIERO ANVERSA关于心脏干细胞的31篇研究性论文，结束了心脏干细胞疗法这一骗局，而这一心脏干细胞学术造假的闹剧除使全球数百万终末期心力衰竭患者的希望破灭外，还使全球对于干细胞在心脏再生治疗中的作用心灰意冷并有人开始全盘否认干细胞研究领域的研究成果。在此需要指出的是，心脏干细胞研究与心脏的干细胞研究不同，心脏的干细胞研究领域十分广阔，PIERO ANVERSA涉及的心脏干细胞研究只是其中之一，而我国关于干细胞的研究如间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、ESC、IPSCs等诱导干细胞分化为心肌谱系细胞和干细胞旁分泌作用是无法磨灭的、有效可信的、前景巨大的。

2 多肽

多肽指α-氨基酸通过肽键连接在一起而形成的化合物，通常由三个或三个以上氨基酸分子脱水缩合而成，因此蛋白质有时也被称为多肽［19］。目前，临床上常见的多肽包括已被人们所熟知并具有一定诊断及治疗价值的促红细胞生成素、白介素、促甲状腺激素释放激素、脑钠肽、利钠肽等，而深入探索多肽在心脏再生治疗中的作用则有助于为心脏再生治疗开辟出一条新的道路。

2.1 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）抑制剂 MMPs是一类锌依赖性内肽酶，其主要参与细胞外基质（extracellular matrix，ECM）中各种蛋白质的降解，而组织金属蛋白酶抑制剂（tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMPs）是MMPs的特异性抑制剂，MMPs与TIMPs的失衡会破坏ECM的动态平衡并导致心肌梗死、心脏损伤等［20］。PURCELL等［20］通过将组织金属蛋白酶抑制剂3重组蛋白（recombinant tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-3，rTIMP-3）注射入心肌梗死猪模型并观察28 d发现，心肌梗死猪左心室舒张末期容积、室壁变薄程度及左心房大小明显减小，心肌梗死后不良重塑进程中断。FAN等［21］通过将基质金属蛋白酶2特异性抑制剂CTTHWGFTLC注入梗死的心脏发现，4周后心脏组织厚度增加并保留了与正常心脏组织相似的胶原成分，具有有效减少不良心肌重塑和改善心功能的潜力。AWADA等［22］通过组织金属蛋白酶组织抑制剂3（tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-3，TIMP-3）和其他两种多肽碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，FGF-2）和基质细胞衍生因子1α（stromal cell-derived factor-1 alpha，SDF-1α）处理心肌梗死大鼠发现，大鼠心脏收缩力有所改善，心脏扩张程度明显减轻，心脏炎症、纤维化及ECM降解明显减少。目前，MMPs抑制剂已成为心脏再生治疗领域多肽研究方面最重要的部分。

2.2 1，4-二（4-苯氧基苯甲酰基）苯（P-EKKE） 近期，笔者所在课题组应用Nano LC-MS/MS质谱技术筛选出一条与心脏再生相关的多肽p-EKKE，经生物信息学分析发现，P-EKKE由12个氨基酸组成，分子量为2 kDa，等电位点为6.14，是一条疏水性多肽，在体内比较稳定；P-EKKE来自于前体蛋白半胱氨酸和甘氨酸富集蛋白3（cysteine and enrichment of glycine protein 3，CSRP3），而CSRP3对细胞增殖、周期具有重要调控作用［23］，多肽常与前体蛋白功能相似；P-EKKE在哺乳动物中高度保守，人、猿猴、大鼠、小鼠P-EKKE序列完全一致，提示P-EKKE具有重要的潜在功能，并因此而成为笔者所在课题组关注的目标。笔者所在课题组通过将荧光标记的P-EKKE经尾静脉注射入小鼠体内，1 h后在小鼠心脏部位发现荧光标记的P-EKKE。H9c2细胞是源自心脏肌层的鼠源细胞系，可高度模拟在体心肌细胞的结构与功能，目前已被广泛地用于心血管疾病的基础与临床研究［24］；笔者所在课题组采用荧光标记的P-EKKE培养H9c2细胞发现，P-EKKE可有效促进H9c2细胞增殖并促使细胞进入S期及G2期，并能有效调节周期相关基因的表达，初步证实P-EKKE在心脏再生过程中发挥作用的可能性，但目前国内尚无关于P-EKKE在心脏再生治疗中作用的研究报道，而对于P-EKKE在心脏再生过程中的作用及其作用机制等尚需进行大量临床和动物实验进一步研究，以为心脏再生治疗提供新的思路。

3 中药

中药因对干细胞的诱导具有促进作用而在心脏再生领域中占得一席之地，有研究发现，中药固本培元散的中药合剂喂养的心肌梗死大鼠血清可在体外促进新生大鼠心肌细胞和hiPSCs来源的心肌细胞的分裂，并促进成年小鼠心肌损伤后心脏修复［25］；也有研究发现，中药方剂柴胡龙骨髓汤可促进骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymalstem cells，BMMSCs）动员并抑制炎性反应，减轻急性心肌梗死（AMI）引起的心脏损伤［26］。因此，中药可能成为未来心肌损伤和心力衰竭的非侵入性替代治疗的良好选择。

4 microRNA（miRNA）

miRNA是一类由内源基因编码的约由22个核苷酸组成的非编码单链RNA分子，其在动植物中参与转录后基因表达调控［27］。近年研究发现，心肌细胞增殖受miRNA网络控制［28］。BORDEN等［29］研究发现，心肌梗死小鼠经miRNA-294治疗两个月后心脏功能明显改善，受损心肌组织面积明显减小且经过处理的心脏细胞周期重新恢复，表明这些细胞被重新激活并恢复了产生新细胞的能力。GABISONIA等［28］研究发现，将一小段miRNA-199基因材料植入心肌梗死猪心脏一个月后其心功能几乎完全恢复。由于miRNA持续和不受控制的表达将导致心律失常甚至死亡，因此，miRNA在心脏再生治疗中的应用目前还处于起步阶段，且其剂量尚需严格控制。

5 3D打印心脏

心脏供体数量极其稀少，心脏移植供体不足和免疫排斥问题是心脏移植的世界性难题，而近年来人造心脏的问世将有利于解决这一世界性难题。早在2017年，香港中文大学的研究人员就成功利用干细胞打印出心脏组织；在2018年，香港大学的研究人员成功地利用干细胞和基因工程技术生产出世界上第一个迷你人造心脏；近期以色列科学家将提取的人体自身脂肪细胞重新编程为多能干细胞并将脂肪组织中ECM加工成“个性化水凝胶”，之后成功分化为心肌细胞和内皮细胞，三者结合以充当3D打印的“墨水”，最终世界首颗3D打印心脏问世，这颗心脏不仅结构完整而且具有收缩能力，但并不具有正常心脏搏动及泵血功能，且一些细小的血管也无法打印出来［30］。3D打印心脏这一轰动全球的重大突破有利于解决心脏移植供体不足和免疫排斥问题，相信随着3D打印心脏技术的成熟与应用将成为心脏再生治疗领域甚至医学领域最伟大的革命。

6 小结与展望

从传统的药物治疗到手术治疗，从干细胞移植到3D心脏打印，近年来心脏再生治疗研究不断取得突破性进展，而心脏再生治疗领域的新进展也有利于临床建立新的有效的衰竭的心脏再生治方法。目前，心脏再生领域对干细胞的研究已取得重大突破，虽然存在着缺陷、风险、争议，但仍是心脏再生治疗领域最主要的组成部分；多肽是最有前景心脏再生治疗方法，而由于多种多肽通过打破ECM的平衡而促进心脏损伤，因此多肽特异性抑制剂相关研究如火如荼。此外，心脏再生治疗领域的一些新兴研究不断涌现，如中药对干细胞的诱导的促进作用、miRNA对心脏细胞重生的促进作用及3D打印心脏可能成为未来心脏移植的重要供体来源等，相信随着心脏再生治疗研究的不断深入，未来濒死心脏恢复跳动的希望已经不是梦想。

作者贡献：韩月进行文章的构思与设计，资料的收集、整理，撰写论文，并对文章整体负责，监督管理；朱莉负责文章的质量控制及审校；朱莉、宋桂仙进行论文的修订。

本文无利益冲突。