心脏干细胞治疗心肌梗死的优化策略

CAO Ｒui，TAN Miao-xin，SUN Yong，WU Jian （ Department of Cardiology，Second Affiliated Hospital，Harbin Medical University，Harbin 150086， Heilongjiang，China）
近年来，科学家从心脏中分离出 c-kit + 、Sca-1 + 干细胞，这些干细胞能够参与维持心脏稳态和病理 修 复，称 之 为 心 脏 干 细 胞 （ cardiac stem cells， CSCs） ［1］。CSCs 具有自我更新、无性繁殖和多向分 化的潜能［2］，在 体 内 和 体 外 均 能 分 化 成 为 心 肌、血 管和内皮。心肌梗死（ Myocardial infarction，MI） 后， 很多患者发展为心力衰竭（ Heart Failure，HF） ，关于 HF 的治疗方向主要集中在心肌细胞替代或干细胞 移植。最新研究显示成年动物的内源性 CSCs 对于
3 组织工程与心脏干细胞 组织工程是利用活性物质帮助再生或修复受损
组织的方法。常用于治疗 MI 的有凝胶、生物补片 等。凝胶可作为干细胞黏附底物，可为其提供一种 暂时的保护微环境，具有缓慢降解，逐步释放，可注 射等特点。CSCs 联合应用温度敏感性水凝胶，能够 促进 CSCs 存活，同时延长细胞因子的释放，此外， 还能保护心肌抵抗物理压力。将 CDCs 接种到原位 聚合明胶透明质酸凝胶 （ Hystem-CTM ） 中再输注到 MI 区，发现细胞驻留增加数倍，射血分数明显改善，
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子（ stromal-derived factor，SDF） -1［5］、表皮生长因子 （ epidermal growth factor，EGF ） 、转 化 生 长 因 子 （ transforming growth factor，TGF） -β 等 具 有 改 善 存 活、募集心脏干细胞、诱导增殖或分化、激活内源性 再生能力等多重作用，因此通过刺激内源性旁分泌 或外源性 增 加 旁 分 泌 因 子 可 能 优 化 CSCs 的 治 疗 效果。
Abstract： Treatment of myocardial infarction has remarkably advanced over the past 20 years． Cardiac stem cells cannot only differentiate into cardiomyocytes，smooth muscle cells and vascular endothelial cells，but also exert paracrine effects and regenerate injured heart tissue． Preclinical and clinical studies have shown that cardiac stem cells can attenuate cardiac remodeling，reduce the infarct area and improve cardiac functions． Many optimization strategies such as improving paracrine functions and combining genetic modifications and tissue engineering have been explored to further improve the therapeutic efficacy of cardiac stem cells and open a new paradigm in cardiology． Key words： cardiac stem cell； myocardial infarction； paracrine factor； gene modification； tissue engineering
蛋白酶-9 能通过改善细胞外基质僵硬程度及降低 胶原沉积促进 CSCs 存活，同时还能上调 CSCs c-kit 的表达水平，诱导 CSCs 向心肌分化［16］。 2． 2 基因修饰与 CSCs 增殖和分化 在 CSCs 的增 殖和特异性分化过程中，Notch1 通路发挥着重要作 用［17］，通过基因修饰的手段，干预这一通路的表达， 可能是控制干细胞增殖和分化，优化移植效果的一种 手段。如激活 心 脏 祖 细 胞 （ cardiac progenitor cells， CPCs） Notch1 受体，能上调 Nkx2. 5 的表达并启动向 心肌分化，而抑制 MI 小鼠 Notch1 的表达后，CPCs 向 心肌分化的能力受阻，不利于心脏发育。表明 Notch1 能促进 CPCs 向心肌特异性分化，并能维持这种新的 细胞的高度增殖状态［18］。此外，Limana 等［19］发现高 迁移率族蛋白 B1（ high mobility group box，HMGB1） 作 为一种非组蛋白 DNA 结合的核蛋白，能以序列依赖 性方式结合 DNA 和修改的 DNA 结构，以促进转录， 复制和修复，并能通过刺激分泌的促炎细胞因子和 趋化因子，活化内 源 性 c-kit + CSCs 进 行 增 殖 和 分 化，促进梗死后心肌的修复。 2． 3 基因修饰与 CSCs 募集 通过基因修饰的手 段能明显促进 CSCs 募集到 MI 区。过表达血管生 成素-1 能募集 CSCs 到 MI 区进行修复，并通过调节 SDF-1 / CXCＲ4，上调 Jagged-1、Notch3 及 apelin 的表 达，进而促进了 MI 区小动脉形成［20］。Yaniz-Galende 等［21］通过转录干细胞因子（ stem cell factor，SCF） 基 因治疗 MI，发现 SCF 能募集骨髓来源 c-kit + CD45 + CSCs 到 MI 区进行增殖及修复（ 心脏来源为 c-kit + CD45 － ） ，并激活 Wnt / β-Catenin 通路促进向心肌分 化，降低纤维化及凋亡，提高心脏功能。此外，研究 新型基因转录载体，对优化基因转录效率有重要作 用。PhiC31 整合酶作为新型基因修饰的载体，具有 不影响细胞增殖、分化及基因表型，能将目的基因安 全有效地转录到 CSCs 特定位点，并能稳定表达等 优势［22］。
治疗策略。
关键词： 心脏干细胞； 心肌梗死； 旁分泌因子； 基因修饰； 组织工程
ຫໍສະໝຸດ Baidu
中图分类号： Ｒ541
文献标识码： A
文章编号： 1009-7236（ 2015） 05-624-05
DOI： 10． 13191 / j． chj． 2015． 0172
网络出版时间： 2015-4-17 08： 30
2 基因修饰与优化心脏干细胞治疗 单纯心脏干细胞移植入缺血或 MI 区域后，面
临移植后早期细胞丢失，局部低氧、炎症浸润、营养 缺乏等生存环境，导致移植后细胞易于清除和凋亡 等问题。 基 因 修 饰 在 保 护 CSCs 体 内 存 活、促 进 CSCs 增殖和分化，及提高 CSCs 输送效率等多方面 都发挥着有益作用。 2． 1 基因修饰与 CSCs 存活 通过调节 CSCs 的蛋 白质 O-GlcNAc 糖基化修饰，能够抑制其凋亡，提高 存活率［14］。将过表达 Pim-1 蛋白激酶的人的 CSCs 移植到免疫缺陷小鼠的 MI 模型后，CSCs 存活及增 殖能力明显提升，可能与 Pim-1 能促进干细胞有丝 分裂及延长端粒 长 度 有 关［15］。 基 因 敲 除 基 质 金 属
改善 AMI 后心衰患者的心脏功能。而心脏干细胞（ cardiac stem cells，CSCs） 作为一类来源于心脏的干细胞，具有自
我更新、无性繁殖和多向分化的能力，移植到受损心脏后，能改善心脏重构、减小梗死面积、改善心功能，通过改善
旁分泌功能、基因修饰、组织工程及联合干细胞移植等手段，能进一步提高心脏干细胞的疗效，为我们提供了新的
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心脏干细胞治疗心肌梗死的优化策略
曹 瑞，谭妙欣，孙 勇，吴 健
（ 哈尔滨医科大学附属第二医院心内科，黑龙江 哈尔滨 150086）
摘要： 近 20 年来，急性心肌梗死（ AMI） 的诊断和治疗取得了长足进展。干细胞移植作为一种新的治疗手段，能够
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而且 CDCs 向心肌分化的能力显著提高［23］。为 了 抵抗缺氧微环境，Li 等［24］在水凝胶的基础上设计了 一种氧释放系统，当释放的 H2 O2 与过氧化氢酶反 应时生成 O2 ，更能提高 CDCs 的驻留率，促进向心肌 分化。此外，CDCs 联合 VEGF 结合的血小板凝胶移 植，也能增强对内源性 c-kit + CSCs 的募集，从而更 好的改善重构［25］。
碱性成纤维细胞生长因子（ basic fibroblast growth factor，bFGF） 是一种能促进内皮细胞游走和平滑肌 细胞增殖的信号多肽。bFGF 能够通过调节 MI 后 微环境，促进 CDCs 的定植及分化，增加 MI 后 CDCs 移植的获益［11］。通过对比研究 EGF、bFGF、VEGF、 IGF 等对 CDCs 的影响，发现 EGF 较其他生长因子 更明显利于心肌球形成，并促进 CDCs 增殖、迁移及 创伤 修 复［12］。 体 外 研 究 发 现，EGF 预 处 理 CDCs 后，心肌细胞标志物 c-TNI 及 β-MHC 的表达明显上 调，表明 EGF 能诱导 CDCs 向心肌分化［12］。此外， VEGF 是最有效的促血管生长因子，通过激活 SDF1 / CXCＲ-4，促进血管生成，并且能促进内源性 CSCs 动员，进行心脏修复［13］。
1 调控旁分泌因子改善心脏干细胞功能 多种旁分泌因子如胰岛素样生长因子（ insulin-
like growth factor，IGF） -1、肝细胞生长因子（ hepatocyte growth factor，HGF） 、血管内皮生长因子（ vascular endothelial growth facto，VEGF） 、基质细胞衍生因
通讯作者： 吴健，主任医师，主要从事心脏移植免疫耐受机制 研究 Email： 64325316@ qq． ocm
作者简介： 曹瑞，硕士生 Email： cr0619@ 126． com
心脏的再 生 和 修 复 是 不 可 或 缺 的［3］。 心 脏 干 细 胞 可以分为纯化的 CSCs，如 c-kit + 细胞、Sca-1 + 细胞、 Isl-1 + 细 胞、SSEA-1 + 细 胞、侧 群 细 胞 和 混 合 的 CSCs，如心肌球、心肌球源性干细胞 （ Cardiospherederived cells，CDCs） 等［4］。为了进一步提高心脏干 细胞的治疗效果，研究人员探索了各种优化方案，如 改善旁分泌功能、联合基因修饰及组织工程等。
网络出版地址： http： / / www． cnki． net / kcms / detail /61． 1268． Ｒ． 20150417． 0830． 032． html
Optimization strategies of cardiac stem cell therapy for myocardial infarction
心脏受损后内源性 IGF-1 表达上调，MI 后同时 注入 CSCs 及 IGF-1 明显促进 CSCs 的存活及分化［6］。 Davis 等［7］利用生物素夹心法将 IGF-1 注入受损心 肌，减慢其在组织块内渗透，能延长 CSCs 的存活时 间并延缓其衰老。HGF 能介导 CSCs 的迁移及向心 肌分化，将 HGF 注射到大鼠的 MI 心脏内还能促进 内源 性 CSCs 募 集［8，9］。 冠 脉 内 联 合 注 射 IGF-1 / HGF，还 能 促 进 心 肌 细 胞 存 活，降 低 纤 维 化［10］。 因 此，联合应用 IGF-1 / HGF 能有效改善心脏重构、诱 导心肌再生进而提高心脏功能。