细胞与基因治疗
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生物性的起搏细胞
• 起搏离子流If是一种超极化激 活的内向离子流, 它介导窦房结的 四期自动除极。
• 超极化激活的环核苷酸门控的 ( Hyperpolarization activated cyclicnucleotide gated, HCN ) 通 道是心脏起搏离子流If 产生的基 础。
Potapova I et al. Circulation Research 2004;94:952-959
• 细胞治疗
置入体外诱导出的治疗细胞或者将干细 胞作为载体, 进行基因改造。
可从以下几个层面进行心律失常的治疗：
• 替代心脏起搏、传导系统病变或缺失的细 胞；
• 移植基因工程化改造的细胞, 表达某种离子 通道, 和受体组织细胞耦联, 改变受体组织 的电生理特性；
失常。
•
在培养的兔心肌细胞(兔心肌细胞在体外培养
几天后通常出现APD延长, EAD发生率明显增高)
中转入hERG基因, 使APD明显缩短, 相对不应期
明显增加, EAD发生率下降四倍多,且能抑制电交
替。
• 所以hERG基因可用于治疗与QT间期延长和 复极离散度增加相关的室性心动过速。
APD↓
EAD发生率↓
.
更大和更细长的细胞
几乎所有的心肌细胞，单核。
Morphometric changes in the cell's length, width, area, and length-to-width ratio during in vitro cardiomyocyte maturation. *P < 0.05 compared with baseline measurements.
•
骨髓间充质干细胞（MSCs）在体内植入心
肌后能向心肌细胞方向分化，表达心肌细胞多种
蛋白：肌球蛋白重链(MHC)、间隙连接蛋白Cx43
(Connexin43)、心肌锌指转录因子(GATA-4)等。
故MSCs能作为治疗心脏疾病的一种移植细胞, 替
代部分受损心肌细胞。
• 由于MSCs能通过骨髓穿刺反复收集、体外大 量扩增, 取材方便, 扩增后自体回输, 不必应用免疫 抑制剂, 成为近年来最具吸引力的心肌再生种子细 胞。
• 移植细胞通过局部分泌一些重组蛋白改变 心脏的电生理环境。
• 干细胞是一种具有多分化潜能和自我复 制功能的早期未分化细胞，在特定的条件下 可能分化为不同的功能细胞，形成多种组织 和器官。
• 目前主要进行的是体外干细胞培养移植研 究，包括胚胎干细胞（embryonic stem cell ， ESC）、骨髓间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）等。
快速性心律失常的基因治疗
•
治疗室性心动过速的研究集中于缩短复极时
间，以防止因QT间期明显延长而导致的尖端扭转
型(TdP)室性心动过速等致死性心律失常的发生。
• hERG(human ether-a-go-go-related gene)基 因编码延迟整合钾通道的快速成分
IKr, hERG突变可使IKr通道外向钾电流 减少, QT间期延长,易于诱发室性心律
缓慢性心律失常的基因治疗
1. 增强起搏细胞的变时功能 2. 生物性的起搏细胞
增强起搏细胞的变时功能
• 编码β2肾上腺素能受体的 质粒注入约克猪的右房的起 搏部位, 上调肾上腺素能受体 的表达。 电生理的检测显示, 心房组织 的局部过表达肾上腺素能受体 可以明显增强起搏组织的变时 效应，使现存的或病变的起搏 细胞的功能得到改善和加强。
•
在心肌梗死(myocardial infarction, MI)治疗中有研究
发现MSCs移植后能改善MI后心律失常的发生。这需要由
MSCs分化的细胞具有自律性、兴奋性和传导性。
• MSCs在5—aza诱导下能分化为具有自主搏动功能的 心肌样细胞，且有关心肌细胞收缩的基因表达升高。
• 诱导分化后MSCs有一定兴奋性, 并与正常心肌细胞类 似。
• 诱导后MSCs向心肌细胞方向分化时发现CX43的表达 增高，说明MSCs分化细胞有形成缝隙连接的能力，并具 有一定传导功能。
Qu J et al. Circulation 2003;107:1106-1109
Baidu Nhomakorabea
Pacemaker function in in vitro model
• mHCN2转染的hMSCs 影响耦合的心脏细胞 的兴奋性。
• 综上，过表达HCN2 基因可以增大起搏电 流, 使移植的心肌细胞 具有起搏能力。
（green fluorescent protein） into LA (initial 2 beats).
• 将含有HCN2 基因 的腺病毒注射入犬的 左房（LA） 。 4天后进行的电生 理标测发现, 当刺激迷 走神经诱发出窦房结 停搏后, 左房的注射部 位出现了自发性的左 房节律。而只注射了 GFP的对照犬则无任 何的自发节律。
• HCN基因家族的四个成员目 前发现在心脏中存在的有3 个： HCN1、HCN2 和HCN4。
ECG leads I, II, and RA, and LA (overlying injection site) electrograms during normal sinus rhythm in an anesthetized dog previously injected with HCN2+GFP
•
胚胎干细胞（ESC）
在体外并不仅仅分化为单
个心肌细胞, 而是可以形 成功能性的心脏合胞体
( syncytium ), 具有稳定的 起搏和传导能力, 并且对 AD和ACh的刺激有反应。
•
但由于来源有限, 移
植后可能存在免疫排斥反
应, 且涉及到伦理学问题, 故有一定局限性。
早期心肌细胞 小而圆的细胞
抗心律失常药物治疗的新方法
——基因与细胞治疗
基因与细胞治疗
由于现有的治疗心律失常的局限性，近 年出现了以基因工程和细胞工程为基础的 心律失常治疗新方案。
• 基因治疗
通过对靶细胞内某基因的修复和(或)替 换来增强、补充、矫正或抑制该基因异常 表达, 使其表达产物即相应蛋白质的数量增 加或减少, 蛋白质功能增强或减低, 从而影 响疾病过程, 最终达到治疗目的。
生物性的起搏细胞
• 起搏离子流If是一种超极化激 活的内向离子流, 它介导窦房结的 四期自动除极。
• 超极化激活的环核苷酸门控的 ( Hyperpolarization activated cyclicnucleotide gated, HCN ) 通 道是心脏起搏离子流If 产生的基 础。
Potapova I et al. Circulation Research 2004;94:952-959
• 细胞治疗
置入体外诱导出的治疗细胞或者将干细 胞作为载体, 进行基因改造。
可从以下几个层面进行心律失常的治疗：
• 替代心脏起搏、传导系统病变或缺失的细 胞；
• 移植基因工程化改造的细胞, 表达某种离子 通道, 和受体组织细胞耦联, 改变受体组织 的电生理特性；
失常。
•
在培养的兔心肌细胞(兔心肌细胞在体外培养
几天后通常出现APD延长, EAD发生率明显增高)
中转入hERG基因, 使APD明显缩短, 相对不应期
明显增加, EAD发生率下降四倍多,且能抑制电交
替。
• 所以hERG基因可用于治疗与QT间期延长和 复极离散度增加相关的室性心动过速。
APD↓
EAD发生率↓
.
更大和更细长的细胞
几乎所有的心肌细胞，单核。
Morphometric changes in the cell's length, width, area, and length-to-width ratio during in vitro cardiomyocyte maturation. *P < 0.05 compared with baseline measurements.
•
骨髓间充质干细胞（MSCs）在体内植入心
肌后能向心肌细胞方向分化，表达心肌细胞多种
蛋白：肌球蛋白重链(MHC)、间隙连接蛋白Cx43
(Connexin43)、心肌锌指转录因子(GATA-4)等。
故MSCs能作为治疗心脏疾病的一种移植细胞, 替
代部分受损心肌细胞。
• 由于MSCs能通过骨髓穿刺反复收集、体外大 量扩增, 取材方便, 扩增后自体回输, 不必应用免疫 抑制剂, 成为近年来最具吸引力的心肌再生种子细 胞。
• 移植细胞通过局部分泌一些重组蛋白改变 心脏的电生理环境。
• 干细胞是一种具有多分化潜能和自我复 制功能的早期未分化细胞，在特定的条件下 可能分化为不同的功能细胞，形成多种组织 和器官。
• 目前主要进行的是体外干细胞培养移植研 究，包括胚胎干细胞（embryonic stem cell ， ESC）、骨髓间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）等。
快速性心律失常的基因治疗
•
治疗室性心动过速的研究集中于缩短复极时
间，以防止因QT间期明显延长而导致的尖端扭转
型(TdP)室性心动过速等致死性心律失常的发生。
• hERG(human ether-a-go-go-related gene)基 因编码延迟整合钾通道的快速成分
IKr, hERG突变可使IKr通道外向钾电流 减少, QT间期延长,易于诱发室性心律
缓慢性心律失常的基因治疗
1. 增强起搏细胞的变时功能 2. 生物性的起搏细胞
增强起搏细胞的变时功能
• 编码β2肾上腺素能受体的 质粒注入约克猪的右房的起 搏部位, 上调肾上腺素能受体 的表达。 电生理的检测显示, 心房组织 的局部过表达肾上腺素能受体 可以明显增强起搏组织的变时 效应，使现存的或病变的起搏 细胞的功能得到改善和加强。
•
在心肌梗死(myocardial infarction, MI)治疗中有研究
发现MSCs移植后能改善MI后心律失常的发生。这需要由
MSCs分化的细胞具有自律性、兴奋性和传导性。
• MSCs在5—aza诱导下能分化为具有自主搏动功能的 心肌样细胞，且有关心肌细胞收缩的基因表达升高。
• 诱导分化后MSCs有一定兴奋性, 并与正常心肌细胞类 似。
• 诱导后MSCs向心肌细胞方向分化时发现CX43的表达 增高，说明MSCs分化细胞有形成缝隙连接的能力，并具 有一定传导功能。
Qu J et al. Circulation 2003;107:1106-1109
Baidu Nhomakorabea
Pacemaker function in in vitro model
• mHCN2转染的hMSCs 影响耦合的心脏细胞 的兴奋性。
• 综上，过表达HCN2 基因可以增大起搏电 流, 使移植的心肌细胞 具有起搏能力。
（green fluorescent protein） into LA (initial 2 beats).
• 将含有HCN2 基因 的腺病毒注射入犬的 左房（LA） 。 4天后进行的电生 理标测发现, 当刺激迷 走神经诱发出窦房结 停搏后, 左房的注射部 位出现了自发性的左 房节律。而只注射了 GFP的对照犬则无任 何的自发节律。
• HCN基因家族的四个成员目 前发现在心脏中存在的有3 个： HCN1、HCN2 和HCN4。
ECG leads I, II, and RA, and LA (overlying injection site) electrograms during normal sinus rhythm in an anesthetized dog previously injected with HCN2+GFP
•
胚胎干细胞（ESC）
在体外并不仅仅分化为单
个心肌细胞, 而是可以形 成功能性的心脏合胞体
( syncytium ), 具有稳定的 起搏和传导能力, 并且对 AD和ACh的刺激有反应。
•
但由于来源有限, 移
植后可能存在免疫排斥反
应, 且涉及到伦理学问题, 故有一定局限性。
早期心肌细胞 小而圆的细胞
抗心律失常药物治疗的新方法
——基因与细胞治疗
基因与细胞治疗
由于现有的治疗心律失常的局限性，近 年出现了以基因工程和细胞工程为基础的 心律失常治疗新方案。
• 基因治疗
通过对靶细胞内某基因的修复和(或)替 换来增强、补充、矫正或抑制该基因异常 表达, 使其表达产物即相应蛋白质的数量增 加或减少, 蛋白质功能增强或减低, 从而影 响疾病过程, 最终达到治疗目的。