干细胞移植治疗心肌梗死

干细胞移植治疗心肌梗死

心肌梗死后心肌细胞不可逆性的损伤和缺失并被纤维疤痕组织所替代导致心室重构，是心血管病人心功能进行性恶化甚至引起死亡的重要原因。尽管20多年来在药物、介入、手术治疗领域取得了很大进展，但仍缺乏绝对有效的治疗方法，心脏移植因其供体来源的短缺及免疫排斥反应也不能被广泛采用。因此，如何增加有收缩功能的心肌细胞数目，延缓甚至逆转心室重构改善心功能将成为科研工作者和临床医生最大的挑战之一。近年来，细胞移植作为一种新兴的治疗方法已展示出其可喜的成果和特有的优势。美国AHA （American Heart Association）将细胞移植列为2001年心血管科研的十大进展之一，细胞移植成为当今医学发展最主要的前沿之一。

1 移植细胞类型的优势和缺陷

目前，用于研究的细胞主要有：心肌细胞[1]，骨骼肌细胞[2]，平滑肌细胞[3]和干细胞(stem cell)，但由于心肌细胞来源受限和异体细胞移植的免疫排斥反应，骨骼肌细胞和平滑肌细胞不能与宿主组织建立紧密联系和同步收缩，从而限制了利用这三类细胞移植治疗心肌梗死的应用。

干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的早期未分化细胞，在特定条件下，它可以分化成不同的功能细胞，这为心肌梗死后心肌细胞重建提供了可能性。干细胞根据其来源可分为两大范畴：胚胎组织源性（胚胎干细胞）和源于成熟组织的各种干细胞（成体干细胞）。胚胎干细胞（embryonic stem cell,ES cell）是源于早期胚胎组织的一种高度未分化多能干细胞，无限增殖的同时保持其发育的全潜能性，理论上可被诱导生成机体所有类型的细胞，包括心肌细胞，造血细胞，平滑肌细胞，骨骼肌细胞等。利用这种特性,将其在体内或体外定向诱导分化为心肌细胞[4],以替代坏死心肌细胞行使功能,从而达到治疗心梗的目的。但胚胎干细胞的难获得性，排斥反应以及各种伦理学争论限制了该类细胞的运用。成体干细胞存在于各种分化成熟器官内具有不同分化潜能的细胞，如骨髓，骨，血液，肌肉，脂肪,肝脏等处。正常状态下，成体干细胞在整个增殖过程中处于相对静止状态，它更新正常衰老的死亡细胞，维持机体正常组织的结构和功能，当受到损伤时，干细胞分裂方式会发生改变以适应机体的需要。与胚胎干细胞相比，成体干细胞因其来源广泛，可以自体移植无免疫排斥反应，避免了伦理学纠纷，更容易被接受，成为近几年干细胞移植临床研究的主要细胞来源。骨骼肌干细胞（又称骨骼肌卫星细胞）主要存在于骨骼肌中，主要作用是局部修复损伤的骨骼肌细胞。有实验显示如果将骨骼肌干细胞置于心肌所处的环境中，可以分化为心肌样细胞，并改善心脏功能，但也研究发现移植的骨骼肌干细胞不能与宿主心肌建立连接和有致心律失常的风险，这是阻止其运用的主要因素。脂肪基质干细胞主要来源于脂肪，有报道应用来源于腹部皮下脂肪组织的干细胞，与5-氮胞苷一起注入模型兔，能使其分化成为类心肌细胞。国内也有研究证实脂肪基质干细胞可以促进心肌梗死后血管新生，改善心功能。外周血干细胞通常指造血干细胞，采集方便，目前研究者们尝试用干细胞因子（SCF）和粒细胞集落刺激因子（G－CSF）动员骨髓干细胞向外周血释放，然后收集并移植到梗死心肌中，但移植效果并不如骨髓干细胞移植那样令人满意。目前为止研究最多的是来自骨髓的干细胞，因为与其他成体干细胞相比，骨髓干细胞具有更多优势。首先它是多潜能干细胞，可以分化为心肌细胞，血管内皮细胞和平滑肌细胞；其次，由移植的细胞分化来的心肌细胞可以与宿主心肌进行有效的电－机械耦连。研究证实骨髓干细胞移植有助于病损心脏的细胞和血管重建及衰竭心脏的功能恢复，为心肌梗死治疗提供了一种全新的治疗策略。

2 干细胞移植治疗心肌梗死的机制研究

虽然目前对于干细胞机制研究还没有统一的结论，但国内外众多优秀科研工作者都积极致力于细胞移植机制研究，并达成部分共识。

2.1 干细胞的可塑性

国外和我们的研究均证实[5-7]，干细胞有很强的可塑性，在体外和体内均成功的被诱导分化成心肌细胞，血管内皮细胞，平滑肌细胞。新生的心肌细胞取代坏死及无功能的心肌，减少梗死面积和深度，从根本上阻止心室重构，改善心功能。新生的心肌细胞与宿主心肌细胞之间建立了连接和电－机械耦合,直接参与了宿主心肌的同步收缩。新生的血管内皮细胞和平滑肌细胞形成新的血管，建立侧支循环，增加局部血流灌注，改善血液供应，减少残留心肌细胞的凋亡，促使梗死恢复，减轻心脏重构。但是干细胞分化的具体机制还不清楚，这将是今后研究的重点。

2.2 干细胞的分泌性

干细胞分化的同时能分泌血管内皮生长因子、心脏成纤维生长因子、肝细胞生长因子、白介素和肿瘤坏死因子等细胞因子以及心脏保护因子等物质[8],从而促使心肌产生收缩能力，阻止心肌细胞肥大；抑制细胞外基质的合成和减少胶原沉积[9]，减轻心脏基质重构；促进毛细血管新生,使宿主先前存在的血管系统的增殖，进而改善心室重构和心功能。

2.3 干细胞的环境依赖性

有研究报道，干细胞在正常心肌组织中大多数都发生调亡，并不会产生作用，只有在心肌梗死后的缺氧环境中，干细胞才会存活和分化。损伤的组织环境和足够数量的多能干细胞是决定干细胞能否发挥作用的两个关键因素。因此体内心脏微环境对干细胞也至关重要。干细胞与微环境之间可能存在某些信号传递。干细胞进入微环境后,接受新的微环境中的调节信号并做出反应,进行分化，分泌和调节功能。另一方面，干细胞传递信号分子，通过控制受体细胞基因的表达,使受体残留的心肌细胞去分化、重新进入增殖周期。但是，目前干细胞和微环境之间的信号传导通路还不知道。

2.4 干细胞的结构调整性

移植细胞和移植后新生的细胞维持了受损的心肌的相对完整性,增加了心脏的顺应性和弹性，使心室壁富有弹性从而限制了心室特别是梗死区膨展与心室整体扩张，抑制了心室重构，从而使心脏舒张和收缩功能改善。

3 干细胞移植治疗心肌梗死的临床可行性

干细胞尤其是骨髓干细胞移植有其特有的优势，相较于心脏移植更具有临床可行性。干细胞来源广泛充足，可以取自骨髓，骨，血液，肌肉，脂肪,肝脏等，穿刺操作相对简单安全，甚至可以多次获取；干细胞分离培养成活率高，可以体外分离培养，也可以在体动员；干细胞可以自体移植，不涉及伦理学问题，而且其低免疫源性[10]，异体移植不会产生免疫排斥反应，不需要使用免疫抑制剂。近年来，国外部分学者进行了骨髓干细胞移植治疗急性心肌梗死的临床研究，产生了较好的效果[11－12]，国内也进行了小范围的临床研究。结果表明：对心肌梗死病人行骨髓干细胞移植能明显改善心功能，是可行的。骨髓干细胞移植的临床研究结果是鼓舞人心的，必将成为临床医生治疗心肌梗死等心血管疾病的一种新手段。

4 干细胞移植治疗心肌梗死所面临的问题和瓶颈

目前国际上对于干细胞研究存在着很多不一致的意见，还有很多问题和争论急需解决：①干细胞可塑性的质疑和作用机制的争议。干细胞是否能分化，分化的具体信号转导和调控机制以及定居环境和定向分化条件都需进一步探讨。②合适的细胞类型选择，是使用自体还是异体细胞。③确定最佳的移植时间窗－再灌注当时，还是数日之后。④最佳移植途径的选择。⑤移植细胞的数量。⑥干细胞移植的安全性问题。

这些问题的解决需要更多可靠的和强有力的证据，但目前的研究存在很多理论和技术上的瓶颈。例如①如何认定心肌细胞或心肌样细胞?目前只是单纯用免疫组化的方法来检测了与心肌细胞相同的组分，没有进行显示心肌特征性的肌节等微细结构检测。这样认定的细胞一定是新生心肌细胞吗?②现在许多干细胞研究是用BrdU或DAPI等标定，认为只要在宿主的靶器官内出现被这类标记的细胞就是由干细胞演化来的子细胞。