編輯、整理：  話(huà)匣子

急性心肌梗死造成冠狀動(dòng)脈閉塞、血流中斷,使部分心肌因嚴(yán)重而持久的缺血發(fā)生局部壞死,從而導(dǎo)致心臟功能?chē)?yán)重受損,是心血管疾病死亡的主要原因。研究發(fā)現(xiàn),急性心肌梗死導(dǎo)致心臟梗死區(qū)大量心肌細(xì)胞壞死,最終由纖維組織替代。心肌組織中殘留少量具有擴(kuò)增能力的心肌細(xì)胞,在一定程度上具有再生性代償能力。然而,此類(lèi)細(xì)胞的代償如不采取有效的干預(yù)措施, 將無(wú)力扭轉(zhuǎn)心功能衰竭的進(jìn)展趨勢(shì)。

當(dāng)前的干預(yù)手段主要有藥物、介入和外科手術(shù)治療等,但都難獲得滿(mǎn)意的治療效果。無(wú)論什么方法均不能使心肌瘢痕組織重新變成有收縮功能的心肌組織。對(duì)于終末期的心功能不全患者,心臟移植是挽救他們生命的唯一辦法。由于有限的心臟來(lái)源和免疫抑制劑的嚴(yán)重不良反應(yīng),迫切需要建立其他有效的療法。干細(xì)胞移植技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的重要治療手段,受到人們的廣泛關(guān)注。

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間充質(zhì)干細(xì)胞連續(xù)傳代培養(yǎng)和冷凍保存后仍具有多向分化潛能,且免疫原性低,不易引起免疫排斥,不涉及倫理道德問(wèn)題,因此作為心肌損傷后干細(xì)胞移植治療的熱門(mén)種子細(xì)胞,間充質(zhì)干細(xì)胞成為治療缺血性心臟病的研究熱點(diǎn).

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 為非造血干細(xì)胞,在骨髓中含量極低,為0.001%-0.01%。研究發(fā)現(xiàn),骨髓間 充質(zhì)干細(xì)胞與造血干細(xì)胞不同,其不表達(dá)典型造血干細(xì)胞的表面標(biāo)志CD34和CD45,能特征性地表達(dá)CD29、CD44、CD71、CD90、CD105、CD106、CD120a、CD124等。在體外經(jīng)純化、擴(kuò)增、誘導(dǎo)后可表現(xiàn)心肌樣細(xì)胞的生物學(xué)特性,可為間充質(zhì)干細(xì)胞臨床移植治療提供可靠細(xì)胞來(lái)源,且因其強(qiáng)大的增殖能力,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在心肌修復(fù)中具有很明顯的潛在優(yōu)勢(shì)。研究表明,心肌梗死后移植的干細(xì)胞不僅分化出了心肌細(xì)胞,而且局部移植的骨髓干細(xì)胞能夠產(chǎn)生包括有心肌細(xì)胞和冠脈血管的新生心肌。應(yīng)用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可明顯減少心肌梗死面積,并可通過(guò)改變壞死心肌的局部微環(huán)境而上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)。因此,利用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞作為種子細(xì)胞取代受損的心肌細(xì)胞具有很好的應(yīng)用前景。此外,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植后還具有自動(dòng)歸巢到梗死區(qū)的特性,可能與趨化蛋白基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1(SDF-1)及其受體CXCR4作用有關(guān)。

圖1 人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo) 4 周后 ANP 和 CX43 免疫組化結(jié)果(DAB，×400)

臍血間充質(zhì)干細(xì)胞 介于成體干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞之間,顯得更為原始,具有亞全能分化潛能, 能分化為心臟、肝、腎等重要器官組織細(xì)胞。2000年, Erices等報(bào)道臍血中有很豐富的造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞,提取出的干細(xì)胞也被多位研究者們證實(shí)具有良好的心肌修復(fù)功能。Lee等發(fā)現(xiàn)從臍血中提取的間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為中胚層細(xì)胞,推測(cè)心肌作為中胚層組織亦可由其分化得到。另外有研究發(fā)現(xiàn)向兔心肌梗死模型中聯(lián)合移植臍血間充質(zhì)干細(xì)胞和臍血CD34 ,可明顯降低膠原蛋白沉積,并提高心肌功能。并由于全球人類(lèi)出生率高,因一些臍血也能夠通過(guò)臍血庫(kù)很好的收集與保存,臍血間充質(zhì)干細(xì)胞已被越來(lái)越多的研究者們重視,但因需在孕期采臍血,臍血間充質(zhì)干細(xì)胞的提取仍存在爭(zhēng)議。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞 臍帶組織,包括其動(dòng)脈、靜脈、華氏膠組織(Wharton’s jelly)、臍帶內(nèi)膜等,是間充質(zhì)干細(xì)胞的可靠來(lái)源。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞具有獲得過(guò)程無(wú)需有創(chuàng)操作, 可分化為3個(gè)胚層細(xì)胞、易在組織受損或炎癥反應(yīng)部位聚集、可促進(jìn)組織修復(fù)并調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)等明顯優(yōu)勢(shì)。來(lái)源于Wharton’s jelly的間充質(zhì)干細(xì)胞因其對(duì)心肌組織具有特異性趨化以及可分泌血管生成因子誘導(dǎo)心肌干細(xì)胞募集而受到關(guān)注。Wharton’s jelly間充質(zhì)干細(xì)胞從胚胎外胚層組織中提取,已被證實(shí)具有人胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞的特性,因而可作為干細(xì)胞移植的來(lái)源,另外,它還被證實(shí)具有阻隔免疫排斥、腫瘤發(fā)生、畸胎瘤形成等作用。經(jīng)冠狀動(dòng)脈注射Wharton’s jelly間充質(zhì)干細(xì)胞,可明顯提高左室射血分?jǐn)?shù),減少心肌梗死相關(guān)事件的發(fā)生,因而是替代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的最佳選擇。

間充質(zhì)干細(xì)胞的安全性和有效性

經(jīng)研究證實(shí)，間充質(zhì)干細(xì)胞體外擴(kuò)增的過(guò)程是安全的,且癌變的概率很小。有趣的是，Khan等于2011年的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞的供體年齡會(huì)影響移植后的療效。實(shí)驗(yàn)中, Khan等分別從2月齡和18月齡大鼠中提取出間充質(zhì)干細(xì)胞移植入18月齡心肌梗死模型大鼠體內(nèi)。移植后觀(guān)察大鼠體內(nèi)衰老主導(dǎo)基因p16的表達(dá),發(fā)現(xiàn)來(lái)自年老大鼠的間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)更加活躍,并由此推斷間充質(zhì)干細(xì)胞的活躍程度并不隨年齡的增長(zhǎng)而降低。除此之外,胰島素樣生長(zhǎng)因子1、纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子較年輕大鼠減少,而各項(xiàng)心功能指標(biāo)也有所不及。這項(xiàng)研究結(jié)果表明了間充質(zhì)干細(xì)胞移植需要年輕的供體,而臨床上治療年老者心肌梗死時(shí)自體間充質(zhì)干細(xì)胞移植可能并不適用。

作用機(jī)制 

間充質(zhì)干細(xì)胞分化成心肌細(xì)胞

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞在體外能誘導(dǎo)分化出自發(fā)跳動(dòng)、具有心肌細(xì)胞形態(tài)和電機(jī)械特征的細(xì)胞。研究進(jìn)一步證明了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可以在體內(nèi)心臟局部微環(huán)境中誘導(dǎo)分化生成心肌細(xì)胞。胰島素樣生長(zhǎng)因子1、干細(xì)胞生長(zhǎng)因子、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2等細(xì)胞因子通過(guò)與其受體結(jié)合,激活PI3-K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,從而介導(dǎo)干細(xì)胞在移植微環(huán)境中的存活。

旁分泌  

以往研究者認(rèn)為干細(xì)胞移植改善肌細(xì)胞的作用是由干細(xì)胞分化替代原損傷的心肌細(xì)胞或者血管生成來(lái)完成,但越來(lái)越多的研究證明干細(xì)胞可通過(guò)旁分泌來(lái)促進(jìn)心肌細(xì)胞的自身修復(fù)。

有國(guó)外科研人員于2009年嘗試使用分化功能被抑制的間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行移植實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其也能改善實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的心臟功能,且其改善程度與分化功能未被抑制的間充質(zhì)干細(xì)胞無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。同年做了有關(guān)間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療鼠心肌梗死的動(dòng)物實(shí)驗(yàn),證明了生長(zhǎng)因子等對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞移植療效的積極作用。這一結(jié)果證實(shí)細(xì)胞因子對(duì)心肌修復(fù)的作用大于心肌再生。隨后的研究中,研究者通過(guò)基因重組技術(shù)培養(yǎng)出高表達(dá)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的間充質(zhì)干細(xì)胞,不管是體外研究還是體內(nèi)研究,均明顯增加了間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖。移植了高表達(dá)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的間充質(zhì)干細(xì)胞的動(dòng)物心肌梗死面積更小,梗死區(qū)周?chē)苊芏雀?左室功能更好。

除此以外,大量的實(shí)驗(yàn)也已證實(shí)干細(xì)胞分泌的其他生長(zhǎng)因子(如血小板源性生長(zhǎng)因子、上皮生長(zhǎng)因子等)能夠促進(jìn)心肌修復(fù),分泌的白細(xì)胞介素6、白細(xì)胞介素10、腫瘤壞死因子α等細(xì)胞因子能夠調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng),可激活細(xì)胞內(nèi)包括STAT3、PI3K-Akt、ERK1/2等在內(nèi)的信號(hào)通路,促進(jìn)細(xì)胞增殖],分泌膠原蛋白I、Ⅲ等改善心臟收縮功能。

介導(dǎo)免疫反應(yīng)

間充質(zhì)干細(xì)胞具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)作用,將成為心肌梗死后平衡炎癥反應(yīng)和達(dá)到心肌修復(fù)的重要手段，經(jīng)研究證實(shí)間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)損傷心肌的保護(hù)作用是巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的。

間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)T細(xì)胞的調(diào)節(jié)

心肌梗死發(fā)生后,T細(xì)胞識(shí)別特異性抗原內(nèi)源性心肌肌球蛋白和輔肌動(dòng)蛋白, 導(dǎo)致輔助T細(xì)胞(Th細(xì)胞)和細(xì)胞毒T細(xì)胞(Tc細(xì)胞)對(duì)心肌產(chǎn)生持續(xù)性損害。

間充質(zhì)干細(xì)胞與T細(xì)胞共培養(yǎng)下有2條主要通路抑制T細(xì)胞增殖:間充質(zhì)干細(xì)胞上調(diào)色氨酸的代謝酶IDO使色氨酸代謝產(chǎn)物犬尿氨酸堆積,抑制T細(xì)胞增殖；環(huán)氧合酶2的表達(dá)使PGE2釋放增加也產(chǎn)生對(duì)T細(xì)胞增殖抑制的作用。

間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)B細(xì)胞的調(diào)節(jié)

間充質(zhì)干細(xì)胞有抑制NK細(xì)胞增殖的能力,同時(shí)也能降低其細(xì)胞毒性和減少促炎因子的釋放。NK細(xì)胞是通過(guò)IDO途徑和PGE2途徑迅速降低其增殖能力,且這兩條途徑還可能存在協(xié)同 作用。間充質(zhì)干細(xì)胞也可通過(guò)下調(diào)NK細(xì)胞活化受體NKp30、NKp44和NKG2D,從而減少NK細(xì)胞的活化,使其細(xì)胞毒性降低和促炎因子釋放減少。

間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)樹(shù)突細(xì)胞的調(diào)節(jié)

樹(shù)突細(xì)胞是體內(nèi)最重要的抗原遞呈細(xì)胞,心肌梗死后遞呈壞死心肌組織, 從而激活免疫應(yīng)答。間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過(guò)阻斷樹(shù)突細(xì)胞的成熟,導(dǎo)致樹(shù)突細(xì)胞表面抗原表達(dá)和共刺激分子 CD40、CD80和CD86的表達(dá)下調(diào),從而抑制T細(xì)胞的激活。

此外,有研究表明,間充質(zhì)干細(xì)胞能夠促進(jìn)損傷血管的再內(nèi)皮化,減輕新生內(nèi)膜的增殖,有助于減輕損傷血管的再狹窄。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性心臟病的作用機(jī)制

間充質(zhì)干細(xì)胞移植的優(yōu)勢(shì)

研究發(fā)現(xiàn)，等通過(guò)隨機(jī)雙盲對(duì)照試驗(yàn)證明經(jīng)靜脈移植同種異體人間充質(zhì)干細(xì)胞治療心肌梗死不僅是安全的并且是有效的，將間充質(zhì)干細(xì)胞與骨骼肌成肌細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞進(jìn)行了體外和體內(nèi)試驗(yàn)的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞在體外實(shí)驗(yàn)中凋亡率最高,但是移植入體內(nèi)后其存活能力并非處于絕對(duì)弱勢(shì),且在體內(nèi)表現(xiàn)出了非?；钴S的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和干細(xì)胞因子分泌能力。移植后4周,間充質(zhì)干細(xì)胞組新生血管密度和心功能改善方面表現(xiàn)較平滑肌細(xì)胞好,與骨骼肌成肌細(xì)胞組無(wú)差異。

聯(lián)合治療

已有不少研究顯示間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合生物工程支架移植治療比單純的干細(xì)胞移植治療更加有效。國(guó)外學(xué)者于2009年行心肌鉆孔結(jié)合肝素化堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子緩釋支架植入合并干細(xì)胞移植,觀(guān)察骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植修復(fù)豬急性心肌梗死的療效。這項(xiàng)研究說(shuō)明了手術(shù)聯(lián)合干細(xì)胞治療能夠顯著提升干細(xì)胞治療心肌梗死的療效。

Afanasev等發(fā)現(xiàn)射頻消融術(shù)能夠破壞梗死心肌已纖維化的結(jié)構(gòu),聯(lián)合間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療使單核細(xì)胞浸潤(rùn)心肌,促進(jìn)肉芽組織和新生血管的形成,從而促進(jìn)心肌組織梗死后的再生。

間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療心肌梗死給臨床帶來(lái)了全新的方法,但仍存在許多需要去認(rèn)識(shí)、解決的問(wèn)題, 如在細(xì)胞質(zhì)量、細(xì)胞劑量、移植方法、移植時(shí)機(jī)和患者選擇等各個(gè)方面仍未得到確切的答案,故局限了其在臨床上的應(yīng)用。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)、研究方法和相關(guān)理論知識(shí)的完善,相信間充質(zhì)干細(xì)胞移植必將為心肌梗死患者的治療帶來(lái)希望。

參考出處：

《臨床與病理雜志》 , 2005 , 25 (4) :287-290。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療心肌梗死

《中國(guó)動(dòng)脈硬化雜志》 , 2006 , 14 (7) :585-589，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療心肌梗死后心功能衰竭的遠(yuǎn)期療效。

《中華實(shí)驗(yàn)外科雜志》 , 2015 , 32 (8)。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療心肌梗死的旁分泌作用研究