干细胞在心血管疾病中的应用研究进展

干细胞在心血管疾病中的应用研究进展

崔人喜姜兰兰林丙来朱苏月徐明亮

崔人喜姜兰兰林丙来朱苏月徐明亮（芜湖市第二人民医院科教处241000）

心血管疾病成为当今世界上威胁人类健康最严重的疾病之一。药物、溶栓、介入治疗和心脏移植虽能有效干预了心血管系统的各种疾病，但疗效有限。干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，其已成为治疗白血病、各种恶性肿瘤放、化疗后引起的造血和免疫系统功能障碍等疾病的重要手段。本文就干细胞在心血管疾病中的应用研究进展予以综述。

1.干细胞的生物学特性及种类

干细胞(stemcell)系具有自我更新和多向分化潜能的原始细胞，按其来源可分为胚胎干细胞(Embryonicstemcells，ESCs)和成体干细胞(Adultstemcells，ASCs)；按其分化潜能可分为全能干细胞(Totipotentstemcells)、多能干细胞(Multipotentstemcells)和专能干细胞(Monopotentstemcells)。从理论上讲，ESCs属于全能干细胞，可分化成几乎全身所有的组织细胞。ASCs为多能和(或)专能干细胞，具有向一种或几种类型成熟细胞分化潜能的不成熟细胞。通常情况下，ASCs处于静息状态，分裂缓慢，如肝、皮肤、脑以及骨髓等内的干细胞处于休眠状态。

2.干细胞在心血管疾病中的应用研究进展

心肌细胞不可再生，在缺血等病理因素打击下，通过坏死或凋亡途径导致心肌细胞数量减少，被瘢痕替代，而引发心肌重塑和扩大，最终导致心力衰竭。溶栓和介入治疗虽能挽救缺血心肌，但不能补充坏死心肌。心脏移植虽是治疗心衰的最佳方法，但因供体来源有限、费用昂贵及移植排斥反应等问题难以满足需要。大量动物实验已证实某些干细胞移植到心肌内，可增殖或分化出能担负心脏工作的肌细胞和组织，以代偿心肌损伤后的细胞数目减少和功能下降。

2.1干细胞在心律失常疾病中的研究进展

干细胞治疗心律失常的理论是：将干细胞或分化诱导细胞移植到心脏冲动形成异常和传导系统病变区，修复受损或缺失起搏、传导细胞；注射到心室壁，发挥代偿的生物性异位起搏细胞的功能。体外试验表明[1]，ESCs不仅可分化为具有早期心肌细胞表型、心肌超微结构、心肌基因表达并能自发搏动的单个心肌细胞，且可分化为具有起搏细胞、心房细胞、心室细胞或浦氏细胞样动作电位表型的细胞。MSCs具有微环境依赖性分化的特点，在体内外可分化为结构与功能成熟的心肌细胞，有窦房结样和心肌细胞样单位，自动除极与自发跳动。Beeres等[2]研究发现人MSCs能修复心肌传导阻滞，能与人MSCs和心肌细胞间形成Cx相关。

如果将具有起搏传导功能、节律性高于自身心室肌细胞的干细胞植入心脏，实行细胞替代疗法可能是一种新的治疗缓慢心律失常的方法。有报道将新生猪心房肌细胞、人胎心房肌细胞移植到猪心室壁，3-4周后消融房室结，结果发现移植部位能提供较高频率的异位激动并维持心室逸搏节律，移植细胞与宿主细胞发生缝隙连接[3]。将转染起搏基因mHCN2+EGFP的间充质干细胞悬液注射入狗左心室前壁，4-10天后，用标准方法刺激狗迷走神经抑制其窦房结心律，结果显示移植转染起搏基因的间充质干细胞，在诱导动物产生窦性静止后，能够形成一种新的室性心律，且心率比逸搏要快[4]。

2.2干细胞在冠心病中的研究进展

药物干预、介入治疗和外科手术等使闭塞的血管再通，挽救濒死的心肌，但不能替代坏死的心肌。干细胞在特定环境中能被诱导分化为心肌细胞和血管内皮细胞，从而形成新生血管，修复损伤坏死心肌，改善心功能的特性，对治疗冠心病有着诱人的前景。

用猪的慢性缺血性心脏病模型，经心导管在缺血区心内膜下多点注射从自体外周血分离的内皮祖细胞，左室功能、缺血区面积和毛细血管密度均显著改善[5]。顽固性心绞痛患者进行干细胞移植，经心内膜注射自体骨髓单个核细胞，可见缺血心肌的室壁厚度增加，室壁运动提高，心肌灌注显著提高，没有明显的恶性心律失常和心肌梗死发生。透壁心肌梗死患者，行冠脉旁路移植时在梗死心肌周边移植自体骨髓干细胞，结果心肌灌注和室壁运动明显提高，活动耐量显著增加，而未见恶性肿瘤、恶性心律失常和室性心动过速的发生[6]。将自体MSCs体外扩增后经冠脉植入心肌梗死的小型猪心肌梗死区，发现梗死相关区域有生理功能的新生心肌和血管组织再生，明显改善急性心肌梗死猪的功能[7]。干细胞移植治疗冠心病也可改善冠状动脉血流储备，左室收缩和舒张功能[8]。急性心肌梗死猪模型行心肌内注射自体MSCs，在移植前3-4天给予喂服降脂药阿托伐他汀，可显著提高间充质干细胞在梗死心肌中的存活和分化率，并显著改善心功能和减小灌注缺损面积[9]，初步表明，他汀类药物改良损伤的心肌微环境更利于移植细胞的存活、分化和发挥效用，开辟了提高骨髓干细胞移植效用的新策略和新方向。

2.3干细胞在心肌疾病中的研究进展

Kehat等[1]认为ESCs分化来的心肌细胞在结构和功能上具有与早期心肌细胞相似的特性。将ESCs通过悬滴培养诱导后发现，细胞出现自发搏动，胚体出现收缩反应，若在诱导培养体系中加入5-氮胞苷，可增加ESCs向心肌细胞的分化效率，骨髓基质干细胞经5-氮胞苷定向诱导后在超微结构和细胞因子的表达上类似于心肌细胞，已向心肌样细胞分化，血小板衍化生长因子-AB(PDGF-AB)可促进ASCs向心肌细胞分化[10]。无血清培养基诱导ESCs向心肌细胞分化，其心肌自发搏动的数量较含血清培养明显增加，如果在培养体系中加入维生素C，分化效率可再提高40%，同时心肌特异性的蛋白标志物表达也增加。目前认为心肌发生相关因子如转化生长因子β(TGF-β)、骨形态发生蛋白(BMP)、Wnt家族蛋白(Wntfamilies)、成纤维细胞生长因子(FGF)、全反式维甲酸(RA)、二甲基亚砜(DMSO)及垂体后叶素等均可促进ESCs向心肌细胞分化，增加心肌细胞的分化效率[11]。有研究表明，骨髓干细胞在扩张型心肌病动物模型中，也具有向心肌样细胞和血管内皮细胞分化的潜能[12]。

2.4干细胞在心力衰竭中的研究进展

心力衰竭是多种心脏疾病最终发展至一种复杂的临床综合征。临床药物和介入治疗，虽能改善症状，却不能替代坏死和凋亡的心肌细胞，逆转心室重构，从根本上恢复受损心肌的舒缩功能。干细胞移植在心血管疾病领域的应用为心力衰竭提供了全新的治疗策略。目前对各种类型的干细胞向坏死心肌或无功能心肌细胞分化，及不同的干细胞移植路径进行了大量的基础及临床研究[13]。近年来，ASCs移植实验绝大多数是小规模，缺乏随机性或对照研究，虽然所用细胞类型不一，移植路径多样，但总的趋势表明，干细胞移植治疗是安全可行的。在心力衰竭治疗中应用最广泛的干细胞来源于骨髓，即骨髓干细胞，主要包括骨髓单个核细胞和MSCs，骨髓干细胞在心力衰竭中的应用涉及了各种移植途径和多种病因引起的心力衰竭。

3.问题与展望

尽管干细胞移植治疗心血管疾病在许多动物和临床实验中取得了一定进展，但其作用机制不明确，且围绕干细胞移植临床应用的安全性和可行性的讨论仍无定论。目前有以下几个问题亟待解决：(1)何种类型干细胞移植最安全？ESCs因在临床应用中受到伦理学问题、取材困难及免疫排斥等因素而被限制。(2)干细胞移植时机、部位、途径及移植数量的选择？目前无统计学上的严格对比结果可供参考，还需大量的动物和临床实验进一步研究提供证据。(3)干细胞移植在心血管疾病治疗中的地位问题，是主导还是辅助？(4)干细胞移植治疗心血管疾病真的有效吗？有效的标准又是什么？证据尚缺乏。(5)干细胞移植后，细胞的存活率和定向迁移率较低，干细胞能否真的分化为心肌细胞，目前仍是一个有争论的问题。(6)基因改造后的干细胞移植能行得通吗？因此，要在临床上应用转基因干细胞是非常困难的。

目前干细胞治疗心血管疾病的研究尚处于初期阶段，但通过对干细胞定向分化调控机制的研究，建立完整的动物模型技术平台，探索各项技术在临床应用的可能性，及开展大规模、随机对照、多中心临床干细胞移植的研究，有望使干细胞治疗心血管疾病成为不同于内科传统药物治疗、心血管介入治疗和外科手术治疗的又一全新治疗方法。干细胞的应用前景无疑是广泛的、光明的，但对其的基础研究、动物实验及临床研究仍是任重而道远。

参考文献

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