骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性心臟病的研究進(jìn)展

馬 莎(綜述)，王玉璟(審校)

(1.長(zhǎng)江大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，湖北荊州434000;2.長(zhǎng)江大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院科教科，湖北荊州434000)

缺血性心臟病是心血管疾病死亡的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，缺血性心臟病導(dǎo)致心臟梗死區(qū)大量心肌細(xì)胞丟失，最終由纖維組織替代［1］。心肌組織中殘留少量具有擴(kuò)增能力的心肌細(xì)胞［2］，另外心臟外干細(xì)胞具有有限擴(kuò)增分化能力［3］，心臟梗死區(qū)的心肌細(xì)胞在一定程度上具有再生性代償能力。然而，此類細(xì)胞的代償如不采用有效的干預(yù)措施，將無力扭轉(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，但都難獲得滿意的治療效果［4］。曾有學(xué)者研究使用健康細(xì)胞移植術(shù)取代損傷、壞死心肌細(xì)胞治療缺血性心臟病，如將成纖維細(xì)胞、骨骼肌成肌細(xì)胞、原代培養(yǎng)的心肌細(xì)胞注射在心肌缺血區(qū)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性治療［5］，取得了一定效果。骨髓內(nèi)也存在具有分化功能的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)，在特殊的誘導(dǎo)分化條件下能分化成多種細(xì)胞類型，包括骨、肌肉、心肌細(xì)胞以及血管內(nèi)皮細(xì)胞。近年來，BMSCs移植成為治療缺血性心臟病研究的熱點(diǎn)，且間充質(zhì)干細(xì)胞因取材方便、免疫排斥性低、多向分化性、不涉及倫理道德問題等優(yōu)點(diǎn)更是引起了廣大學(xué)者的廣泛關(guān)注［6］，BMSCs移植已成為治療缺血性心臟病研究的熱點(diǎn)。

1 BMSCs的概述

BMSCs是一群來源于中胚層的多能成體干細(xì)胞。現(xiàn)有研究表明，BMSCs存在于多種組織與器官中，它們?cè)谶m當(dāng)?shù)臈l件下可以誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肝臟細(xì)胞等，因此已有學(xué)者關(guān)注它對(duì)心肌梗死、肝衰竭和糖尿病等的治療［7］。BMSCs與造血干細(xì)胞不同，能特征性的表達(dá)CD29、CD44、CD71、CD90、CD105、CD106、CD120a、CD124、SH2、SH3、SH4［8］，CD34和CD45表達(dá)陰性，且在培養(yǎng)過程中呈貼壁生長(zhǎng)。BMSCs可在人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)不相容的個(gè)體之間移植，證實(shí)了BMSCs的臨床應(yīng)用。目前有研究發(fā)現(xiàn)心肌BMSCs移植心功能改善只是短暫的，長(zhǎng)期并不能改善整個(gè)心臟功能，但可以提高局部心肌收縮功能和改善心室重構(gòu)［9］。有研究轉(zhuǎn)染了端粒酶基因的BMSCs，能恢復(fù)端粒酶的活性，擴(kuò)大了細(xì)胞的生命周期，因此增加BMSCs端粒酶活性是一種很有潛力的治療策略。但是，轉(zhuǎn)染端粒酶基因的BMSCs在體外擴(kuò)增卻可導(dǎo)致基因不穩(wěn)定和細(xì)胞轉(zhuǎn)化［10］。骨髓原始間充質(zhì)干細(xì)胞是骨髓基質(zhì)干細(xì)胞，對(duì)骨髓中的造血干細(xì)胞不僅有機(jī)械支持作用，還能分泌多種生長(zhǎng)因子(如白細(xì)胞介素6、白細(xì)胞介素11、白血病抑制因子、巨噬細(xì)胞集落刺激因子及干細(xì)胞因子等)來支持造血。

2 BMSCs移植技術(shù)

目前干細(xì)胞移植的臨床試驗(yàn)中所采用的移植技術(shù)包括開胸直接注射移植技術(shù)、導(dǎo)管介入移植技術(shù)和骨髓干細(xì)胞動(dòng)員及經(jīng)靜脈途徑。但各種技術(shù)并沒有達(dá)到理想的效果。開胸直接注射移植技術(shù)增加移植細(xì)胞優(yōu)先遷移和定居到心肌缺血的部位，局部濃度高，效果確切。本方法適合于行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)的患者，不適于單獨(dú)使用。導(dǎo)管介入移植技術(shù)要求具備一定的導(dǎo)管設(shè)備和技術(shù)水平，費(fèi)用較高，不適合在基層醫(yī)院推廣。至今已完成的國(guó)內(nèi)外幾組小樣本的臨床試驗(yàn)［11］，初步證實(shí)在心肌梗死發(fā)生后早期，經(jīng)冠狀動(dòng)脈內(nèi)骨髓干細(xì)胞移植可以改善患者的心功能。經(jīng)靜脈途徑方法簡(jiǎn)單易行，可能造成其他器官栓塞。有研究表明，急性心肌梗死可募集外周循環(huán)血BMSCs，直達(dá)損傷部位［12］。用細(xì)胞因子動(dòng)員BMSCs的可行性已在急性心肌梗死動(dòng)物模型及臨床急慢性心肌缺血患者中得到驗(yàn)證。

3 BMSCs移植改善心功能機(jī)制

近年來，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究均證實(shí)，BMSCs移植可以減少梗死面積，限制梗死后心室重構(gòu)，增加左心室厚度和順應(yīng)性，心功能得到改善。但迄今為止BMSCs治療缺血性心臟病的機(jī)制仍未充分闡明，一方面仍未完全了解BMSCs的生物學(xué)特性，另一方面體內(nèi)微環(huán)境的作用相當(dāng)復(fù)雜。目前認(rèn)為其可能的機(jī)制如下:①BMSCs誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞;②BMSCs可促進(jìn)血管新生，改善心肌血液供應(yīng);③BMSCs的旁分泌作用;④抑制心室重構(gòu);⑤免疫調(diào)節(jié)作用。

4 BMSCs聯(lián)合治療

4.1 BMSCs聯(lián)合細(xì)胞因子治療 BMSCs向缺血心肌區(qū)域的歸巢、分化及旁分泌作用受到多種細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，聯(lián)合細(xì)胞因子治療可加強(qiáng)BMSCs移植的效果。已有研究表明，BMSCs聯(lián)合干細(xì)胞因子/趨化因子受體4、粒細(xì)胞集落刺激因子、促紅細(xì)胞生成素、胰島素樣生長(zhǎng)因子等來治療缺血性心臟病，可明顯改善心肌功能和促進(jìn)缺血區(qū)血管形成。吳賢仁等［13］用異丙腎上腺素制作大鼠心肌梗死模型，聯(lián)用粒細(xì)胞集落刺激因子和辛伐他汀活化BMSCs，結(jié)果顯示動(dòng)員組的壞死心肌比例、心肌瘢痕面積均小于對(duì)照組，而缺血區(qū)血管密度大于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4.2 BMSCs聯(lián)合基因治療 近年來研究提示，轉(zhuǎn)入有關(guān)基因的BMSCs治療心肌梗死可能是提高干細(xì)胞療效的新策略。對(duì)BMSCs進(jìn)行基因修飾是基因治療的很有吸引力的方法。王曉艷等［14］探討了人堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hman basic fibroblast growth factor，hbFGF)基因聯(lián)合干細(xì)胞移植治療心肌梗死的機(jī)制及效果。制備、抽提、純化質(zhì)粒Pd-bFGF。通過冠狀動(dòng)脈內(nèi)給藥方式灌注hbFGF基因到梗死部位。將20個(gè)模型動(dòng)物隨機(jī)分為4組:干細(xì)胞+hbFGF基因治療組(A組，n=6);hbFGF基因治療組(B組，n=6);干細(xì)胞治療組(C組，n=4);心肌梗死對(duì)照組(D組，n=4)。通過冠狀動(dòng)脈造影、免疫組化計(jì)數(shù)及超聲心動(dòng)圖觀察梗死區(qū)血管計(jì)數(shù)、Rentrop分?jǐn)?shù)、左心室射血分?jǐn)?shù)值、梗死面積等指標(biāo)來評(píng)估hbFGF基因聯(lián)合干細(xì)胞治療急性心肌梗死的療效。結(jié)果顯示，A組、B組、C組均有促血管新生及心功能改善作用，A組的作用最強(qiáng)。因此認(rèn)為，基因聯(lián)合干細(xì)胞移植是治療缺血性心臟病的有效方法。雷瑩等［15］研究了抑癌基因沉默對(duì)BMSCs生物學(xué)性狀的影響，并觀察了其在心肌梗死區(qū)域的存活和增殖情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PTEN基因沉默能有效促進(jìn)BMSCs的增殖，促進(jìn)蘇氨酸激酶途徑而使Bcl-2蛋白表達(dá)增多，從而抑制細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)缺血缺氧的耐受能力。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，PTEN基因沉默的BMSCs更容易在心肌梗死區(qū)域存活和增殖，為干細(xì)胞移植治療心肌梗死提供了新的思路。

5 我國(guó)BMSCs治療缺血性心臟病的研究

5.1 基礎(chǔ)研究 宋曉蓉等［16］結(jié)扎新西蘭兔左冠狀動(dòng)脈造成心肌梗死模型，2周后將自體BMSCs注射至梗死心肌周邊區(qū)域，細(xì)胞移植2、4周后，經(jīng)多普勒超聲心動(dòng)圖檢測(cè)顯示，BMSCs組左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室短軸縮短率均明顯高于僅注射等量培養(yǎng)基的對(duì)照組。移植8周后病理學(xué)檢查見BMSCs存活于梗死區(qū)域中，并能表達(dá)心肌細(xì)胞特異性標(biāo)志，瘢痕區(qū)毛細(xì)血管密度增加。李紅敏等［17］結(jié)扎雌性大鼠左冠狀動(dòng)脈前降支造成心肌梗死模型，于1 h后將雄性大鼠BMSCs注入梗死區(qū)域心外膜下，應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)檢測(cè)1、3和6周移植后的細(xì)胞存活率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分別為7.88%、7.82%和8.73%。因此認(rèn)為，BMSC可以在心肌梗死區(qū)域長(zhǎng)期存活并參與受損心肌修復(fù)，移植1周后存活數(shù)量不再進(jìn)行性減少，至6周左右均約8%。

5.2 臨床研究 近年來，我國(guó)一些醫(yī)院都開展了相關(guān)的臨床研究。楊水祥等［18］對(duì)急性心肌梗死患者進(jìn)行經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療同時(shí)注入自體BMSCs，移植前1周經(jīng)皮下注射粒細(xì)胞集落刺激因子進(jìn)行干細(xì)胞動(dòng)員，外周血采集BMSCs經(jīng)純化后由球囊導(dǎo)管注入梗死區(qū)域相關(guān)血管，結(jié)果顯示梗死面積減少，冠狀動(dòng)脈造影顯示無嚴(yán)重的血管病變。王建安等［19］選擇冠心病患者和慢性心力衰竭患者進(jìn)行小樣本BMSCs移植，觀察到類似的結(jié)果。李占全等［20］對(duì)急性心肌梗死也進(jìn)行了BMSCs相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)BMSCs移植組收縮末容積明顯減少，左心室射血分?jǐn)?shù)明顯增加，與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

6 展望

目前，干細(xì)胞治療缺血性心臟病的臨床應(yīng)用尚處在初級(jí)階段，還有許多問題需要解決，BMSCs移植目前仍面臨著移植效率低，細(xì)胞分選純化困難，移植方式有待優(yōu)化等問題，干細(xì)胞在體內(nèi)的分化及作用的具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。BMSCs治療缺血性心臟病已初步顯示了其臨床應(yīng)用效果［21］，基礎(chǔ)研究的不斷深入，與基因及細(xì)胞因子聯(lián)合治療為其提供了更廣闊的發(fā)展前景。BMSCs日益成為細(xì)胞移植、組織工程和基因工程研究的焦點(diǎn)［22］，使用具有多能分化性和增殖能力等特征的BMSCs進(jìn)行再生治療，已成為再生醫(yī)學(xué)研究中最受關(guān)注的課題。隨著對(duì)BMSCs研究的深入，更多臨床應(yīng)用的開展，必將對(duì)缺血性心臟病的治療帶來新的希望。

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