干細胞移植治療2型糖尿病急性心肌梗死的研究進展

[摘要] 與2型糖尿病聯(lián)系最緊密的莫過于心臟及血管系統(tǒng)，而心臟的干細胞移植治療給心血管疾病帶來了曙光，經(jīng)諸多生物科學家研究顯示，此種方式可加強左心室的收縮期強度，減輕心室肌重構，減慢心衰的生物學進展，從而改善生活質(zhì)量，延長生命。本研究就干細胞治療2型糖尿病心肌梗死的研究進行了闡述及對新進展的展望。

[關鍵詞] 心肌梗死；干細胞移植；2型糖尿??；新進展

[中圖分類號] R587.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616（2013）19-36-03

全世界范圍內(nèi)糖尿病患者數(shù)正在不斷擴大，以發(fā)展中國家為甚，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，到2030年，糖尿病患者的人數(shù)將從2000年的1.71億增加到3.66億[1]，且不斷年輕化。我們都知道，糖尿病和心血管疾病有很多共同的危險因素[2]，例如，肥胖、不良的生活作息時間、高血脂、高膽固醇及家族史等。有研究人員對這些危險因素進行校正后，得到的結論是，2型糖尿病患者罹患心血管疾病的幾率是非糖尿患者的2～3倍，患糖尿病的男女性死于心血管疾病的人數(shù)較正常人死于心血管疾病數(shù)量高1.5倍以上[3]。在美國這樣的發(fā)達城市，仍有65%的糖尿病患者死于心血管疾病。

控制糖尿病患者的血糖在正常范圍之內(nèi)可顯著減低諸如糖尿病腎病，糖尿病視網(wǎng)膜病變及外周血管神經(jīng)的病變，但是ANDVANCE和VADT等研究發(fā)現(xiàn)，嚴格的控制血糖并不能降低糖尿病患者的心源性死亡率[4-5]，而ACCORD的研究則顯示這樣一個可能，及對糖尿病患者進行嚴格的血糖控制反而會增加患者的心源性死亡率[6]，這幾項研究可能因為研究對象年紀較大，患病時間較長有關。

干細胞治療給全世界的心臟病患者帶來了復原的希望，能讓他們更有信心面對生活，而不再遭受心臟病帶來的巨大痛苦，但是目前為止，干細胞用于人體這種治療手段還尚未成熟，需要更多的科學研究及臨床實驗，進一步攻克干細胞移植的致瘤性及其他弊大于利的效應。

1 目前研究的干細胞

干細胞是一類具有多向分化和自我更新能力的一類細胞[7-8]。

1.1 成體干細胞

具備再生以及修復的功能，其存在于成年個體的諸多組織以及器官之中，成體干細胞的存在使得組織得以不斷的更新。在一定的環(huán)境條件中，成體干細胞可能依照某種程序進行分化，產(chǎn)生具有一定功能的新細胞，也可能形成新的干細胞，這樣就能夠維持機體器官以及組織細胞的衰退以及更新間的動態(tài)平衡。通常而言，成體干細胞的數(shù)量不多，往往在特定部位分布，而且一般保持靜息，分裂速度較為緩慢，一旦血小板活化或者機體自身產(chǎn)生損傷，它們就會被激活，從而對損傷的部位進行修復，并且替代那部分失活的細胞，從而使組織內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)定。

人體的皮膚、外周血、胎盤、骨骼肌、骨髓、腦部以及臍帶血等組織器官均為成體干細胞的主要來源，這里面由于骨髓中具有較多的壁龕，因此源自骨髓的干細胞類型較多，包括了心臟干細胞、內(nèi)皮祖細胞、造血干細胞以及充質(zhì)干細胞等等，對其的研究相對而言也較為充分，成體干細胞較易獲取，在進行移植的過程中也并不會引發(fā)腫瘤，并且也并不存在倫理學爭議，因此其在組織再生、損傷性疾病的治療等方面有著廣闊的應用前景。

1.1.1 間充質(zhì)干細胞 在胚胎發(fā)育早期的外胚層以及中胚層中，產(chǎn)生的間充質(zhì)干細胞即MSCs，其英文全稱為mesenchymal stem cells，最早發(fā)現(xiàn)于人體骨髓中，之后又在人體的臍帶、牙周以及脂肪等多個組織中發(fā)現(xiàn)。在上個世紀80年代末，學者Friendenstein等了解到骨髓單核細胞在經(jīng)過體外貼壁生長培養(yǎng)時，通過一定的條件誘發(fā)，就能夠進行分化，從而產(chǎn)生成肌細胞、骨細胞、脂肪細胞以及軟骨細胞。這些類型的細胞能夠產(chǎn)生CD166，、CD90、CD105抗原。在隨后的研究中，學者們發(fā)現(xiàn)，在心肌微環(huán)境中，MSCs可以進行自我分化，從而產(chǎn)生心肌細胞[9]。

1.1.2 造血干細胞 當前，各類成體干細胞中，造血干細胞是研究應用最為純熟的一類，其包含的類群較多，這些類群的表型以及功能各異，它們能夠從骨髓中，依靠表面表達的某些抗原組合原理，并且通過選擇性的分選方式而獲取。造血干細胞的造血分化以及自我更新的能力較強，能夠分化成全部種類的血細胞，并且來源較廣，較易進行鑒定，在體外進行培養(yǎng)還能夠分化成心肌細胞，所以它們在心臟疾病的治療方面，有著重要的意義。學者Orlic等把從EGFP轉基因雄性大鼠骨髓中獲得的干細胞Lin-c-kit+，向心肌梗死的雌性大鼠病變部位周圍直接進行注射，隨后其發(fā)現(xiàn)，這些具有帶有Y染色體的EGFP基因干細胞Lin-c-kit+，能夠進行自主遷移，并到達心肌損害的區(qū)域，另外，在雌性大鼠心肌梗死區(qū)域之內(nèi)，還觀察到了帶有EGFP基因的平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞以及心肌細胞，從這些結果可以推斷移植的細胞能夠進行分化，產(chǎn)生血管結構細胞以及心肌細胞。

1.1.3 內(nèi)皮祖細胞 EPCs也就是內(nèi)皮祖細胞，其源自造血干細胞，又被稱作血管細胞，分布在外周血以及骨髓之中，是血管內(nèi)皮細胞的前體細胞，學者Asahara研究發(fā)現(xiàn)，EPCs能夠在體外進行分化，從而形成血管內(nèi)皮細胞，因此其推斷EPCs和血管生成有關[10]?，F(xiàn)今內(nèi)皮祖細胞主要用來治療心臟病和外周血管組賽性疾病。

有研究將新生的心肌細胞和EPCs（人外周血）共培養(yǎng)就能夠得到具有新的功能特性以及生化特征的心肌細胞，還有的研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮祖細胞可以參與修復局部的缺血組織以及新血管的生成，所以內(nèi)皮祖細胞為進行心肌梗死移植治療的一個重要外源細胞。內(nèi)皮祖細胞向缺血的心肌進行注射，還有利于新血管的生成，并提升心臟功能，有效抑制其纖維化[11]，這點極有可能是其在缺血性心肌梗死治療方面的一個關鍵作用機制。不過，不論是基于哪一機制來幫助修復受損心肌，移植的內(nèi)皮祖細胞在心肌梗死上獲得的治療效果已經(jīng)得到了舉世公認。

1.1.4 心臟干細胞 長期以來，心臟都被認為是一個靜止器官，然而，這一觀點在近些年面臨諸多質(zhì)疑，這是由于有研究表明，在成體心臟中，一旦出現(xiàn)超負荷工作或者出現(xiàn)梗死，那么仍會有很少部分的心肌可以分裂，另外，有報道發(fā)現(xiàn)，在病理或者正常的生理狀況下，仍然有心肌再生、胞漿移動以及心肌細胞分裂等活動。另外，在糖尿患者以及老年人的心臟細胞中，少量細胞的染色體末端有長的端粒序列，并且具有端粒酶活性，這些都可能表明在成體心臟中存在擁有分裂擴增能力的干細胞，也就是心臟干細胞。通過不同方法可分離得到不同的心臟干細胞，而且不論是體內(nèi)生長還是體外培養(yǎng)，均能夠分化成平滑肌細胞、血管內(nèi)皮細胞、心肌細胞三種類型的心臟細胞，所以，在修復心肌損傷上，心臟干細胞一直都是絕佳的選擇?，F(xiàn)今，諸多研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死的有關動物在進行心臟干細胞移植之后就可以進行分化，產(chǎn)生心肌細胞，并且還能夠促進新生血管的產(chǎn)生，使梗死面積下降，提升心臟功能[12-14]。De Boer等[15]的實驗預示其移植可能減少心肌梗死后心律失常的發(fā)生。

1.2 胚胎干細胞

受精卵分裂發(fā)育為囊胚時，囊胚腔內(nèi)細胞團的細胞具備完全分化的能力，能夠形成人體的全部類型的細胞和組織，因此其又被稱作胚胎干細胞，另外由于其能夠分化形成人體任何一種類型的細胞，又被稱為全能干細胞。人類最早展開研究的一類細胞也正是胚胎干細胞，它強大的分化功能給科學界帶來了不小的震撼。同時因為其諸多分化增殖特性使其被應用于各項研究中，具有很大的前景。

2 不同移植途徑下干細胞療效

2.1 經(jīng)冠脈行途徑的干細胞移植

當前，我國的諸多研究已經(jīng)證明，通過導管行BMS的方式進行移植，能夠使心肌梗死的面積有效縮小，使左心室的重構程度下降，提升心臟功能、并沒有出現(xiàn)微血栓，負性臨床事件也并未上升。另外在移植之后跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，在180d后，細胞移植組的患者LVEF水平升高，在約365d之后，LVEF水平仍在提高，即使是4年之后，這些這一優(yōu)勢仍舊沒有喪失。另外，TCT-STAMI的有關實驗也表明，心肌梗死超急性期所開展的通過冠脈的自體BMS移植還能夠顯著提升心肌梗死患者的左心室灌注以及心臟功能。

2.2 心肌直接注射途徑移植

通過心外膜心肌內(nèi)進行干細胞注射時，需要在開胸狀態(tài)下進行，在此途徑下，需要把干細胞直接向梗死心肌處進行注入，顯然這一方式操作較為簡便，因此，臨床可行性較高。有關此方面的研究，國內(nèi)開展得不多。

3 臨床應用的現(xiàn)狀

3.1 干細胞移植臨床應用及療效評估

多項研究表明，干細胞梗死相關冠脈內(nèi)移植治療AMI的療效在移植后不久就能夠有所表現(xiàn)[16-17]，如心肌供血狀況以及心臟收縮功能改善、左心室功能增強、心室的重構減輕等等。有臨床試驗研究表明，骨髓間充質(zhì)干細胞移植后，在移植180d之后的跟蹤調(diào)查結果顯示，盡管對于炎性因子的表達量對照組和胚胎移植組均減少，但是和對照組仍然高于移植組（P<0.05）[18]。另外，其他相關研究結果顯示，通過骨髓間充質(zhì)干細胞移植，不僅不會使心肌梗死患者血內(nèi)皮功能損傷，加重炎性反應，還會有利于改善其心肌梗死的狀況。

由于現(xiàn)今還缺少對特異性細胞失蹤技術以及在體評級方法，因此在臨床上對干細胞移植效果的判斷依據(jù)有如下幾點：其一，左心室重構：對比移植前后左心室舒張以及收縮的末徑容積；其二，左心室功能，加拿大以及美國等都對左心室功能水平進行了相應分級，來對左心室局部以及整體功能進行輔助的評估；其三，梗死面積、心肌活性以及心肌灌注：通常使用心肌核素以及核磁進行檢測。此外，目前較為客觀的一種評價方式是蘇達生存質(zhì)量評分，其能夠在整體上對AMI患者，進行干細胞移植前后的生存質(zhì)量進行反映。

3.2 全能干細胞治療心肌梗死的研究現(xiàn)狀

因為，全能干細胞在發(fā)育上具備全能性，因此自從干細胞建系以后，各國的研究人員都開展了諸多研究，不管是干細胞治療領域還是再生醫(yī)學領域，對其的研究也都非常之多。但是，由于要通過破壞活胚胎的方式才能夠獲得全能干細胞，使得其研究進程受阻，甚至還一度被禁。所以，研究人員試圖通過其他渠道來構建起全能胚胎干細胞系，如通過體細胞等的重編程而得到的iPSs或者依靠人工卵子的激活來獲得孤雌胚胎pESCs等，這兩種方式均在倫理道德所允許的范圍內(nèi)，因此成為了一種獲得全能干細胞的有效方式，在治療心肌梗死的研究中，iPSs以及ESCs均得到了廣泛運用。

4 長期結果與展望

目前很多研究已表明ESCs移植會誘發(fā)畸胎瘤，科學家們始終關注于如何提升細胞移植安全性這一課題的研究。而且，很多研究人員都主張定向誘導具有分化潛能的干細胞，從而得到心肌祖細胞、心肌樣細胞或者胚胎干細胞來源的心肌細胞等接著再展開移植，如此一來就能夠使畸胎瘤的發(fā)生率大為降低，這不失為一種防治畸胎瘤出現(xiàn)的良好策略[19]。但是，在多能干細胞研究中，還有一些亟待解決的問題，如怎樣把誘導獲得心肌細胞（心肌祖細胞）和尚未展開分化的多能干細胞進行徹底的分離。因為，在移植過程中存在的沒有進行分化的細胞，仍舊具有潛在的安全問題，因此要想使治療更具安全性，就需要采取有效的純化手段。此外，移植后的細胞能否長期良好存活的問題也沒有很好的解決，所以在未來這些問題都是各國細胞移植研究人員所關注的重點。

在10年之前，歐美發(fā)達國家相關機構發(fā)表了關于干細胞移植治療心臟血管疾病的兩個目標。目標一是要逐步形成一系列規(guī)范的評判方式，從而能夠評估所有生物實驗室所做的干細胞移植于各種部位的工作，目標二是能夠深入的從不同方面敘述所植入的細胞在受體器官上能表現(xiàn)出來的功能改善的多少；對心臟及血管而言，則要求能清楚了解干細胞移植于心血管病的方法步驟等。從該兩個目標被列出迄今為止，非常多的生物科學家紛紛獲得了可喜的研究成果，特別是在很多基礎理論方面解答了前人所留下的諸多疑惑，指導了臨床上相關的工作，也為后人帶來了更多的挑戰(zhàn)，總而言之，這種從生物學角度出發(fā)的治療方式有相當可行的一面，但也有史無前例的難題有待更多優(yōu)秀研究者的解決。但毋庸置疑的是，不久的將來，各種細胞的不同移植途徑會是心血管患者癥狀得到改善甚至痊愈的福音，尤其對于糖尿病患者這一冠心病高發(fā)人群來說，生存期的延長和生活質(zhì)量的提高，將造福于全世界心血管疾病的受害者。

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（收稿日期：2013-07-03）

[基金項目]國家自然科學基金資助項目（31260223）；國家自然科學基金項目（81260229）；云南省科技廳-昆明醫(yī)科大學聯(lián)合專項基金（2012FB044）。