干細胞治療心肌梗死和缺血性心力衰竭的臨床應用進展*

尤宏釗綜述，張健審校

綜述

干細胞治療心肌梗死和缺血性心力衰竭的臨床應用進展*

尤宏釗綜述，張健審校

近年來，利用干細胞移植替代受損、壞死的心肌細胞逐步成為治療急性心肌梗死和缺血性心力衰竭的一種新途徑。具有向心肌細胞分化能力的干細胞類型包括胚胎干細胞、可誘導多能干細胞和成體干細胞等，目前主要的臨床研究對象是骨髓源性單核細胞。雖然目前對于移植的時間及窗口期的尚存在爭議，但是多項Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗表明干細胞治療急性心肌梗死和缺血性心力衰竭患者對于改善左心室射血功能、減小梗死面積具有確切的治療效果和安全性。

干細胞；缺血性心力衰竭；急性心肌梗死

心肌梗死和缺血性心力衰竭是導致心血管病患者死亡的主要原因，目前臨床上治療心肌梗死和缺血性心力衰竭的主要方法包括藥物治療、介入治療、冠狀動脈旁路移植術等。這些技術雖然在一定程度上能改善患者臨床癥狀，延緩疾病進展，但均不能從根本上修復已經壞死的心肌細胞。干細胞治療是一種利用干細胞替代受損、壞死心肌細胞并定向分化為有功能活性心肌細胞的方法，為此類心血管疾病的治療提供一種新的途徑。

1 向心肌細胞分化的干細胞來源

干細胞是具有自我復制能力和多向分化潛能的細胞群，在一定條件下可誘導分化為心肌細胞。具有向心肌細胞分化能力的干細胞類型包括胚胎干細胞、可誘導多能干細胞和成體干細胞等。胚胎干細胞是早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞群，可體外培養，具有無限自我更新和多向分化能力。然而將非純化人體胚胎干細胞源性心肌細胞植入免疫抑制獼猴心內，有畸胎瘤形成可能[1]，臨床應用胚胎干細胞還存在倫理問題。因此目前胚胎干細胞主要作為一種研究干細胞向心肌細胞分化進程及其自身多能性機制的實驗室工具。

可誘導多能干細胞是在胚胎干細胞對心血管疾病的試驗中療效確切，但又存在諸多問題的基礎上興起的，是將逆轉錄病毒OCT3/4、SOX2、c-MYC和KLF4四個轉錄因子轉導于胚胎時期或成年小鼠的纖維母細胞內，將維持胚胎干細胞 的基因和小鼠纖維母細胞基因組整和、誘導分化出一種具有胚胎干細胞特性的多能干細胞[2]。目前，從人類纖維母細胞中提取出來的可誘導多能干細胞更具有臨床應用前景，可誘導多能干細胞分化獲得不同類型的心肌細胞，并且在很大程度上克服胚胎干細胞相關倫理問題，但逆轉錄過程須經病毒轉染完成，增加腫瘤形成風險性，而且其在應用穩定性和轉化后存活率上仍有待研究。

骨骼肌成肌細胞位于成熟骨骼肌細胞的漿膜層和基底膜之間，也稱衛星細胞，是最早應用于臨床治療充血性心力衰竭的干細胞，可經活檢取材，具有取材容易、免疫排斥反應低及對缺血缺氧耐受力強等優點，但在一項治療充血性心力衰竭的多中心隨機雙盲對照實驗中卻發現，使用骨骼肌成肌細胞并未提高局部或整體左心室功能，而且與安慰劑組相比，高劑量應用骨骼肌成肌細胞時易造成難治性室性心律失常[3]。由于其自身的不足以及近年來對其他來源干細胞的研究逐步興起，針對骨骼肌成肌細胞向心肌分化的研究相對減少。

骨髓源性單核細胞取材、培養方便，是目前較有前景及主要的臨床研究對象。一項針對骨髓源性單核細胞治療急性心肌梗死療效的22項隨機對照試驗的Meta分析結果顯示，心肌缺血再灌注9天內經冠狀動脈注入骨髓源性單核細胞后，短期隨訪（3～6個月）時左心室射血分數提高2.70%，長期隨訪（12～18個月）時左心室射血分數提高3.31%[4]。為了驗證骨髓源性單核細胞臨床應用的安全性，Moccetti 等[5]對60例急性心肌梗死患者經冠狀動脈注射骨髓源性單核細胞，結果隨訪5年并無明顯不良事件發生。

目前對骨髓源性間充質干細胞研究也較多，從骨髓取材的造血干細胞和間充質干細胞均能分泌多種具有血管活性、促細胞存活、促血管生成及免疫調節功能的細胞因子和趨化因子，這些因子參與了心肌修復和重建[6]。另外，間充質干細胞還表達低水平主要組織相容性復合物Ⅰ型及多種免疫抑制細胞因子，包括白細胞介素-10和轉化生長因子-β，并且能夠直接抑制T淋巴細胞反應和巨噬細胞功能，使間充質干細胞獲得低免疫原性，從而確保異體間充質干細胞在有完全免疫能力宿主中應用，這點已經得到臨床研究的證實[7]，另有報道稱自體移植誘導分化的骨髓間葉干細胞還可改善竇房結自律起搏功能[8]。骨髓是間充

質細胞取材的可靠供源，但通過骨髓穿刺，每40 ml骨髓液中僅能獲得25 000個有效干細胞。為獲得治療數量的間充質干細胞，須在清潔設備中傳代培養8～10周，大大阻礙該方法在急性心肌梗死中的應用。

脂肪源性干細胞也是一種較有應用前景的細胞。通過皮下抽脂術每100 g脂肪組織中就可獲得1×107個有效干細胞，其中包含內皮祖細胞、造血干細胞和間充質干細胞，他們均具有細胞分化能力，可在一定條件下分化為心肌細胞[9]。因此，患者在心肌梗死后數小時內便可得到有效治療。

定居性心臟干細胞可以分化為心肌細胞，呈集落樣生長，可以自體更新并能反復參與細胞周期循環但供體有限，自身活性隨年齡增加而下降，而且分化潛能較低，不能完全取代壞死的心肌細胞。目前，關于定居性心臟干細胞臨床應用的安全性和有效性，尚處于臨床Ⅰ期試驗中。

2 細胞移植途徑和治療時間窗

2.1細胞移植途徑

目前使用干細胞治療心血管疾病的細胞移植途徑主要包括靜脈注射、冠狀動脈注射和心肌內直接注射，這些注射方法均存在干細胞注射后在心臟患區存留率低的問題。經靜脈內注射的干細胞主要被肝臟和肺臟截留。注射后4小時僅有少于1%的干細胞存留在心肌梗死區[10]。盡管如此，經肺部截留的間充質干細胞可分泌多種抗炎和促血管生成的蛋白質和細胞因子，對病變心肌恢復有旁分泌作用，目前該方法主要用于動物模型。

經冠狀動脈內注射干細胞懸液操作簡便，技術成熟，可選擇相關血管對病變部位注射，是目前臨床試驗中針對急性心肌梗死患者最為常用的治療途徑。但經冠狀動脈注射后也僅有1%～3%的干細胞存留率，大多數干細胞仍截留于肺組織和肝臟[11]。若使用較大細胞（骨骼肌干細胞和體外培養的間充質干細胞）還有可能導致心臟微細血管堵塞、梗死，甚至透壁性心肌梗死。Gy?ngy?si等[12]對人體經冠脈動脈注射間充質干細胞，對照組注射生理鹽水，發現冠脈內間充質干細胞增加了30%，但注射區域心肌絕對血供量立即下降，并持續24小時以上。胡盛壽等[13]在冠狀動脈旁路移植術同期經旁路血管移植自體骨髓干細胞，為缺血性心力衰竭患者提供一種新的治療方法。對40例需外科手術治療的陳舊性心肌梗死伴左心室收縮功能不全患者，采用冠狀動脈旁路移植術同期經旁路血管移植自體骨髓單個核細胞治療。術后早期無心肌梗死及新發惡性心律失常。此外，經冠狀靜脈逆行注射也是一種治療手段。直接心肌內注射干細胞在不影響冠脈正常血流量情況下，可提高干細胞存留率。分為經皮穿刺心室內注射和經胸直視下心肌內注射兩種技術，其中經皮心室注射技術通常使用專用注射器，利用心臟影像學技術，可將干細胞準確注入心肌梗死區域，但該方法存在心臟穿孔、心包填塞以及誘發惡性心律失常的風險[14]。在冠狀動脈旁路移植術手術同期，在直視下完成心肌內注射，可減少脫落細胞引起全身栓塞的風險，該方法適用于慢性缺血性心力衰竭患者。

2.2細胞移植時機

盡管持續開展了相關臨床試驗，有關心肌梗死后接受干細胞治療的最佳時間仍存在爭議。Janssens等[15]在擇期經皮冠狀動脈介入治療后24小時內予冠狀動脈內注射自體骨髓來源干細胞，雖不能提高ST段抬高型心肌梗死患者的左心室功能，但FDG-PET掃描和心臟磁共振成像（CMR）檢查提示梗死面積減少，心肌生存能力提高，心肌局部收縮功能改善。目前認為理想的治療時間窗介于心肌梗死后炎癥反應消失與梗死瘢痕組織形成前[16]。

3 臨床應用

目前臨床研究多建立在雙盲試驗基礎上的較大規模隨機對照研究，因此試驗結果較為可信。基于以往有利數據的支持，已將研究干細胞治療急性心肌梗死、陳舊性心肌梗死和缺血性心力衰竭的臨床試驗推進至Ⅱ或Ⅲ期。

3.1干細胞治療在急性心肌梗死中的應用

目前，關于自體干細胞治療在急性心肌梗死患者中應用的臨床試驗主要是研究經冠脈注射骨髓源性單核細胞的療效。有實驗結果表明骨髓源性單核細胞可進行旁分泌并橫向分化為心肌內皮細胞和心肌樣細胞[17]。第一個大規模隨機臨床研究證實了急性心肌梗死患者經冠狀動脈注入自體骨髓源性單核細胞和循環祖細胞的臨床可行性和安全性，隨訪12個月時，釓增強CMR顯示左心室射血分數提高9.3%（P＜0.001）、心肌梗死面積減小[18]。由于骨髓源性單核細胞需在體外擴增培養后獲得一定的治療數量，因此無法在ST段抬高型心肌梗死患者中第一時間使用。自體脂肪源性類間充質干細胞與骨髓源性單核細胞有相似細胞學特征。脂肪源性類間充質干細胞可由大量的脂肪組織提取（每人200～600 g），由特殊酶進行部分消化，離心后便可得到脂肪源性類間充質干細胞，分離技術簡單、獲得量大，可在急性患者中第一時間使用。在一項隨機雙盲對照臨床試驗中，對急性心肌梗死患者行抽脂術，將獲得的自體脂肪源性類間充質干細胞經冠狀動脈內注入，隨訪6個月，自體脂肪源性類間充質干細胞治療組超聲心動圖測量左心室射血分數平均提高5.7%，單光子發射計算機斷層成像（SPECT）心肌灌注顯像提示心肌灌注缺損減少6%，CMR檢查提示心肌瘢痕形成減少了50%。此外，該研究發現，自體脂肪源性類間充質干細胞經冠狀動脈內注射無明顯并發癥，應用安全[19]。目前對自體脂肪源性類間充質干細胞的研究多處在Ⅰ期臨床試驗，其臨床效用尚需要在ⅡA/B期臨床試驗進一步中驗證。

自體干細胞分化潛能會因患者年齡增大而逐漸降低，而同種異體干細胞可由健康年輕患者捐獻獲取，可在體外擴增、存儲以備患者用時所需。異體干細胞主要的缺點是在免疫敏感患者中存在排異反應，而脂肪源性類間充質干細胞可獲得免疫豁免，可用于具有免疫活性或免疫敏感患者中。一項雙盲研究對再灌注心肌梗死患者經靜脈注射異體間充質干細胞，隨訪6個月發現間充質干細胞組左心室射血分數提高更明顯（7.3% vs 3.4%）[20]。盡管干細胞移植后可使心肌梗死伴左心室擴大及收縮性心功能不全的患者梗死面積減小，左心室射血分數、心臟指數以及心搏量增加，但無法從根本上逆轉左心室重構的病理生理進程，術后也可能出現與移植相關的不良反應，如發熱、惡性心律失常等，經冠脈注射還可能引起心肌組織的微梗死[21]。

3.2干細胞治療在缺血性心力衰竭中的應用

缺血性心力衰竭和陳舊性心肌梗死目前主要通過經

皮冠狀動脈介入治療或冠狀動脈旁路移植術行血運重建治療。若患者自身冠脈條件較差，可嘗試經心內直接注射干細胞，但幾項中小規模干細胞治療臨床結果均不理想。

自體骨骼肌成肌細胞獲取、培養和擴增相對容易，移植后可耐受缺血條件，目前有大量針對此類干細胞治療缺血性心力衰竭的研究。應注意的是利用骨骼肌成肌細胞治療心力衰竭時最危險并發癥是細胞移植2周后發生的室性心律失常和心臟驟停，推測其可能與帶電細胞移植物聚集成簇有關。

骨髓源性單核細胞也可用于缺血性心力衰竭，在Rostock Ⅰ期臨床試驗中，32例心肌梗死后伴有缺血性心力衰竭患者，血運重建時于心肌內注射CD133+骨髓源性單核細胞。隨訪6個月治療組左心室射血分數提高5.8%，5年隨訪內無不良心血管事件發生[22]。

對于手術和藥物療效不好的陳舊性心肌梗死患者，也可以嘗試干細胞治療。在一項隨機臨床試驗中，自體脂肪源性類間充質干細胞治療無血運重建的陳舊性心肌梗死患者，隨訪6個月后，治療組最大氧耗量提高3.4 ml/（kg.min），心肌梗死面積降低8.2%。

4 展望

目前，已有超過50項Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗使用成人干細胞治療心肌梗死或缺血性心力衰竭，不論使用哪種細胞移植手段，隨訪5年的臨床結果均安全可靠。此外，Meta分析結果提示，干細胞治療可有效減少心肌梗死面積，提高心臟的射血分數。但是，目前仍然存在一些問題：干細胞治療能否真正減少心血管疾病的死亡率？不同來源干細胞的最佳治療時間窗是否不同？自體細胞與異體細胞哪個更適合臨床使用？這些問題均需要開展大規模的Ⅲ期臨床試驗來解決。

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2014-02-21）

（助理編輯：許菁）

教育部國家大學生創新創業訓練計劃項目（201310422095）

250012 山東省濟南市，山東大學醫學院（尤宏釗）；中國醫學科學院 北京協和醫學院 心血管病研究所 阜外心血管病醫院心力衰竭中心（張健）

尤宏釗 學士 主要從事冠心病研究 Email：zero.you.199214@gmail.com 通訊作者：張健 Email：fwzhangjian62@126.com

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1000-3614（2014）06-0476-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.06.021