骨髓間充質干細胞誘導分化為心肌細胞的研究進展

王婷婷 周雪穎 劉黎青 朱 紅

(山東中醫藥大學，山東 濟南 250355)

骨髓間充質干細胞(BMSCs)又稱骨髓基質干細胞，是骨髓內的一類非造血干細胞，它能夠分化為多種中胚層來源的間質細胞。心肌細胞不具備再生能力，故損傷的心肌細胞無法通過自身的增殖和分化來修復，心肌梗死、心衰、心肌重構等均為傳統醫學方法難以醫治的頑疾。近年研究發現，BMSCs在一定的誘導條件下，可以分化為心肌細胞。BMSCs具備易獲得性、多向分化性、快速增殖等特性，作為組織工程種子細胞移植治療肌肉壞死性疾病，已成為當今研究的熱點〔1〕。本文就BMSCs誘導分化為心肌細胞的國內外最新研究進展做一綜述。

1 骨髓基質干細胞的生物學特性

BMSCs具有很強的自我更新、分化增殖和多向分化潛能的特點〔2〕。體外培養的BMSCs易于貼壁生長，細胞體積小，呈梭形和致密的放射狀排列，核漿比大。BMSCs具有極大的體外擴增能力，細胞可擴增15～70個倍增周期，即使連續多代培養，也不會喪失其正常的核型和端粒酶活性。BMSCs與骨髓造血干細胞明顯不同，前者具有獨特的表征，一般認為細胞表面蛋白如SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106、CD120、CD124、CD166呈陽性，而CD14、CD34、CD45造血譜系標記陰性，這成為鑒定BMSCs的依據。

2 骨髓基質干細胞誘導分化為心肌細胞的影響因素

2.1細胞因子類 研究發現〔3〕，堿性成纖維細胞生長因子可促進大鼠胚胎心肌細胞移植后的成活。在移植后一周，可見大鼠缺血心肌瘢痕區出現新生血管，局部心肌收縮功能明顯改善。血小板源性生長因子(PDGF)可顯著增強體外培養骨髓和臍血干細胞的增殖能力。將年輕人骨髓來源的內皮前體細胞注入老年人心臟，能使衰老血管生成PDGF-B的功能得以恢復，從而改善患者的心功能。Xaymardan等〔4〕進一步研究認為PDGF-AB可促進成體骨髓干細胞向心肌細胞分化。

章培軍等〔5〕分離培養大鼠BMSCs,在第4代BMSCs中添加肝細胞生長因子(20 ng/ml)對其進行誘導分化，結果顯示，誘導后細胞呈梭形，排列方向漸趨一致，有肌管樣結構形成，TroponinT及Connexin43的表達呈陽性，并可見清晰的肌小節。

此外，胰島素樣生長因子也可以誘導BMSCs分化為心肌細胞。

2.2炎癥因子類 心肌營養素I(CT-1)是白細胞介素-6細胞因子家族的一員，最早發現其具有促進細胞肥大的作用，在先天性心臟病、心肌病、進行性心力衰竭和心肌梗死等病理過程中均有過度表達。彭朝權等〔6〕實驗研究發現，0.1 μg/L的CT-1能夠單獨在體外誘導西藏小型豬BMSCs轉化為心肌樣細胞，誘導后的細胞獲得部分心肌細胞特異性蛋白(α-actin、cTnT)的表達。

研究發現〔7〕，血管緊張素Ⅱ誘導后2周的傳代人骨髓間充質干細胞中，檢測到明確的GATA-4和Nkx2.5基因表達，而且表達強度在逐漸增加。作為心臟前體細胞的最早標志物，它們的表達表明了BMSCs經誘導后向心臟前體細胞分化，而且其趨勢與向成熟心肌細胞分化的過程相符。同時檢測到cTnT的表達，更加證實了人骨髓基質干細胞在體外血管緊張素Ⅱ的誘導下可分化為心肌樣細胞。

此外，還有血管緊張素1、腎素等炎癥因子可誘導BMSCs的心肌樣分化。

2.3中藥類 目前發現的可使BMSCs心肌樣分化的中藥誘導劑〔8〕包括：皂苷類、黃芪及黃芪甲苷、丹酚酸B、淫羊藿苷、地黃低聚糖、川芎嗪等類，中藥復方誘導劑包括一些益氣活血方或者活血化瘀方，如雙丹方、復方丹參滴丸等。

2.4西藥類 組蛋白乙酰化是誘導BMSCs向心肌樣細胞分化的機制之一，董亮等〔9〕取培養的第2代BMSCs，應用丁酸鈉誘導其向心肌樣細胞分化，結果表明加入丁酸鈉后組蛋白去乙酰化酶活性降低，心肌細胞特異性蛋白連接蛋白43和肌鈣蛋白T的表達明顯增高，說明丁酸鈉能夠有效誘導BMSCs向心肌樣細胞分化，其機制可能與抑制組蛋白去乙酰化酶活性，增強組蛋白的乙酰化有關。

P53基因是一種抑癌基因，編碼的P53蛋白能誘導下游P21蛋白，P53-P21蛋白通路可以抑制干細胞的分化和增殖。燕學波等〔10〕發現，通過P53特異性抑制劑阻斷P53-P21蛋白通路，能夠有效誘導BMSCs分化為心肌樣細胞。

張東營等〔11〕研究發現，氯吡格雷可促進BMSCs向缺血損傷心肌組織的定向遷移，使更多的BMSCs發揮其相應作用，最大化的改善心功能；抑制BMSCs的凋亡，使其可發揮長期作用；協同BMSCs發揮抗炎作用。以上是氯吡格雷在BMSCs治療缺血性心肌病中的影響。

2.5物理因素 朱淑霞〔12〕研究發現，脈沖電磁場暴露可通過抑制細胞縫隙連接功能，引起Cx43的過磷酸化等作用，促進大鼠BMSCs增殖，并向心肌樣細胞分化。

鐘世根等〔13〕發現，脈沖超聲輻照微泡可促進BMSCs歸巢到心肌缺血部位，為缺血性心臟病的治療提供一種新的干細胞移植方式。

2.6其他 Blin等〔14〕用骨形態蛋白2誘導胚胎干細胞分化為表達OCT4、SSEA-1、MESP-1的心臟祖細胞，將其應用于非人靈長類動物模型的梗死心肌區后顯示移植的心臟祖細胞可以分化為心室肌細胞，并使20%的梗死瘢痕區域重建。

王海萍等〔15〕取大鼠BMSCs用催產素體外誘導，誘導后4周可見BMSCs表達出心肌特異性蛋白。

2.7國外最新研究進展舉隅 mir-124是新近發現的在心臟發育、肌分化過程中起重要調控作用的肌特異性miRNA,有研究發現〔16〕，強迫表達mir-124導致顯著下調心肌特異性markers-ANP，TNT，α-MHC蛋白以及減少心臟鉀通道電流；相反，抑制mir-124與反義寡核苷酸 AMO-124則可以明顯扭轉以上變化。無論上調還是下調小鼠或果蠅mir-124的表達，小鼠、果蠅無一例外出現發育畸形。miRNA-1的表達平衡對于心臟的正常發育至關重要。mir-124通過調控STAT 3基因的 3′UTR ，以抑制STAT 3蛋白的表達，但不影響其表達水平。以上對于BMSCs的心肌化發生機制提供了新見解。

3 骨髓間充質干細胞移植在心臟疾病方面的研究應用

心肌來自中胚層間充質細胞，在胚胎發育期，間充質細胞分化為成肌細胞，再進一步分化為成熟肌細胞，然而成人心肌沒有成肌細胞，對于有絲分裂信號作出的反應是細胞肥大，而不是細胞增殖，致使損傷后心肌再生和修復嚴重受限。從治療的角度看〔17〕，BMSCs容易制備并具有免疫特權，正在成為一個非常有希望的治療劑，用于組織再生和修復。在動物心肌梗死模型的研究中已經證明，移植BMSCs可分化為心肌細胞和血管內皮細胞。最重要的是，移植BMSCs分泌多種可溶性因素大大有助于心臟修復。這些特性可以用來防止和扭轉在心室缺血中的重塑，減少瘢痕面積，提高心功能。

4 小 結

BMSCs在各種體內外環境的誘導下可以分化為心肌樣細胞，這為臨床上很多心臟疾病患者帶來了福音。但是細胞移植還存在許多問題尚待解決：干細胞分化劑是否使用及使用濃度，如何提高心肌細胞轉化率，移植的細胞數量、時機、移植途徑，分化細胞的壽命。移植細胞與宿主細胞間的機電同步化，術后有無惡性心率失常、心臟破裂等嚴重現象。總之，BMSCs的誘導分化和移植還需要進一步的深入研究。

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