臍帶間充質干細胞治療缺血性心臟病的新進展

童珊珊，張寧坤綜述 陳 宇審校

◇綜述◇

臍帶間充質干細胞治療缺血性心臟病的新進展

童珊珊1，2，張寧坤2綜述 陳 宇1，2審校

目前心臟移植是終末期缺血性心臟病（IHD）患者唯一有效的治療手段，但由于供體來源短缺、免疫排斥和費用昂貴等限制，無法廣泛應用于臨床。隨著干細胞研究的深入，人們看到了新的曙光。干細胞治療，尤其是間充質干細胞（MSC）的替代治療成為終末期 IHD患者的另一有效治療選擇。MSC是來源于發育早期中胚層內的具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的多能干細胞，廣泛存在于骨髓、臍帶、脂肪等組織中，能夠產生多種細胞因子和化學因子，具有組織再生、免疫調節等功能，因此，MSC在再生醫學中具有重要的科研和臨床實用價值?，F就臍帶間充質干細胞（UC-MSCs）在 IHD治療應用中的研究進展進行綜述。

臍帶間充質干細胞；干細胞移植；缺血性心臟病

心肌梗死導致心肌細胞數量減少、心肌纖維化形成瘢痕，使心臟失去正常的舒縮功能。目前的介入、藥物等治療手段只能改善心臟缺血，而不能減少梗死面積，患者的 5年死亡率達 50%；同時心肌梗死的患者反復住院，也增加了社會經濟負擔［1］。細胞治療不僅能減少心肌細胞損傷和瘢痕形成，而且能重建梗死區心肌細胞和血管，成為研究的熱點。

1 缺 血 性 心 臟 病 （ischem ic heart disease，IHD）的治療現狀

IHD又稱冠狀動脈性心臟病，是一種最常見的心臟疾病，由于其高發病率和死亡率，是當今社會致死的主要原因［2］。Krumholz et al［3］的統計結果表明美國每年約有 11萬人死于心肌梗死，我國每年死于心血管病的約有 350萬人，致死人群中有超過一半的患者與冠心病等誘發的心肌缺血關系密切。目前，雖然藥物、介入、外科手術等治療手段不斷改進，但 IHD導致的死亡仍在不斷增加。全國疾病監測系統 2004～2010年死因監測數據顯示，IHD所致的死亡仍在以每年 5.05%的幅度上升［4］。其主要原因是心肌沒有足夠的再生和修復能力，一旦發生缺血壞死，壞死區心肌就會逐漸纖維化而形成瘢痕，致使心臟發生不可逆的器質性損害，最終導致患者死亡。由于供體來源短缺、手術創傷大及移植后可能出現急性排斥反應、致命性心律失常等嚴重并發癥，使心臟移植很難廣泛應用于臨床。這就使得終末期心臟病患者的治療陷入困境，但隨著再生醫學的發展和干細胞研究的深入，有望通過干細胞治療，替代壞死心肌，實現心臟再生，來根本改善患者的預后。

2 臍帶 間充質干細胞 （um bilical cord m esenchym al stem cells，UC-MSCs）概 述

UC-MSCs是來源于胎兒臍帶血、臍血管周圍、內皮下及華爾通氏膠質（Wharton′s jelly，WJ）等臍帶組織 的 間 充 質 干 細 胞 （mesenchymal stem cell，MSC）［5］。臍帶屬于醫療廢棄物，來源廣泛，取材方便，UC-MSCs易于獲取、凍存、培養簡單、增殖活性高，且不受倫理道德等的限制，有望取代胚胎干細胞、骨髓 MSC，成為再生醫學中理想的種子細胞［6］。UC-MSCs有自我更新能力，傳代后無形態學變化，在體內外特定條件下可分化為骨、軟骨、脂肪、心肌等多種細胞［7］。其表達多種免疫耐受和免疫調節相關蛋白，而不表達造血干細胞、內皮細胞特異性抗原及移植排斥反應相關抗原，因此免疫原性較低，很少引起免疫排斥反應。

3 UC-MSCs的作用機制

3.1 分化為心肌細胞移植細胞分化為心肌細胞，并與宿主心肌整合，重建梗死心肌，實現心臟再生，進而能夠徹底改善患者預后。何紅艷 等［8］將 BrdU標記的 UC-MSCs移植到大鼠心肌梗死模型中，2周后發現移植細胞仍然存活，且能表達成熟心肌細胞標志物，Wu et al［9］在體外和大鼠模型中證實 UCMSCs可向心肌分化，且細胞移植后心功能有明顯的改善。

3.2 旁分泌作用移植細胞僅有很少一部分到達靶器官，且細胞移植后 72 h內即可觀察到心功能的改善，提示這種顯著的效果并非來自于移植細胞的心肌再生作用，Ballard et al［10］認為干細胞是通過旁分泌機制發揮改善心功能的作用。MSC分泌多種因子發揮旁分泌的作用，MSC分泌的因子包括：干細胞因子、胰島素樣生長因子-1、血管內皮生長因子、成纖維細胞生長因子、血小板源性生長因子、單核細胞趨化因子、白細胞介素-1、白細胞介素-6等，通過分泌這些生長因子和化學因子，誘導新生血管形成、降低心肌梗死面積、減少瘢痕形成和心肌細胞凋亡、改善心肌收縮力，同時血管內皮生長因子和成纖維細胞生長因子表達的增強，可促進缺血區移植細胞和宿主細胞的存活。

3.3 免疫調節作用UC-MSCs表達免疫耐受和免疫調節基因，不表達免疫反應相關基因。如表達MHC I類 分 子、MHC-E、MHC-F、MHC-G、CD90、CD105、CD29，不表達 HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ、CD40、CD40L。可通過抑制 T細胞的激活［11］、化學因子的分泌［12］參與免疫調節。因此，UC-MSCs可以降低心肌梗死后免疫機制介導的心肌細胞丟失，減少心肌瘢痕形成，減少心肌損害［13］。

4 UC-MSCs在 IHD方面的試驗研究

4.1 體外試驗UC-MSCs誘導心肌分化的方法有多種，目前常用的誘導劑有 5-氮胞苷（5-AZA）、維生素 C、催 產 素、5-氮-2脫 氧 胞 苷、bFGF、TGF-β1、PDGF等。5-AZA可 誘 導 UC-MSCs表 達 Nkx2.5、cTnT、βMHC等成熟心肌細胞特異性標志物［14］，體內心肌細胞的分化是多種因子與局部微環境共同作用的結果，有研究［15］表明小鼠心臟提取液能夠促進心肌的分化。Jiang et al［16］表明 0.5μmol／L的磷脂酰鞘鞍醇能夠促進 UC-MSCs分化為有功能的心肌細胞。隨后 Konstanitinou et al［17］用磷脂酰鞘鞍醇、蘇拉明、旋滴培養及生物發生器技術首次培養出了心臟微小組織，這些小組織塊有望像補丁一樣修復受損心臟。

4.2 體內試驗雖然大量體外試驗表明 UC-MSCs可誘導分化為心肌細胞，但誘導心肌是否與受體心肌整合、能否發揮功能學的作用、移植細胞的結局及安全性等問題尚不清楚。一些動物的心肌梗死模型有助于了解移植細胞的功能效率、生理學機制及安全性等（表 1），為進一步的臨床研究提供了理論基礎。

2009年，Wu et al［9］成功從完整臍帶組織中分離出 UC-MSCs，然后將分離得到的細胞經 5-AZA體外誘導24 h，2周后發現細胞由長梭形逐漸增大呈球形，心肌細胞特異性標志物 α-actin、connexin43、cTnT、myosin在誘導 4周后高表達；隨后，將 CM-Dil標記的 UC-MSCs通過心肌注射的方式移植到大鼠心肌梗死模型中，移植后 4周發現梗死區存在 CM-Dil標記的 UC-MSCs，且免疫熒光顯示 cTnT表達，證明了 UC-MSCs在體內、體外都有向心肌分化的能力。Latifpour et al［19］在心肌梗死模型兔中發現，移植細胞同樣可以在體內分化為心肌細胞，與對照組相比，細胞移植組 LVEF較高且心肌梗死面積縮小。Lopez et al［13］的實驗表明，心肌梗死 24～48 h內給大鼠靜脈注射 UC-MSCs，4 d后心肌梗死邊緣可檢測到注射的 UC-MSCs，25周后左室射血分數較對照組高，LA／Ao比值減小。對于經典的心肌內注射的移植方式，移植細胞易被血流沖走而不易定位，且由于心肌收縮對細胞的擠壓，導致細胞損害，近年來有研究［25］表明，用甲基纖維素水凝膠制備的三維細胞聚集體，不僅可以使移植細胞穩定定位，而且可以減輕心臟收縮對移植細胞的損害。

表1 動物心肌梗死模型中 UC-MSCs移植的相關研究

4.3 臨床試驗不同類型的動物試驗證實了干細胞應用的廣闊前景，梗死區心肌細胞的再生能夠增強心臟功能，而基于 UC-MSCs的細胞治療可減少心肌細胞損傷、降低瘢痕形成及誘導新生血管形成，展現出優于現有療法的獨特一面。但目前將 UCMSCs應用于 IHD的實驗較少，2015年 5月 30日，在 clinical trial gov官網上查找 “臍 帶間充 質干細胞”和“缺血性心臟病”的實驗，注冊的實驗僅有 4個。徐州醫學院附屬淮安醫院對 30例心肌梗死的患者分別實行了冠脈介入+支架植入術和冠脈介入+支架植入 +hUC-MSCs移植，移植組將 5×107個細胞經冠狀動脈移植入患者體內，移植 8周后，移植組的 LVEF明顯高于非移植組，心肌梗死面積小于非移植組。實驗證明冠脈介入治療、支架植入結合細胞移植治療心肌梗死優于冠脈介入和支架植入［26-28］。Li et al［29］將慢性冠狀動脈完全閉塞的老年患者隨機分成 3組，分別給予 3×106、4×106、5× 106不同劑量的 UC-MSCs進行治療，隨訪 2年，無再發急性心肌梗死及死亡等嚴重心臟不良事件發生，證明了干細胞用于移植治療的安全性和可行性。

5 問題及展望

目前可用于心臟再生醫學的干細胞主要有胚胎干細胞、誘導多能干細胞、骨髓 MSCs、心臟干細胞和UC-MSCs等，胚胎干細胞、誘導多能干細胞可分化成心肌或心肌樣細胞，但 ESCs由于致瘤性且存在倫理道德及免疫方面的問題而應用受限，雖然誘導多能干細胞可避免倫理問題，但由于其編程難度大、效率低且有較大致瘤風險等使其臨床應用困難較大。骨髓 MSCs適合移植，但其存在感染的風險，且隨著年齡的增大，骨髓 MSCs的增殖和分化能力都受到不同程度的影響。心臟干細胞可定向分化為心肌細胞且不存在倫理道德及免疫排斥，是用于自體移植的良好種子細胞，但由于其數量較少且分離困難，應用于臨床仍面臨眾多的困難。UC-MSCs由于其自身的生物學特性而有廣闊的應用前景。

然而從基礎研究到臨床應用仍然有很多的問題需要解決，目前 UC-MSCs的作用機制尚不完全清楚，移植細胞的數量及途徑尚不統一。同時如何選擇安全性好、重復性高的培養基，如何避免細菌污染，如何根據病情的輕重選擇合適的移植方法等仍需要不斷的探索。此外，現有 UC-MSCs的研究大都建立在動物模型上，臨床研究并不多，尚不能完全證明干細胞治療的可行性和安全性。干細胞治療心血管病的遠期效果如何仍需進一步研究。

［1］Elnakish M T，Hassan F，Dakhlallah D，etal.Mesenchymal stem cells for cardiac regeneration：translation to bedside reality［J］. Stem Cells Int，2012，2012：646038.

［2］Finegold J A，Asaria P，Francis D P.Mortality from ischaemic heart disease by country，region，and age：statistics from World Health Organisation and United Nations［J］.Int JCardiol，2013，168（2）：934-45.

［3］Krumholz H M，Normand SL，Wang Y.Trends in hospitalizations and outcomes for acute cardiovascular disease and stroke，1999-2011［J］.Circulation，2014，130（12）：966-75.

［4］高潤霖，胡盛壽，陳偉偉，等.中國心血管病報告 2013概要［J］.中國循環雜志，2014，29（7）：487-91.

［5］Ding D C，Chang Y H，Shyu W C，et al.Human umbilical cord mesenchymal stem cells：a new era for stem cell therapy［J］.Cell Transplant，2015，24（3）：339-47.

［6］Fan C G，Zhang Q J，Zhou JR.Therapeutic potentials ofmesenchymal stem cells derived from human umbilical cord［J］.Stem Cell Rev，2011，7（1）：195-207.

［7］Kuroda Y，Dezawa M.Mesenchymal stem cells and their subpopulation，p luripotentmuse cells，in basic research and regenerative medicine［J］.Anat Rec（Hoboken），2014，297（1）：98-110.

［8］何紅燕，林曉波，應文娟，等.人臍帶間充質干細胞經體內定植并向心肌樣細胞分化的研究球［J］.中國輸血雜志，2009，22（3）：188-91.

［9］Wu K H，Mo X M，Zhou B，etal.Cardiac potential of stem cells from whole human umbilical cord tissue［J］.J Cell Biochem，2009，107（5）：926-32.

［10］Ballard V L.Stem cells for heart failure in the aging heart［J］. Heart Fail Rev，2010，15（5）：447-56.

［11］Chen H Y ，Zhang N K，Gao L R，et al.Human umbilical cord Wharton′s jelly stem cells：Immune property genesassay and effect of transplantation on the immune cells ofheart failure patients［J］. Cell Immunol，2012，276（1-2）：83-90.

［12］Liu Y，Mu R，Wang S，etal.Therapeutic potentialof human umbilical cord mesenchymal stem cells in the treatment of rheumatoid arthritis［J］.Arthritis Res Ther，2010，12（6）：R210.

［13］Lopez Y，Lutjemeier B，Seshareddy K，et al.Wharton′s jelly or bonemarrow mesenchymal stromal cells improve cardiac function followingmyocardial infarction for more than 32 weeks in a rat model：a preliminary report［J］.Curr Stem CellRes Ther，2013，8（1）：46-59.

［14］Qian Q，Qian H，Zhang X，et al.5-Azacytidine induces cardiac differentiation of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells by activating extracellular regulated kinase［J］.Stem Cells Dev，2012，21（1）：67-75.

［15］Pham T L，Nguyen T T，Van Bui A，etal.Fetal heartextract facilitates the differentiation of human umbilical cord blood-derived mesenchymalstem cells into heartmuscle precursor cells［J］.Cytotechnology，2014：｛Epub ahead of print｝.

［16］姜麗麗，劉天慶，宋克東，等.1-磷酸鞘氨醇促進間充質干細胞向心肌分化［J］.生物工程學報，2013，29（11）：1617-28.

［17］Konstantinou D，LeiM，Xia Z，et al.Growth factorsmediated differentiation ofmesenchymal stem cells to cardiac polymicrotissue using hanging drop and bioreactor［J］.Cell Biol Int，2015，39（4）：502-7.

［18］Zhang W，Liu X C，Yang L，et al.Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells promote myocardial regeneration and cardiac repair afterminiswine acute myocardial infarction［J］.Coron Artery Dis，2013，24（7）：549-58.

［19］Latifpour M，Nematollahi-Mahani S N，Deilamy M，et al.Improvement in cardiac function following transplantation of human umbilical cord matrix-derived mesenchymal cells［J］.Cardiology，2011，120（1）：9-18.

［20］Li T，Ma Q，Ning M，etal.Cotransplantation of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells and umbilical cord blood-derived CD34（+）cells in a rabbit model ofmyocardial infarction［J］.Mol Cell Biochem，2014，387（1-2）：91-100.

［21］Gaebel R，Furlani D，Sorg H，et al.Cell origin of human mesenchymal stem cells determines a different healing performance in cardiac regeneration［J］.PLoSOne，2011，6（2）：e15652.

［22］LeeW Y，Wei H J，Wang J J，et al.Vascularization and restoration of heart function in ratmyocardial infarction using transplantation of human cbMSC／HUVEC core-shell bodies［J］.Biomaterials，2012，33（7）：2127-36.

［23］Zhang J，Chen G H，Wang Y W，et al.Hydrogen peroxide preconditioning enhances the therapeutic efficacy of Wharton′s Jelly mesenchymal stem cells aftermyocardial infarction［J］.Chin Med J（Engl），2012，125（19）：3472-8.

［24］Dayan V，Yannarelli G，Billia F，et al.Mesenchymal stromal cellsmediate a switch to alternatively activated monocytes／macrophages after acute myocardial infarction［J］.Basic Res Cardiol，2011，106（6）：1299-310.

［25］Chen D Y，Wei H J，Lin WW，et al.Intramuscular delivery of 3D aggregates of HUVECs and cbMSCs for cellular cardiomyoplasty in ratswithmyocardial infarction［J］.JControl Release，2013，172（2）：419-25.

［26］郭殿選，李 俠，陳 穎，等.臍帶間充質干細胞治療對老年陳舊性心肌梗死患者肝 X受體 OL和可溶性 CD40配體的影響［J］.中華損傷與修復雜志，2014，9（3）：44-8.

［27］李 俠，郭 燕，胡有東，等.臍帶間充質干細胞治療老年人陳舊性心肌梗死對血小板糖蛋白和內皮細胞黏附分子的影響［J］.中華老年醫學雜志，2013，32（6）：582-5.

［28］徐培敬，胡有東，張楓林，等.人臍帶間充質干細胞治療老年心肌梗死的 CD34+細胞、Toll樣受體 2和 Toll樣受體 4的表達水平分析［J］.中華損傷與修復雜志（電子版），2013，8（5）：487-91.

［29］Li X，Hu Y D，Guo Y，etal.Safety and efficacy of intracoronary human umbilical cord-derived mesenchymal stem cell treatment for very old patients with coronary chronic total occlusion［J］.Curr Pharm Des，2015，21（11）：1426-32.

R 541.4；R 329.2

A

1000-1492（2016）02-0307-04

時間：2016-1-20 10：32：27

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／34.1065.R.20160120.1032.074.htm l

2015-11-17接收

國家自然科學基金（編號：81370238）；北京市自然科學基金（編號：7142156）

1安徽醫科大學海軍臨床學院，2海軍總醫院心臟中心，北京 100048

童珊珊，女，碩士研究生；陳 宇，女，副 教 授，碩 士 生 導 師，責 任 作 者，E-mail：YuChen911＠hotmail.com