間充質干細胞移植治療心梗后心力衰竭的研究進展

李若男，文敏，丁良玉，壽錫凌

（西安醫學院，陜西 西安）

0 引言

慢性心力衰竭（Chronic Heart Failure，CHF）是各種心臟結構或功能性疾病導致心室充盈和（或）射血功能受損，心排量不能滿足機體組織代謝需求而出現的一系列臨床綜合征。心肌梗死（Miocardial infarction，MI）是導致HF最常見的原因之一[1]，陳舊性心肌梗死占CHF患者的50%以上[2]，同時CHF也是MI患者死亡的主要原因之一。目前治療雖能再通閉塞血管，但仍有部分患者經歷不良心室重構，最終發展為難治性心力衰竭。CHF具有死亡率高、預后差等特點，約50%患者在診治后5年內死亡[3]。研究發現間充質干細胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）移植治療可促進心肌細胞修復和再生，在改善心功能方面具有一定潛力，有望改變CHF的治療現狀。

1 心梗后心力衰竭的主要病理生理機制

心室重塑是CHF發生、發展的主要病理機制。成熟心肌細胞是不可再生細胞，當冠狀動脈發生急性閉塞后，心肌細胞壞死，隨之細胞外基質、膠原纖維網過度纖維化，形成不具備心肌功能的瘢痕組織[4]。為保證正常射血，殘存心肌細胞負荷加重，代償性肥厚，過度肥大的心肌細胞內線粒體含量相對不足，同時毛細血管數量增多不足，致使肥大心肌細胞產能減少，心肌收縮力減弱，逐漸發展為CHF。

心肌損傷早期，機體啟動多種神經-體液因素來適應性代償，維持心臟泵血，隨著時間推移，這一機制失衡加重心肌損傷。此外缺血、缺氧進一步損傷血管內皮細胞，內源性血管舒張因子減少，收縮血管因子分泌增加，刺激血管平滑肌細胞增殖，增加脂質在血管壁沉著，從而加重心肌缺血，心室收縮、舒張功能逐漸惡化，最終發展為缺血性心力衰竭。

2 心梗后心力衰竭治療現狀

2.1 控制危險因素

目前已知吸煙、飲酒、肥胖、高血壓、糖尿病、高血脂等是心血管疾病的主要危險因素。控制危險因素是所有治療的前提，嚴格戒煙、戒酒，積極控制血壓、血糖及血脂可以延緩缺血性心力衰竭的進展。

2.2 藥物治療

抗血小板藥物通過抗血小板粘附和聚集，減少血栓形成，改善心肌供血，延緩CHF進展。利尿劑通過降低循環血容量減輕心臟前負荷，從而改善癥狀。螺內酯作為醛固酮受體拮抗劑，不僅有利尿作用，還能夠阻斷醛固酮效應，抑制心室重塑，改善CHF遠期預后[5]。β-受體阻滯劑可抑制交感神經激活，減輕癥狀，降低患者死亡率。血管緊張素轉化酶抑制劑及血管緊張素受體拮抗劑是治療心衰的基石[6]，主要通過抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統改善心室重塑。血管緊張素-腦啡肽酶抑制劑（Angiotensin-Neprilysin Inhibition，ARNI）是CHF治療領域的重大突破。沙庫巴曲纈沙坦是其代表藥物，能夠抑制腦啡肽酶降解血管活性肽, 提高血漿內皮素及活性利鈉肽水平, 升高血管緊張素Ⅱ水平, 而纈沙坦則拮抗血管緊張素Ⅱ與血管緊張素受體AT1結合, 兩者結合發揮心血管保護作用[7]。洋地黃類等正性肌力藥物也可改善臨床癥狀，降低住院率。其他一些新型抗心力衰竭藥物包括人重組腦鈉肽、左西孟旦、伊伐布雷定等均有一定療效。

2.3 非藥物治療

冠脈介入治療(Percutaneous Coronary Intervention，PCI）能有效開通狹窄、閉塞血管，快速恢復心肌供血，挽救瀕死心肌，是冠心病血運重建的主要手段。通過PCI不能達到血運重建的患者，可以通過冠狀動脈旁路移植術改善狹窄血管遠端血供，降低死亡率和再次血運重建風險[8]。對于經充分抗心力衰竭藥物治療后，心功能仍在3級及以上的竇性心律患者可考慮心臟再同步化治療（Cardiac Resynchronization Therapy，CRT）。CRT通過心臟起搏增加左室舒張期充盈時間, 改善傳導異常, 恢復左右室及心室內電機械同步運動，調節左心室收縮功能，延緩心室的病理性重構[9]。心臟移植治療作為終末期心力衰竭的有效治療手段，因供體缺少、價格昂貴及移植排斥等因素，臨床應用受到一定限制。

3 MSCs治療心梗后心衰

MSCs是中胚層來源的干細胞，具有在適宜的條件下歸巢到損傷部位分化成血管、 脂肪、 神經、 軟骨、 骨等多個胚層組織細胞分化的潛能，具有抗炎、 免疫調節、 營養作用及自我更新和增殖能力。MSCs可以從骨髓、腦、肝臟、腎臟、臍帶血、臍帶、胎盤、動員外周血、脂肪組織、牙髓、甚至胎兒肝臟和肺組織體外培養擴增獲得[10]。不同來源的MSCs不表達或低表達造血細胞表面標記物CD14、CD33、CD34和與移植排斥相關的細胞表面標記物CD80、CD86、CD40、CD25，使其產生免疫耐受，用于異體間移植也不引起免疫排斥反應[11]。

3.1 MSCs治療心梗后心衰的機制探討

3.1.1 分化成心肌細胞

移植入體內的MSCs可以歸巢到損傷的心肌組織部位，并可根據微環境的不同分化表達肌球蛋白、肌動蛋白和肌鈣蛋白等一系列心肌標志物[12]。2001年，Orlic[13]等人發現自體的小鼠骨髓干細胞移植于受損心臟可以分化為心肌細胞，為干細胞移植治療心梗后心力衰竭奠定了基礎。Zhang[14]等研究發現，臍血MSCs移植組缺血區的未成熟心肌細胞數量顯著高于對照組，證實MSCs可促進心肌細胞再生。但近年來有研究[15]發現干細胞移植3周后存活率極低，然而在移植6個月后心功能仍在不斷改善，提示干細胞分化為心肌細胞并不是干細胞發揮作用的主要機制。

3.1.2 促進血管生成和血管新生

MSCs可以促進內皮細胞的增殖、發芽和遷移，形成血管樣的結構，還可分泌各種細胞因子促進血管再生。有研究顯示將MSCs注射入心肌缺血的大鼠模型中，心肌梗死邊緣區有毛細血管形成，心肌梗死面積縮小，說明MSCs通過促進血管生成達到改善心肌缺血狀態。DANIELI P等[16]利用基因芯片技術檢測到MSCs可分泌VEGF、堿性纖維細胞生長因、胰島素樣生長因子、促血小板生成素及血小板源性生長因子-BB等，這些細胞因子均有促進血管生成的作用。Tang[17]等研究顯示，自體移植MSCs后，VEGF和堿性成纖維細胞生長因子表達量較對照組明顯增多，移植2周后新生毛細血管的密度高于對照組。

3.1.3 旁分泌機制

研究顯示MSCs主要通過旁分泌機制改善心功能[18]。其中外泌體在細胞信號轉導中發揮重要作用。MSCs分泌的外泌體是包含了特異性蛋白質、脂質、復雜RNA的直徑為30-120nm的微小膜泡,可參與細胞間的信號轉導及物質運輸,具有促進血管生成作用[19]。在心肌缺血/再灌注損傷模型中，外泌體可以減少心肌梗死的面積，改善再灌注損傷。低氧誘導因子-1（Hypoxia Inducible Factor-1,HIF-1α）普遍存在人體細胞內，常氧條件下HIF-1蛋白很快被細胞內氧依賴性泛素蛋白酶降解途徑所降解，只有在缺氧條件下HIF-1才可穩定表達。Hernan[20]等研究顯示細胞缺氧時HIF-1α蛋白水平提高，過表達的HIF-1α能夠增強MSCs外泌體分泌，從而促進血管生成，改善缺血癥狀。外泌體不僅可以誘導新生血管形成，抑制細胞凋亡，還可通過抑制心肌細胞炎性因子表達、限制梗死區炎性細胞浸潤減輕炎癥損傷[21]。

3.1.4 抗炎及減輕氧化應激

心肌梗死后引發心肌缺血損傷，激活一系列炎癥因子，包括TNF-α、白細胞介素及C反應蛋白等，加重心肌損傷。此外CHF病人預后的獨立預測因素活性氧簇在血管重塑、動脈血管的損傷、心肌缺血/再灌注損傷中發揮重要作用。在細胞缺氧條件下，MSCs可分泌超氧化物歧化酶、 谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶，這些酶可以對抗活性氧簇，減輕心肌細胞及血管內皮氧化應激損傷[22]。

3.1.5 線粒體轉移機制

缺血-再灌注損傷可能會導致線粒體受損，影響細胞能量代謝，使心肌產能減少，收縮性減弱。心衰發生后，代償性的過度肥大的心肌內線粒體含量相對不足，肥大心肌內的線粒體氧化磷酸化水平降低加快了CHF的進展。Lin等[23]發現MSCs可以將自己的線粒體轉移到受損細胞中，改善受損細胞的氧化磷酸化水平。曾有應用線粒體轉移的臨床試驗[24], 研究納入5位心肌缺血再灌注損傷的患兒通過自體來源的線粒體移植后,4位患兒的心功能明顯改善，證實MSCs的線粒體轉移機制在恢復缺血細胞的氧化磷酸化過程發揮重要作用。

3.2 MSCs移植的療效及安全性

許多動物實驗證明MSCs在治療缺血性心力衰竭具有一定療效，為干細胞的臨床試驗奠定了基礎。2001年，德國Strauer[25]等首次用MSCs在PTCA治療過程中經冠脈移植治療心梗取得成功。SH Kim等[26]關于MSCs治療臨床研究中，14例接受MSCs冠脈內注射的心肌梗死患者并未出現嚴重過敏及惡性心律失常等不良反應，同時證實干細胞治療組和對照組相比LVEF有所改善。國內田洪榛[27]等通過經冠狀動脈移植MSCs治療缺血性心力衰竭指出，隨訪18個月內移植組左室功能改善，左室重構減慢，甚至2年后活動耐量仍有所提高，且無明顯不良并發癥。Zhao XF等[28]將臍帶MSCs通過冠狀動脈內移植入30例心衰患者體內，隨訪6個月與對照組相比左室射血分數、6分鐘步行距離明顯改善，再入院率下降。上述臨床實驗證實MSCs移植出現急性輸注毒性反應、感染、惡性腫瘤、心律失常等不良事件的發生率并沒有增加，確定了細胞治療的安全性。

3.3 MSCs移植途徑

移植途徑包括冠脈內注射、靜脈內注射、冠脈竇逆行注射及心肌內注射。經冠脈內注射MSCs可以經內皮細胞遷移到損傷組織，但發生動脈栓塞和支架內再狹窄的幾率增高。靜脈內注射安全無創，許多臨床試驗也證明此種方法可行，但有研究顯示干細胞注射后心臟檢測到干細胞極少。冠狀竇逆行注射適用于冠狀動脈嚴重狹窄病變或室壁薄的患者，保證了安全性，并且注射時短暫的阻塞不會導致嚴重缺血。心肌內注射包括心內膜心肌注射和心外膜心肌注射。經心外膜注射適用于開胸手術的患者。經心內膜心肌注射與心外膜注射相比創傷小，都能將干細胞注射到心肌梗死部位。

4 總結

越來越多臨床試驗證明MSCs治療缺血性心力衰竭具有顯著療效, 在臨床應用中被寄予很大希望。目前絕大多數研究隨訪時間多在兩年，隨著時間的延長，干細胞治療的優勢是否依然存在，是否會出現不良反應尚未可知。同時干細胞移植時間、移植途徑、給藥劑量等尚未有明確標準，限制了其臨床應用。由于對同一患者不同疾病階段采用不同給藥劑量、給藥途徑、治療頻次都會影響治療效果，因而未來干細胞治療策略應該側重于個體化。精心設計的、大規模的、隨機雙盲的臨床研究有助于充分認識干細胞治療心梗后心衰的潛力。