干細胞療法治療左心發育不全綜合征的研究進展

奉偉庭，肖宜超

左心發育不全綜合征（hypoplastic left heart syndrome，HLHS）是一組先天性心臟畸形，以左心室腔縮小、主動脈瓣口和/或左房室瓣口狹窄或閉鎖為主要特征，致死率極高，患兒猝死多發生在出生第1個月內。目前，姑息手術和心臟移植是HLHS的兩大治療措施，但二者均存在局限；接受三期手術治療的HLHS患兒右心衰竭發生率極高，導致患兒遠期存活率極低。目前，國內外HLHS治療領域相關研究越來越多，其中干細胞療法因對HLHS有巨大的潛在應用價值而逐漸嶄露頭角。本文主要綜述了干細胞療法治療HLHS的研究進展，以期提高臨床醫務人員對干細胞療法的認識。

1 HLHS的流行病學

HLHS作為最復雜的先天性心臟病類型之一，其發病率為19/10萬，其患病人數占先天性心臟病總數的1.4%～3.8%［1-2］。HLHS是新生兒出生第1年死亡率最高的先天性心臟病［3］，新生兒出生第1個月死亡率約為15%、第1周約為23%［4］。有研究發現，干細胞療法治療HLHS的效果與年齡呈負相關，新生兒出生第1年治療效果最佳［5］。據2019年一項研究統計，亞洲地區HLHS發病率首次高于西方國家及非洲地區［6］。

2 HLHS的臨床概況

2.1 臨床癥狀 HLHS以左心室、升主動脈、主動脈瓣和左房室瓣發育不良為主要特征［7］，根據主動脈瓣和左房室瓣狹窄/閉鎖程度分為四類，即動脈和左房室瓣均狹窄、主動脈和左房室瓣均閉鎖、主動脈閉鎖伴左房室瓣狹窄及左房室瓣閉鎖伴主動脈狹窄；根據左心室大小分為三類，即狹縫狀左心室、左心室小型化、左心室增厚并伴心內膜纖維彈性增生［8］。目前，HLHS發病機制存在兩種假說，一是血流異常導致左心發育不全，其實質為左心發育不全出現在左房室瓣閉鎖致血流量減少之后；二是左心自身發育不全。但由于部分患兒雖存在左心發育不全，但并無明顯心血管閉鎖，故目前主流觀點認為左心自身發育不全是HLHS的主要發病機制［9］。

2.2 治療方法 HLHS患兒通常在出生后1周內死亡，在1981年Norwood手術方式出現之前HLHS幾乎無法醫治，之后隨著研究不斷深入，臨床研究者開始利用前列腺素E2保持動脈導管暢通以維持全身血供和冠狀動脈血供［10］。雖然上述方法在短期內能夠達到預期效果，但患兒仍難以靠此法存活較長時間。為了延長HLHS患兒的存活時間，心臟移植或外科三期手術是必要的［11］。經歷三期手術的最終結果是體循環和肺循環得到分離，一期Norwood手術通常在新生兒出生第1周進行，其目的是確保心臟能夠保持肺循環和體循環［2，11-12］，手術示意圖見圖1a。為了減少右心室負擔，通常會在新生兒出生后4～6個月進行二期雙向Glenn手術/Hemi-Fontan手術，患兒兩歲時進行三期Fontan手術。二期手術的目的是將上腔靜脈與右心房斷開并吻合到肺動脈，以便血液流入肺動脈，見圖1b；三期手術的目的是將靜脈血回流至下腔靜脈［13］，見圖1c。但一期Norwood手術并不適用于所有HLHS患兒，且其術后10年存活率僅為40%，而且行此手術患兒術前需生命體征平穩且能夠進行體外循環。在此背景下，GIBBS等于1993年率先報道了Hybrid手術方式（圖2），其優點是能達到Norwood手術效果，且沒有手術時體外循環的生理壓力［14-15］。盡管Norwood手術存在一定缺陷，但其技術相對成熟，治療效果較Hybrid手術好［14］，而Hybrid手術目前僅用于狀態不穩定的HLHS患兒，故患兒家屬常選擇Norwood手術而非Hybrid手術［16］。

圖1 三期手術示意圖Figure 1 Diagrammatic sketch of the three-stage operation

圖2 Hybrid手術示意圖Figure 2 Diagrammatic sketch of Hybrid surgery

3 HLHS干細胞療法

盡管近年來HLHS治療技術和護理有所進步，心臟移植仍是目前根治HLHS的最終選擇，但接受三期手術治療的HLHS患兒心臟移植后的存活率也非常低，再加上心臟供應和匹配困難，故延長或避免心臟移植一直是臨床研究熱點［17］。此外，由于HLHS患兒術后右心室負荷增加及護理困難，臨床研究者迫切希望尋找一種能夠改善甚至代替外科手術和心臟移植的方法。近年隨著研究不斷深入，HLHS的發病機制已涉及細胞水平［9，18］、分子水平［9，19-21］。在此背景下，干細胞療法逐漸在HLHS治療領域嶄露頭角。

HLHS患兒右心室心肌肥大、血管生成和抗氧化活性增加，但仍無法適應過度的氧化應激，故患兒常出現缺血和代償性心力衰竭等癥狀，而干細胞療法可有效解決上述問題。干細胞療法主要用于改善HLHS患兒右心室功能衰竭，其機制可能與通過旁分泌途徑促進血管生成因子生成等來促進血管新生、增加右心室體積有關［22］。目前，可用于臨床的潛在干細胞有間充質干細胞、臍帶血來源單核細胞、心肌球源性細胞和心臟干/祖細胞。筆者總結近5年干細胞療法治療HLHS 的相關臨床研究［4，17，23-26］，見表 1。

表1 近5年干細胞療法治療HLHS的相關臨床研究Table 1 Clinical research on stem cell therapy for HLHS in recent 5 years

3.1 間充質干細胞 間充質干細胞是一群位于血管周圍區域的異質可塑性細胞，主要通過旁分泌方式分泌促血管生成因子，進而促進血管生成［27］。有動物模型實驗證實，間充質干細胞可促進心肌梗死后心臟重塑，改善心功能［28］；骨髓來源間充質干細胞治療成人心力衰竭的成功嘗試提示其在HLHS干細胞療法中有巨大潛力［29-30］。為了證實間充質干細胞治療HLHS的有效性和安全性，KAUSHAL等［17］開展了ELPIS研究，該研究是將自體骨髓來源間充質干細胞注入10例正在進行二期姑息手術治療的HLHS患兒心肌內，并評估6個月后的有效性及安全性，結果顯示，HLHS患兒右心室可對骨髓來源間充質細胞傳遞的生物信號做出反應，從而改善右心室功能。另有研究表明，無論是自體還是異體間充質干細胞均未產生免疫排斥反應，且可使心肌梗死面積減少33%，心功能明顯改善［31］。但需要注意的是，間充質干細胞治療HLHS的具體作用機制尚未明確，可能與其促進成熟的心肌細胞分化、減少炎癥/瘢痕形成、減少心肌細胞凋亡、促進旁分泌細胞因子及刺激自身心臟祖細胞和心肌球源性細胞增殖有關［31］。

3.2 臍帶血來源單核細胞 在臨床前研究中，臍帶血來源單核細胞主要通過分泌促血管生成因子而改善心功能，此外也可通過衍生間充質干細胞而減輕右心室負荷［32-33］。2015年，BURKHART等［34］報道了首例使用臍帶血來源單核細胞治療的HLHS病例，其成功將自體臍帶血來源單核細胞移植到HLHS患兒右心室游離壁，隨訪3個月后患兒無嚴重不良事件發生，表明心肌內注射臍帶血來源單核細胞安全可行。在此基礎上，BURKHART等［4］于2016年12月—2018年9月進行了Ⅱ期臨床試驗，分別對10例HLHS患兒同時進行了二期姑息治療和心肌內注射臍帶血來源單核細胞，進一步證明了臍帶血來源單核細胞治療HLHS的安全性和可行性，這也為之后的Ⅱb期隨訪研究建立了基礎。另有類似設計的臨床研究均證實了臍帶血來源單核細胞用于治療HLHS的安全性和有效性［18，22，34］，提示臍帶血來源單核細胞可作為一種潛在的安全有效的干細胞藥品，但仍需大規模臨床研究進一步證實。

3.3 心肌球源性細胞 心肌球源性細胞是由心臟祖細胞發育而來，具有心臟修復和再生功能［35-36］。心肌球源性細胞的心臟再生和修復功能已被一系列研究證實［20，31-32，37-39］。心肌球源性細胞可在小鼠心臟內存活16周［40］，可明顯減少心肌梗死瘢痕并改善心功能［38，41］。心肌球源性細胞的心臟再生和修復功能也在一定程度上反映了其在HLHS治療領域的潛力。MAKKAR等［38］于2009年5月—2010年12月開展了CADUCEUS研究，將25例心肌梗死后左心功能不全患者分為向冠狀動脈內注射心肌球源性細胞組（試驗組）和8例不接受治療組（對照組），隨訪6個月證實冠狀動脈內注射心肌球源性細胞安全可行，之后的臨床試驗也進一步證明了心肌球源性細胞具有心臟再生功能［37］。為了證實心肌球源性細胞具有改善或治療HLHS的能力，ISHIGAMI等［24］開展了PERSEUS研究，該研究是在Ⅰ期臨床試驗［25］的基礎上，將41例HLHS患兒按照1∶1分為為期3個月的心肌球源性細胞早期移植組和晚期移植組，結果證實心肌球源性細胞可改善HLHS患兒心功能，逆轉心肌重塑。上述試驗所用的心肌球源性細胞均為同體心肌球源性細胞。為了驗證異體心肌球源性細胞是否也有此效果，CHAKRAVARTY等［42］開展了ALLSTAR研究，該研究向心肌梗死患者冠狀動脈內注射同種異體心肌球源性細胞，擬進行Ⅰ期臨床試驗及Ⅱ期臨床試驗（療效終點分別為1個月和12個月），其中Ⅰ期臨床試驗初步證明同種異體心肌球源性細胞可改善心功能，且安全可行。但ALLSTAR研究于6個月時（中期）終止，其原因是接受同種異體心球源性細胞的試驗組在6個月時并未表現出心功能改善，且認為12個月時出現心功能改善的可能性不大［43］。

3.4 心臟干/祖細胞 心臟干細胞指存在于胚胎和成體的全能干細胞，其也可分化為心肌細胞等，從而改善心功能［31］。另有學者發現，心臟干細胞也可改善心肌纖維化［22］。雖然向心肌、靜脈和心外膜內注射心臟干細胞的案例均被報道［44］，但其有效性仍存在爭議［32，45］。由心臟干細胞分化而來的心臟祖細胞也可改善心功能［32］。雖然有試驗證明心臟祖細胞可改善小鼠心肌梗死后心功能［46］，但心臟祖細胞幾乎無分化為心肌細胞的能力，故目前推測心臟祖細胞治療HLHS的機制可能與旁分泌有關［47］。

4 小結與展望

干細胞療法在治療HLHS的潛在價值逐漸被證實，任何一項對HLHS有效的干細胞療法均可能具有劃時代意義［48］。但由于干細胞療法的長期效果不佳及其干預機制尚不明確，其在HLHS的應用仍存在爭議［49］，仍需大規模臨床研究進一步證實。

作者貢獻：肖宜超進行文章的構思與設計、可行性分析，負責文章的質量控制及審校，并對文章整體負責、監督管理；奉偉庭進行文獻/資料收集、整理，并撰寫論文。

本文無利益沖突。