干细胞治疗心肌梗死的研究进展
干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的细胞。目前,尝试用于治疗心肌梗死的干细胞大致可分为两大类——胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞主要包括胚胎心肌细胞和胚胎干细胞。成体干细胞主要包括骨骼肌干细胞、骨髓干细胞和外周血干细胞。
(一)胚胎干细胞
1. 胚胎心肌细胞 Soonpaa等1994年首先证实了小鼠胚胎心肌细胞移植的可行性。1996年,Li等在大鼠心肌冷冻坏死模型上移植大鼠胚胎心肌细胞,术后4周,移植的胚胎心肌细胞出现了分化现象。但是,胚胎心肌细胞对缺血非常敏感,在体外不易培养和增殖。此外还有胚胎心肌细胞不易获得和伦理学上存在争议等问题。这些都限制了胚胎心肌细胞的应用。
2. 胚胎干细胞在各种类型的干细胞中,最多才多艺的当属胚胎干细胞了。最早的胚胎干细胞是Martin等1981年从小鼠胚胎中分离出来的。Thomson等1998年首先成功建立起人胚胎干细胞系,引起科学界的强烈反响,被Science杂志评为当年十大科学进展之首。到目前为止,科学家已从啮齿类、兔、猪和灵长类动物体内分离得到胚胎干细胞系。胚胎干细胞可在体外生长,并能在原始未分化状态下无限增殖,且仍能保持其多能性和正常核型。这些特性使人胚胎干细胞具有广阔的研究和应用前景,但是人胚胎干细胞应用于临床还存在很多技术上的难题。
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(二)成体干细胞与胚胎干细胞相比,成体干细胞容易从自体采集,避免了胚胎干细胞移植所面临的伦理学纠纷,而且自体移植不存在免疫排斥反应,适合临床应用,因而成体干细胞成为近几年干细胞移植领域的主要研究对象。
1. 骨骼肌干细胞骨骼肌干细胞,即骨骼肌成肌细胞,或称骨骼肌卫星细胞,动物模型实验均证实成肌细胞移植能实现梗死或缺血心肌的再生。 Koh等1993年首先发现成肌细胞能向心肌细胞转化。2001年,Jain等发现成肌细胞移植能改善心肌梗死动物的左室功能。2001年,Menasché等首先将成肌细胞移植应用于临床。2003年,Menasché等又对10例心肌梗死伴严重心衰病人,在冠脉搭桥术同时进行成肌细胞移植。术后随访10个半月,病人的临床心功能提高,心肌收缩功能改善,但4例发生了室性心动过速。但是,2005年Dib等纳入18例病人的临床试验显示,成肌细胞移植治疗缺血性心肌病病人,并未导致严重心律失常发生。因此,这类细胞移植还需在更多病人身上进行更长期的随访对照研究,这样才能彻底评估其安全性。
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2. 骨髓干细胞临床常用的骨髓干细胞有骨髓单个核细胞群(BM-MNC)、AC133阳性细胞群、间充质干细胞(MSC)和内皮祖细胞(EPC)等。
(1)骨髓单个核细胞群 BM-MNC集成了所有骨髓干细胞成份,含有诸如MSC、造血干细胞和EPC之类的干细胞。由于BM-MNC移植具有容易采集、操作简单和不存在免疫排斥反应等优势,因此比较适合临床应用。 2001年,日本Hamano等和德国Strauer等率先将BM-MNC移植应用于临床。2002年,Strauer等报告了纳入20例心肌梗死病人的I期临床研究结果,第一次比较完整地证实经冠脉内移植自体BM-MNC的治疗方式是安全可行的。2004年,Wollert等报告了纳入60例病人的随机非双盲对照临床研究结果,我们也报道了纳入20例病人的随机双盲对照研究,均表明BM-MNC移植能明显增加缺血心肌的血管新生,改善病人心脏功能,未见致心律失常等潜在危险。
(2)内皮祖细胞动物实验表明,骨髓或外周血来源的EPC有助于梗死心肌的再生和增强缺血心肌的血管新生。Assmus等2002年、2003年和2004年分别报告了用经冠脉内移植骨髓或外周血来源的EPC治疗20例、28例和59例急性心肌梗死病人随访4个月和1年的临床研究,即TOPCARE-AMI研究。结果表明,两种来源的EPC疗效相似,左室射血分数(LVEF)的改善随观察时间延长而增加,未观察到炎症反应和心律失常。
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(3)AC133阳性细胞人类AC133细胞主要为CD34+细胞群,具有内皮干细胞和祖细胞表型和功能特征,主要在血管新生方面起作用。 2003年,Stamm等利用磁珠分选的方法得到骨髓AC133阳性细胞,对9例心肌梗死病人在冠脉搭桥术同时将这种亚群细胞移植到梗死周边区域,结果表明这类细胞移植能改善病人生活质量和梗死心肌血流灌注,但并不明显改善局部收缩性能。
(4)骨髓间充质细胞到目前为此,似乎只有MSC能分化为心肌细胞。1867年,Cohnheim首先提出骨髓中存在非造血组织的干细胞。但直到1974年Friedenstein才首次通过实验证实从骨髓中分离的贴壁细胞可分化为骨和软骨细胞。1985年,Piersma等证实这种贴壁细胞可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和成肌细胞,并将之称为MSC。我国学者陈绍良等于2004年和2005年先后报道了纳入69例病人的随机对照临床试验,随访6个月发现,MSC移植明显改善了左室功能(LVEF增加18%),未见与移植MSC相关的不良反应。Dai等的动物实验发现,MSC移植后虽然可在大鼠的梗死心肌内存活6个月之久,并表达肌肉和内皮细胞特征性蛋白,但其对整体心脏功能的改善是短暂的,在术后4周时明显,到术后6个月时消失。因此,MSC的长期疗效如何仍有待于大样本、随机双盲对照研究结果而定。
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3. 某些细胞因子除用骨髓干细胞作为移植对象外,科学家们又开始尝试用某些能促进干细胞分化的细胞因子来刺激自身骨髓干细胞分化。骨髓干细胞分化为心肌细胞和血管内皮细胞,由两个关键因素决定——损伤的组织环境和足够数量的多能干细胞。基于这一点,Orlic等尝试了在小鼠冠脉结扎后静脉注射干细胞因子(SCF)和粒细胞集落刺激因子(G-CSF),结果发现小鼠骨髓中的干细胞能归巢到梗死区域,并发生了复制和分化。与移植骨髓干细胞相比,注射SCF具有无创伤、死亡率低的优点。2004年, Kang 等应用G-CSF动员后,移植动员后的外周血单个核细胞,结果发现可明显改善梗死心脏功能(6.4%),且并不引起炎症反应和加重心肌缺血,但因发现加重支架内再狭窄和引起造血系统过度增殖等不良反应而提前终止了试验。但是,随后Kuethe等和Valgimigli等的临床试验结果表明,应用相同剂量或小剂量(5 μg/kg/d,皮下注射,连续4天)G-CSF动员治疗心肌梗死病人,并不引起加重支架内再狭窄和引起造血系统过度增殖等不良反应,而其治疗作用却与Kang 等的试验结果相同。由此可见,G-CSF动员可能不失为心肌梗死的一种可供选择的治疗措施。
4. 外周血干细胞外周血干细胞通常指造血干细胞。与骨髓干细胞移植相比,外周血造血干细胞移植具有采集方便等优点。目前研究者们尝试用SCF或G-CSF等细胞因子动员自身骨髓干细胞向外周血释放,然后收集并移植外周血单个核细胞到动物梗死心肌中,观察结果显示其改善心功能程度并不如移植BM-MNC那样令人满意,而且所移植的血细胞并不能合成新生毛细血管。, 百拇医药
(一)胚胎干细胞
1. 胚胎心肌细胞 Soonpaa等1994年首先证实了小鼠胚胎心肌细胞移植的可行性。1996年,Li等在大鼠心肌冷冻坏死模型上移植大鼠胚胎心肌细胞,术后4周,移植的胚胎心肌细胞出现了分化现象。但是,胚胎心肌细胞对缺血非常敏感,在体外不易培养和增殖。此外还有胚胎心肌细胞不易获得和伦理学上存在争议等问题。这些都限制了胚胎心肌细胞的应用。
2. 胚胎干细胞在各种类型的干细胞中,最多才多艺的当属胚胎干细胞了。最早的胚胎干细胞是Martin等1981年从小鼠胚胎中分离出来的。Thomson等1998年首先成功建立起人胚胎干细胞系,引起科学界的强烈反响,被Science杂志评为当年十大科学进展之首。到目前为止,科学家已从啮齿类、兔、猪和灵长类动物体内分离得到胚胎干细胞系。胚胎干细胞可在体外生长,并能在原始未分化状态下无限增殖,且仍能保持其多能性和正常核型。这些特性使人胚胎干细胞具有广阔的研究和应用前景,但是人胚胎干细胞应用于临床还存在很多技术上的难题。
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(二)成体干细胞与胚胎干细胞相比,成体干细胞容易从自体采集,避免了胚胎干细胞移植所面临的伦理学纠纷,而且自体移植不存在免疫排斥反应,适合临床应用,因而成体干细胞成为近几年干细胞移植领域的主要研究对象。
1. 骨骼肌干细胞骨骼肌干细胞,即骨骼肌成肌细胞,或称骨骼肌卫星细胞,动物模型实验均证实成肌细胞移植能实现梗死或缺血心肌的再生。 Koh等1993年首先发现成肌细胞能向心肌细胞转化。2001年,Jain等发现成肌细胞移植能改善心肌梗死动物的左室功能。2001年,Menasché等首先将成肌细胞移植应用于临床。2003年,Menasché等又对10例心肌梗死伴严重心衰病人,在冠脉搭桥术同时进行成肌细胞移植。术后随访10个半月,病人的临床心功能提高,心肌收缩功能改善,但4例发生了室性心动过速。但是,2005年Dib等纳入18例病人的临床试验显示,成肌细胞移植治疗缺血性心肌病病人,并未导致严重心律失常发生。因此,这类细胞移植还需在更多病人身上进行更长期的随访对照研究,这样才能彻底评估其安全性。
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2. 骨髓干细胞临床常用的骨髓干细胞有骨髓单个核细胞群(BM-MNC)、AC133阳性细胞群、间充质干细胞(MSC)和内皮祖细胞(EPC)等。
(1)骨髓单个核细胞群 BM-MNC集成了所有骨髓干细胞成份,含有诸如MSC、造血干细胞和EPC之类的干细胞。由于BM-MNC移植具有容易采集、操作简单和不存在免疫排斥反应等优势,因此比较适合临床应用。 2001年,日本Hamano等和德国Strauer等率先将BM-MNC移植应用于临床。2002年,Strauer等报告了纳入20例心肌梗死病人的I期临床研究结果,第一次比较完整地证实经冠脉内移植自体BM-MNC的治疗方式是安全可行的。2004年,Wollert等报告了纳入60例病人的随机非双盲对照临床研究结果,我们也报道了纳入20例病人的随机双盲对照研究,均表明BM-MNC移植能明显增加缺血心肌的血管新生,改善病人心脏功能,未见致心律失常等潜在危险。
(2)内皮祖细胞动物实验表明,骨髓或外周血来源的EPC有助于梗死心肌的再生和增强缺血心肌的血管新生。Assmus等2002年、2003年和2004年分别报告了用经冠脉内移植骨髓或外周血来源的EPC治疗20例、28例和59例急性心肌梗死病人随访4个月和1年的临床研究,即TOPCARE-AMI研究。结果表明,两种来源的EPC疗效相似,左室射血分数(LVEF)的改善随观察时间延长而增加,未观察到炎症反应和心律失常。
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(3)AC133阳性细胞人类AC133细胞主要为CD34+细胞群,具有内皮干细胞和祖细胞表型和功能特征,主要在血管新生方面起作用。 2003年,Stamm等利用磁珠分选的方法得到骨髓AC133阳性细胞,对9例心肌梗死病人在冠脉搭桥术同时将这种亚群细胞移植到梗死周边区域,结果表明这类细胞移植能改善病人生活质量和梗死心肌血流灌注,但并不明显改善局部收缩性能。
(4)骨髓间充质细胞到目前为此,似乎只有MSC能分化为心肌细胞。1867年,Cohnheim首先提出骨髓中存在非造血组织的干细胞。但直到1974年Friedenstein才首次通过实验证实从骨髓中分离的贴壁细胞可分化为骨和软骨细胞。1985年,Piersma等证实这种贴壁细胞可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和成肌细胞,并将之称为MSC。我国学者陈绍良等于2004年和2005年先后报道了纳入69例病人的随机对照临床试验,随访6个月发现,MSC移植明显改善了左室功能(LVEF增加18%),未见与移植MSC相关的不良反应。Dai等的动物实验发现,MSC移植后虽然可在大鼠的梗死心肌内存活6个月之久,并表达肌肉和内皮细胞特征性蛋白,但其对整体心脏功能的改善是短暂的,在术后4周时明显,到术后6个月时消失。因此,MSC的长期疗效如何仍有待于大样本、随机双盲对照研究结果而定。
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3. 某些细胞因子除用骨髓干细胞作为移植对象外,科学家们又开始尝试用某些能促进干细胞分化的细胞因子来刺激自身骨髓干细胞分化。骨髓干细胞分化为心肌细胞和血管内皮细胞,由两个关键因素决定——损伤的组织环境和足够数量的多能干细胞。基于这一点,Orlic等尝试了在小鼠冠脉结扎后静脉注射干细胞因子(SCF)和粒细胞集落刺激因子(G-CSF),结果发现小鼠骨髓中的干细胞能归巢到梗死区域,并发生了复制和分化。与移植骨髓干细胞相比,注射SCF具有无创伤、死亡率低的优点。2004年, Kang 等应用G-CSF动员后,移植动员后的外周血单个核细胞,结果发现可明显改善梗死心脏功能(6.4%),且并不引起炎症反应和加重心肌缺血,但因发现加重支架内再狭窄和引起造血系统过度增殖等不良反应而提前终止了试验。但是,随后Kuethe等和Valgimigli等的临床试验结果表明,应用相同剂量或小剂量(5 μg/kg/d,皮下注射,连续4天)G-CSF动员治疗心肌梗死病人,并不引起加重支架内再狭窄和引起造血系统过度增殖等不良反应,而其治疗作用却与Kang 等的试验结果相同。由此可见,G-CSF动员可能不失为心肌梗死的一种可供选择的治疗措施。
4. 外周血干细胞外周血干细胞通常指造血干细胞。与骨髓干细胞移植相比,外周血造血干细胞移植具有采集方便等优点。目前研究者们尝试用SCF或G-CSF等细胞因子动员自身骨髓干细胞向外周血释放,然后收集并移植外周血单个核细胞到动物梗死心肌中,观察结果显示其改善心功能程度并不如移植BM-MNC那样令人满意,而且所移植的血细胞并不能合成新生毛细血管。, 百拇医药