成体干细胞移植治疗心肌损伤的研究进展
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[摘要] 细胞移植治疗心肌损伤作为一种新的治疗方法已引起人们的关注，其中成体干细胞由于不存在伦理及免疫排斥反应等问题，更为广大学者所青睐。本文对成体干细胞移植治疗心肌损伤的研究进展作一综述。
[关键词] 成体干细胞;移植;心肌损伤
Progress in research of adult somatic stem cells-based transplantation to treat myocardial injury
HE Jian.sheng，LIU Zhi.yong
(Department of Cardiothoracic Surgery，Zhongda Hospital，Southeast University，Nanjing210009，China)
Abstract:Recently，more attention is paid to cell transplantation，which is a new therapeutic approach for myocardial injury.Especially，most studies focus on the adult somatic stem cells-based transplantation which has no problems of ethic and immune rejection.In this review，recent studies of adult somatic stem cells-based transplantation to treat myocardial injury is summarized.
Key words:adult somatic stem cells;transplantation;myocardial injury
众所周知，心肌损伤后心肌细胞的丢失、瘢痕形成以及心室重构是造成充血性心力衰竭的主要病理基础。而现有的药物、介入(PTCA)、手术(CABG)等治疗方法只能挽救患者存活的心肌，对已经死亡的心肌无效，因此难以从根本上获得彻底治愈。心脏移植虽能代替受损心肌，但由于供体少、存在免疫排斥反应、技术复杂以及费用昂贵等问题，目前很难在临床推广。1994年Soonpaa等 [1] 首先报道将小鼠胚胎心肌细胞移植入成年鼠心梗模型中，发现移植细胞得以长期存活，并与宿主心肌细胞形成闰盘连接，明显地改善了受体鼠心功能。这种细胞移植的方法为治疗心肌损伤带来新的契机。此后学者们分别用不同组织来源的细胞进行了大量的实验，并取得了一些可贵的结果。其中，成体干细胞由于不存在伦理及免疫排斥反应等问题，更为广大学者所青睐。作者对成体干细胞移植治疗心肌损伤的研究进展进行综述。
1 研究现状
1.1 骨骼肌干细胞移植
骨骼肌干细胞即卫星细胞或成肌细胞，位于骨骼肌细胞膜和基膜之间，通常处于休眠状态。当骨骼肌受到各种损伤以后，卫星细胞就被激活、增殖、分化，彼此融合形成新的骨骼肌纤维，从而使得损伤的骨骼肌得到修复。由于卫星细胞终生具有再生能力以及对缺血耐受性较好，因此，学者们试图用其来修复受损的心肌。1993年Koh等 [2] 首先报道将卫星细胞C1C12系移植入正常同基因背景的小鼠心脏，观察到移植的卫星细胞能够分化成多核肌管。Chiu等 [3] 将成年犬骨骼肌卫星细胞提取培养后移植入冷损伤的自体心脏中，通过14周的观察发现卫星细胞能分化成类心肌细胞，即细胞核位于中央，细胞间出现闰盘样连接。Dorfman等 [4] 在类似的模型中也得到了相似的实验结果。
2000年Menasche等 [5] 对一72岁广泛下壁心肌梗死及前外侧壁缺血而导致严重充血性心力衰竭(NYHAⅢ)的男性患者进行了自体骨骼肌卫星细胞心脏移植实验。他们取患者股外侧肌成肌细胞体外培养2周后，在对患者行CABG的同时将卫星细胞注入梗死区瘢痕组织中央及周边。5个月后经UCG、正电子断层显像显示，术前无活力的后壁瘢痕中出现新的代谢活动，证实移植细胞在瘢痕内存活并具收缩功能。到目前为止，他们已对10例患者实施自体骨骼肌卫星细胞移植，所有患者症状改善，梗死区灌注增加、功能恢复 [6] 。另外，Pagani等 [7] 对5例缺血型心肌病患者在植入左室辅助装置(LVAD)同时，予以自体骨骼肌卫星细胞移植。结果4例分别在第68、91、141、191天拆除LVAD，有3例心肌瘢痕中骨骼肌细胞已分化成成熟的肌纤维，其中1例在肌管处小血管形成增加;另1例在LVAD支持下等待心脏移植。
虽然自体骨骼肌卫星细胞心脏移植前景令人振奋，但骨骼肌细胞与心肌细胞存在完全不同的兴奋.收缩耦联过程，且不能合成缝隙连接蛋白，因而不能保证与心肌细胞同步收缩;同时，卫星细胞移植后有可能发生心律失常，因为只有移植细胞与原心肌细胞形成耦联以后才能允许冲动传递，而移植的成肌细胞由于不能分化成心肌细胞并与邻近细胞形成心肌样合胞体，从而为室性折返性心律失常提供条件。另外临床卫星细胞移植都是与CABG或LVAD同时进行，很难对其效果进行单独评价。因此，对其临床实用性仍须进一步的研究。
1.2 骨髓干细胞移植
骨髓中除了造血干细胞外，还存在基质干细胞(MSCs)。MSCs是一种多能干细胞，具有分化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、心肌细胞等潜能。1995年Wakitani等 [8] 首先证实用5.氮杂胞苷(5.aza)可诱导骨髓(基质)干细胞分化为成肌细胞;1999年Makino等 [9] 将小鼠骨髓基质细胞经5.aza处理后分离出一种心肌细胞系，然后再经一定的诱导，约30%的骨髓基质细胞分化成类心肌细胞，Wang等 [10] 经实验证实，骨髓干细胞在体内也可分化为心肌细胞，从而为心脏骨髓干细胞移植提供了理论基础。1999年Tomita等 [11] 首先用大鼠骨髓干细胞体外培养及5.aza诱导分化后移植入冰冻损伤的心肌瘢痕中，8周后观察到实验组瘢痕组织内有新生心肌细胞及新生血管形成，心功能得到明显改善。2001年Strauer等 [12] 首次对一急性心肌梗死患者尝试自身骨髓干细胞移植，他将1×10 7 个骨髓干细胞移植到闭塞相关动脉，10周后发现患者左心室周长缩小，心脏指数、射血分数、心输出量均升高。同期，Stamm等 [13] 尝试AC133+自体骨髓干细胞心脏移植试验。他们对6例心肌梗死患者在行CABG的同时，在梗死边界周围多点注射AC133+的自体骨髓干细胞。术后9个月，所有患者均存活，其中4例左室功能改善，5例梗死区灌注明显增加。日本学 者Hamano等 [14] 也对5例晚期冠心病患者因不能通过CABG手术改善心肌缺血而进行自体骨髓干细胞移植，结果显示，3例心肌血流明显改善，2例无改善。最近，Perin等 [15] 对21例终末期缺血型心脏病患者进行自体骨髓干细胞移植临床试验，其中前14例接受骨髓干细胞移植作为治疗组，后7例作为对照组，2个月后SPECT定量分析显示治疗组较对照组左室功能有了明显改善(P=0.02)。4个月后治疗组射血分数从20%提高到29%(P=0.003)，左室收缩期末容积下降(P=0.03)。
另外Jackson等 [16] 尝试了骨髓造血干细胞心脏移植试验。他们将骨髓造血干细胞移植到经辐射(9Gy)后的小鼠上。10周后再将鼠冠脉夹闭60min后再灌注，造成心肌缺血损伤，结果发现移植的造血干细胞及其子细胞移行到心肌瘢痕中，并分化为心肌细胞及内皮细胞。但此实验为异体移植实验，而此类自体移植实验目前未见相关报道。
由于骨髓干细胞取材方便，通过简单的骨髓穿刺抽取骨髓即可获得，而且其诱导分化相对比较容易，移植后在心脏的微环境下可以分化为含CX.43的心肌细胞与原心肌细胞形成缝隙连接，参与心脏的同步收缩。同时骨髓干细胞分化而形成的内皮祖细胞(EPCs)在缺血区形成新的营养血管从而增加缺血区的血供。因此骨髓干细胞心脏移植在临床应用上具有更为广阔的前景。
1.3 其它
除了以上两种研究较多的干细胞以外，学者们也用其它组织来源的干细胞进行了尝试。Yoo等 [17] 对扩张型心肌病的大鼠进行自体平滑肌细胞移植试验。他们取13周具有扩张型心肌病的BIO53.58大鼠输精管的平滑肌细胞培养4周，用5.溴.2′.脱氧尿苷酸标记后进行自体移植。移植4周后，治疗组在移植部位观察到具有标记的肌样组织，同时与对照组、空白组相比，细胞移植组心脏变小、左心室压力上升最大速率增加，心功能得到改善。由于平滑肌与心肌(横纹肌)存在不同的电、机械生理特性，其可行性及安全性有待进一步的研究和观察。近来，Rangappa等 [18] 从新西兰白鼠脂肪组织提取间充质干细胞在RPMI培养液培养后经5.氮杂胞苷诱导分化。他们观察到:1周后细胞呈现双核，胞浆增多;2周后20%～30%的细胞体积增大，成球样表现;3周时，用相差显微镜观察细胞开始自动跳动，这些细胞用免疫染色显示肌球蛋白重链、α肌动蛋白、肌钙蛋白.Ⅰ均阳性，从而证实已分化成心肌细胞，但是他们没有进一步作动物模型移植试验。
2 成体干细胞移植改善心功能的机制
对于成体干细胞移植后患者心功能改善的机制目前尚不清楚，可能与以下机制有关:(1)移植的细胞使得瘢痕区增厚，维持了受损心肌结构的相对完整性，阻止了瘢痕区的扩张，抑制了心室重构。(2)移植的组织使得心脏的顺应性和弹性增加，从而改善心脏的舒张功能。(3)移植的细胞或心脏本身心肌细胞可能分泌某些血管生成因子、生长因子等，改善心脏的灌注和功能。(4)某些移植细胞与心脏本身心肌细胞形成缝隙连接，参与受体心脏的同步收缩。
3 结语
虽然成体干细胞心脏移植在动物和临床试验取得了一些可喜的成就，但是从目前来看还有很长的路要走。例如:干细胞的诱导分化调控机制?成体干细胞移植后是否能分化为真正的成熟的心肌细胞并且能存活多久?究竟哪种组织来源的干细胞移植最为有效?移植的最佳途径、最佳时机、最佳数量分别是什么?干细胞从提取到移植在时间上的耽搁是否影响疗效?能不能简化干细胞诱导增殖分化的程序?移植的干细胞在心肌内增殖分化后是否会引起其它的疾病(如畸胎瘤、心律失常等)?另外，心肌内是不是和其它组织一样同样含有干细胞?若有，怎样促进其诱导分化增殖?这些都是我们临床工作者所须解决的问题。我们深信随着分子医学、遗传学等学科的发展以及实验方法的不断改进和完善，成体干细胞移植一定会有更辉煌的明天。
[参考文献]
[1]SOONPAA M H，KOH G Y，KLUG M G，et al.Formation of nascent intercalated disks between grafted fetal cardiomyocytes and host myocardium[J].Science，1994，264(5155):98.101.
[2]KOH G Y，KLUG M G，SOONPAA M H，et al.Differentiation and long term survival of C2C12myoblast grafts in heart[J].J Clin Invest，1993，92:1548.1554.
[3]CHIU R C，ZIBAITIS A，KAO R L.Cellular cardiomyoplasty:myocardial regeneration with satellite cell implantation[J].Ann Thorac Surg，1995，60:12.18.
[4]DORFMAN J，DUONG M，ZIBAITIS A，et al.Myocardial tis-sue engieering with autologous myoblast implantation[J].J Thorac Cardiovasc Surg，1998，116:744.751.
[5]MENASCHE P，HAGEGE A A，SCORSIN M，et al.Myoblast transplantation for heart failure[J].Lancent，2001，357(9252):279.280.
[6]WEISEL R D.Cellular approaches to preventing heart failure[J].Heart Surg Forum，2003，6(2):121.122.
[7]PAGANI F D，DER SIMONIAN H，ZAWADAKA A，et al.Autologous skeletal myoblasts transplanted to ischemia-dam-aged myocardium in humans.Histological analysis of cell sur-vival and differentiation[J].J Am Coll Cardiol，2003，41(5):879.888.
[8]WAKITANI S，SAITO T，CAPLAN A I.Myogenic cells de-rived from rat bone mesenchymal stem cells exposed to5.azacy-tidine[J].Muscle Nerve，1995，18:1412.1416.
[9]MAKINO S，FUKUDA K，MIYOSHI S，et al.Cardiomyocytes can be generated from marrow stromal cells in vitro[J].J Clin Invest，1999，103(5):697.705.
[10]WANG JS，SHUM.TIM D，GALIPEAN J，et al.Marrow stromal cells for cellular cardiomyoplasty:feasibility and poten-tial clinical advantages[J].J Thorac Cardiovasc Surg，2000，120(5):999.1005.
[11]TOMITA S，LI R K，WEISEL R D，et al.Autologous trans-plantation of bone marrow cells improves damaged heart func-tion[J].Circulation，1999，100(SupplⅡ):Ⅱ247.256.
[12]STRAUER B E，BREHM M，ZEUS T，et al.Intracoronary human autologous stem cells transplantation for myocardial re-generation following myocardial infarction.[J].Dtsch Med Wochenscher，2001，126(34.35):932.938.
[13]STAMM C，WESTPHAL B，KLWINW H D，et al.Autolo-gous bone-marrow stem-cell transplantation for myocardial re-generation[J].Lancet，2003，361:45.46.
[14]GUOLIANG JIA.Progress in treatment of ischemic car-diomyopathy[J].J Clin Intern Med，2003，20(1):7.10.
[15]PERIN E C，Dohmann H F，Borojevic R，et al.Transendocar-dial，autologous bone marrow cell transplantation for severe，chronic ischemic heart failure[J].Circulation，2003，107(18):2294.2302.
[16]JACKSON K A，MAJAK S M，WANG H，et al.Regeneration of ischemic cardiac muscle and vascular endothelium by adult stem cells[J].J Clin Invest，2001，107(11):1395.1402.
[17]YOO K J，LI R K，WEISEL R D，et al.Autologous smooth muscle cell transplantation improved heart function in dilated cardiomyopathy[J].Ann Thorac Surg，2000，70(3):859.865.
[18]RANGAPPA S，FEN C，LEE E H，et al.Transformation of adult mesenchymal stem cells isolated from the fatty tissue into cardiomyocytes[J].Ann Thorac Surg，2003，75(3):775.779.
[作者简介] 贺建胜(1975-)，男，江苏溧阳人，医学硕士。
(东南大学附属中大医院胸心外科，江苏南京 210009)
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