談細(xì)胞移植治療心力衰竭研究進(jìn)展
心力衰竭是一個長期困擾著科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的難題。下文來談?wù)劶?xì)胞移植治療心力衰竭研究進(jìn)展。
心力衰竭是一種復(fù)雜的臨床綜合征，是由于各種因素導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)或功能異常，從而使心室充盈或射血能力受損，產(chǎn)生一系列的病理生理改變，引起心力衰竭的癥狀和體征。心力衰竭作為各種心臟疾病的嚴(yán)重和終末階段，具有發(fā)病率高、死亡率高的特點(diǎn)，5年生存率與惡性腫瘤相近，嚴(yán)重者1年內(nèi)病死率高達(dá)50%。在中國，跟其他國家一樣，心力衰竭是引起住院治療的一個普遍原因，心力衰竭問題已成為一個重要的社會問題，嚴(yán)重威脅人類的健康。心力衰竭發(fā)病率日益增加，傳統(tǒng)的心力衰竭治療方法包括藥物治療、介入治療和心臟移植，前兩者未能從根本上解決心力衰竭，而心臟移植則由于供體嚴(yán)重不足以及后續(xù)的免疫抑制治療使得它的臨床應(yīng)用受到限制。干細(xì)胞是一種具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細(xì)胞，干細(xì)胞移植作為治療心力衰竭的新途徑，給我們帶來了新的曙光，近20年里，開展了大量的臨床前和臨床研究，多項(xiàng)研究支持各種干細(xì)胞能夠改善心臟功能以及減弱不利的左心室重構(gòu)，包括缺血和非缺血性心肌病等[1,2]。本文將對細(xì)胞治療心力衰竭的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
1胚胎干細(xì)胞(ESCs)
ESCs來自于胚胎植入前期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。在擬胚體時，鼠和人的ESCs都具有分化成3胚層的能力，即，外胚層、內(nèi)胚層、中胚層(含有心肌細(xì)胞)。從擬胚體分離得到人ESCs來源的心肌細(xì)胞表現(xiàn)出了成熟心肌細(xì)胞的形態(tài)(具有適當(dāng)?shù)慕M織化肌節(jié)蛋白)，并且表達(dá)心臟特異性的轉(zhuǎn)錄因子，如NKX2.5、GATA-4、MEF2C[3]。同時，它們也表現(xiàn)出心房、心室和節(jié)點(diǎn)動作電位特有的自發(fā)跳動活性[4]。目前有報道稱這類細(xì)胞能夠分化成心肌細(xì)胞并改善左心室功能[5]。另外在衰減左心室的重構(gòu)，改善左心室心肌收容性功能也有一定的效果[6]。盡管關(guān)于ESCs分化成心臟的能力有完整的研究記錄，但是在倫理學(xué)和致瘤性(ESCs移植后具有形成畸胎瘤的潛在風(fēng)險[6])問題上嚴(yán)重妨礙了它們在臨床上的使用。
2誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)
在2006年，高橋和中山伸彌通過轉(zhuǎn)導(dǎo)的小鼠成體成纖維細(xì)胞用4種因子(OCT3/4、So-2、c-Myc、Klf4)制備出了摘要隨著人口老齡化進(jìn)程的加快和高血壓、冠心病等常見心血管疾病發(fā)病率的上升，心力衰竭的患病率逐漸升高。傳統(tǒng)的藥物治療未能從根本上解決心力衰竭，而心臟移植則由于供體嚴(yán)重不足以及后續(xù)的免疫抑制治療使得它的臨床應(yīng)用受到限制。細(xì)胞移植作為治療心力衰竭的新途徑，來源充足，取材方便，自體干細(xì)胞避免了免疫排斥的問題，臨床應(yīng)用前景廣闊。本文就細(xì)胞治療心力衰竭的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞綜述;心力衰竭;細(xì)胞移植一個細(xì)胞群，它們被命名為iPSCs，這些iPSCs表達(dá)ESCs表面標(biāo)記物和呈現(xiàn)ESCs形態(tài)學(xué)，且生長特性也類似于ESCs[7]。隨后被證明iPSCs的心原性潛能很接近ESCs，并且iPSCs誘導(dǎo)來的心肌細(xì)胞具有心臟細(xì)胞特有的功能特性，如自發(fā)地跳動、收縮和離子通道的表達(dá)[8]。但是目前還沒有研究對iPSCs在動物心力衰竭模型中治療潛能做過專門的評估。盡管iPSCs擁有巨大的心臟再生希望，但是目前還有很多問題亟待解決，比如致癌性(OCT4、c-Myc、Klf4被認(rèn)為是致癌基因)，另外包括iPSC生成的低效性和細(xì)胞系變異性等問題尚未解決。因此，iPSCs應(yīng)用于臨床可能還需要一段時間。
3骨骼肌成肌細(xì)胞
骨骼肌成肌細(xì)胞來源于衛(wèi)星細(xì)胞，是一類存在于肌纖維膜基底的骨骼肌前體細(xì)胞群。當(dāng)肌肉損傷時，這些衛(wèi)星細(xì)胞將會增殖和通過分化成肌小管和新的肌纖維促進(jìn)肌肉再生，由于這類細(xì)胞易于獲取，能在體外快速的擴(kuò)增，而且對低含氧和缺血情況具有抵抗力，所以骨骼肌成肌細(xì)胞率先被用到了心力衰竭的臨床前和臨床研究中[9]。然而，當(dāng)成肌纖維移植到損傷的心臟中，我們發(fā)現(xiàn)它們形成了骨骼肌纖維而不是心臟的肌肉纖維[10]。骨骼肌成肌細(xì)胞促進(jìn)修復(fù)的能力已經(jīng)在動物心力衰竭模型中完成了評估[11,12]。在心肌內(nèi)和冠狀動脈內(nèi)給藥后，都發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞分化成肌小管，并且在有疤痕的心肌上形成了骨骼肌樣的移植物。骨骼肌成肌細(xì)胞的作用是在非缺血性心肌病中改善心臟功能。在這些研究中還發(fā)現(xiàn)，心肌內(nèi)注射成肌細(xì)胞能改善左心室功能和減少間質(zhì)纖維化。I期臨床研究是在一些重癥缺血性心力衰竭患者中開展的。在實(shí)施冠狀動脈旁路移植術(shù)(CABG)中于左心室疤痕區(qū)域注射骨骼肌成肌細(xì)胞，患者心臟功能有所改善[13,14]。在這次臨床實(shí)驗(yàn)后，一些小的、非隨機(jī)的研究表明，在給缺血性心肌病患者心肌內(nèi)注射成肌細(xì)胞后，患者的左心室功能改善了[14，15]。雖然一系列的實(shí)驗(yàn)研究顯示骨骼肌成肌細(xì)胞治療心力衰竭有效果，但是至今最大的臨床研究沒能進(jìn)一步證實(shí)這些結(jié)論。由于在進(jìn)行這些臨床試驗(yàn)的時候，同時伴有CABG或安裝左心室輔助設(shè)備過程，這使得難以區(qū)分成肌細(xì)胞在血管再生中的作用。目前用骨骼肌細(xì)胞治療心力衰竭的熱情已經(jīng)褪去。
4骨髓來源的干細(xì)胞
4.1骨髓單個核細(xì)胞(BMMNCs)
BMMNCs是一類異質(zhì)細(xì)胞群，它們包含間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)、造血干細(xì)胞(HSCs)、內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)和其他一些定向細(xì)胞系。由于BMMNCs很容易獲得，也不需要體外培養(yǎng)，所以很多研究員都用它們在急性心肌梗死動物模型中試驗(yàn)。在豬梗死后心力衰竭模型中，通過向疤痕組織中直接注射BMMNCs沒有改善左心室功能[16]。與這個結(jié)果形成對照的是，在狗的研究中發(fā)現(xiàn)BMMNCs可以改善心肌功能，減少胞漿N末端B型利鈉肽原水平，以及促進(jìn)血管再生[17]。BMMNCs在缺血性心臟病及非缺血性心臟病上均進(jìn)行了研究[18,19]，在TOPCARE-DCM中，給33例膨脹性心肌病患者冠狀動脈灌注(25±135)×106BMMNCs后，患者的局部收縮和微脈管功能都得到了改善，并且N末端B型利鈉肽原血清水平也降低了，這表明BMMNCs在左心室重構(gòu)過程中是有用的。有意思的是，局部收縮功能的增強(qiáng)與輸注細(xì)胞的機(jī)能(如克隆形成能力)呈正相關(guān)[19]。
4.2MSCs
MSCs又叫骨髓基質(zhì)細(xì)胞，是干細(xì)胞家族的重要成員，來源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層，屬于全能干細(xì)胞。MSCs能夠分化成軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞，另外有報道稱可以分化成心肌細(xì)胞[20]，盡管目前還有爭議。在對慢性心力衰竭動物模型的研究中，發(fā)現(xiàn)MSCs對治療心力衰竭還是值得期待的。到目前為止，有一項(xiàng)臨床研究證明MSCs對心力衰竭患者是有效的[21]。該試驗(yàn)比較了三種劑量的自體或異體MSCs[(20、100、200)×106個細(xì)胞]對缺血性心力衰竭患者的影響。結(jié)果表明所有劑量都能改善患者的心臟功能。
4.3HSCs和血管EPCs
HSCs存在于骨髓中，可以分化成骨髓系和淋巴系細(xì)胞。而EPCs在缺血損傷時會動員到外周血，并分化成內(nèi)皮細(xì)胞(再內(nèi)皮化)促進(jìn)新血管生成[22]。CD34+是HSCs和EPCs共有的典型表明標(biāo)記物，因此，CD34+細(xì)胞同時存在于骨髓和外周血中，并且有分化成所有類別血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的潛能(在血液中<1%的有核細(xì)胞是CD34+細(xì)胞)。目前已經(jīng)在臨床上開展了自體CD34+細(xì)胞移植。對缺血性心肌病患者，在進(jìn)行CABG手術(shù)時與梗死周圍活的左心室區(qū)域注射CD34+細(xì)胞跟只采取CABG手術(shù)比起來有效改善了收縮功能[23]。對非缺血性心肌病患者，冠狀動脈內(nèi)輸注CD34+細(xì)胞可以增加左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)和6min步行距離，同時能降低N末端B型利鈉肽原水平[24]。關(guān)于CD34+治療心力衰竭(包括缺血性和非缺血性心力衰竭)的經(jīng)驗(yàn)是鼓舞人心的，但是開展的臨床研究規(guī)模較小。跟其他細(xì)胞一樣，為了評價這類細(xì)胞對心力衰竭治療的關(guān)鍵作用，開展更大規(guī)模研究是必不可少的。
5心臟干細(xì)胞(CSCs)
近來在心臟生物學(xué)上有了突破性的進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)成年心臟的組件(包括肌細(xì)胞)能夠發(fā)生改變。這一過程可能是由CSCs引起的，這些細(xì)胞能夠調(diào)節(jié)心臟內(nèi)環(huán)境及參與出生后心臟的生理性和病理學(xué)性的更新和修復(fù)，它們能夠分化成心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞[25]。這為心力衰竭提供了新的治療途徑。在2003年，Beltrami等[26]從成年大鼠心臟中分離出一群細(xì)胞，它們表達(dá)酪氨酸激酶受體c-kit(一個干性標(biāo)記)但是缺乏HSCs標(biāo)記物。這些c-kit+CSCs具有自我更新、克隆形成和多潛能特性，能在體內(nèi)和體外分化成心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞[27]。4年后，一種類似于c-kit+CSCs從成年人心臟中分離出來[27]。對梗死嚙齒動物心肌注射人CSCs后，可以改善左心室功能和結(jié)構(gòu)，還能形成嵌合心臟(含有心肌細(xì)胞組成的人心肌和血管)。在SCIPIOI期臨床試驗(yàn)中，雖然隨訪還沒結(jié)束，但是現(xiàn)在的結(jié)果已經(jīng)非常鼓舞人心[28,29]。20例接受CSCs治療的患者，在CSCs輸注4個月后LVEF從輸注前的(29.0±1.7)%到(36.0±2.5)%。而在對照組中的13例患者的LVEF則沒有任何改變。研究還發(fā)現(xiàn)，CSCs的有效作用一直持續(xù)著，且隨著時間延長效果更加明顯(1年后，LVFE：+8.1%，n=17;2年后，LVEF：+12.9%，n=8)[30]。在接受CSCs治療的9例患者中，通過磁共振成像可以發(fā)現(xiàn)在4個月(減小38.1%)和1年后(減小44.8%)梗死面積有明顯的減小[28]�？傊�，CSCs的發(fā)現(xiàn)對心力衰竭的治療確實(shí)帶來了新的希望。這些有希望的觀察結(jié)果確保開展更大規(guī)模Ⅱ期臨床試驗(yàn)。需要指出的是，在SCIPIO中所用的CSCs分離自右心房心耳，而現(xiàn)在從心肌活檢標(biāo)本中也能分離和擴(kuò)增CSCs，這使得自體CSCs治療大部分慢性心力衰竭患者成為可能。
6總結(jié)
心力衰竭作為一個長期困擾著科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的難題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及對它發(fā)病機(jī)理研究的深入，對于它的治療方法取得了長足的進(jìn)步，但是到目前為止還沒找到一種行之有效的根治方式。干細(xì)胞治療的研究仍處于新興的初期階段，盡管還存在大量的問題亟待解決，但是目前已近表現(xiàn)出來令人驚喜的結(jié)果。ESCs作為最為原始干細(xì)胞，對心力衰竭的治療有著誘人的應(yīng)用前景。但目前還存在著倫理學(xué)和致瘤性問題，阻礙這項(xiàng)技術(shù)的推進(jìn)。iPSCs是一種體外誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞，有類似于ESCs的特性，但目前這項(xiàng)技術(shù)還不夠成熟及存在一些潛在的安全性問題，離臨床應(yīng)用還有一段路要走。骨骼肌成肌細(xì)胞，不僅容易分離和擴(kuò)增，并且在臨床前和臨床研究中也證實(shí)了移植到心臟后細(xì)胞發(fā)生了分化，但是未表現(xiàn)出預(yù)期的治療效果，且分化的細(xì)胞也不是心肌細(xì)胞。骨髓細(xì)胞的一類異質(zhì)細(xì)胞，由于易于獲取，在臨床研究中應(yīng)用比較廣泛。在心力衰竭的治療研究中，主要采用直接移植和純化后移植兩種策略，目前獲得的研究結(jié)果有證據(jù)表明它們能改善心臟功能，但是還需要大規(guī)模的臨床試驗(yàn)來驗(yàn)證。CSCs作為心臟生物學(xué)上的突破性研究發(fā)現(xiàn)，目前這類細(xì)胞在心力衰竭治療研究中所取得的令人驚喜的結(jié)果，可能會根本性的改變心力衰竭治療的方法。由于干細(xì)胞來源充足，取材方便，自體干細(xì)胞避免了免疫排斥的問題，其臨床應(yīng)用前景廣闊。我們期待更多的研究為心力衰竭的干細(xì)胞治療提供充分的理論及實(shí)踐指導(dǎo)。
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