干细胞移植治疗扩张型心肌病的进展
Progress of stem cell transplantation in the treatment of dilated cardiomyopathy
高乐 王悦喜
010030 呼和浩特，内蒙古医科大学附属医院心血管内科
扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)是一种以单侧或双侧心室扩大，同时伴有心肌收缩功能障碍为特征的心肌病[1]。临床诊断主要依据超声心动图，胸部X线、心肌血流灌注显像和心脏计算机断层扫描。DCM的病因非常复杂且尚未完全明确，主要包括遗传因素和非遗传因素。目前认为基因突变、遗传因素、持续病毒感染、免疫等与DCM的发生紧密相关[2]。临床治疗以延缓疾病进展、改善症状、预防并发症及提高生存率为主要目标，但不能从根本上改善预后[3,4,5]。近年来，干细胞移植成为在DCM治疗方面备受关注的干预手段，亦是当前研究的热点，本文就干细胞在DCM治疗方面的研究作一综述。
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当前在心血管疾病中研究较多的干细胞类型
目前，干细胞移植在修复损伤心肌细胞、促进心肌细胞再生、血管重建、改善心脏功能等方面逐渐显现出优势。在心血管疾病研究中，已有多种干细胞运用于临床研究，现大体介绍如下几种干细胞。
1骨髓干细胞
骨髓来源干细胞包括间充质干细胞(marrow mesenchymal stem cells，MSCs)、造血干细胞(hematopoietic stem cells，HSCs)和内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)等。这类细胞较易获取，可从自体骨髓中直接获得，亦或通过干细胞生成因子/粒细胞集落刺激因子动员后经外周血获取，因此较多用于临床试验中。由于干细胞的全能性，其移植后能促进新生血管形成、减少心肌纤维化、减小左心室舒张末期容积，进而改善心功能、提高生存率[6]。
MSCs因较易提取和增殖，是当前应用较多的一类骨髓干细胞。MSCs是很多基质细胞的前体细胞，其表达的CD73、CD105和CD90在体外可单独分化为软骨、成骨、脂肪及纤维细胞，具有很强的多项分化潜能及增殖能力。已有研究发现，当与心肌细胞共同培养时，MSCs可分化为心肌细胞[7,8]。Heldman等[9]最新的一项研究通过给予缺血性心肌病患者心内膜注射MSCs和骨髓单核细胞治疗，显示可显著缩小心肌梗死面积，改善心功能，且初步证明该试验有效且安全。
HSCs可从外周血、骨髓和脐带血中获取，常规表达CD133、CD34、Lin-、Sca-1及c-kit，可转化为多种血细胞。临床上HSCs多用于治疗淋巴瘤、白血病等多种血液系统疾病。已有研究证实，HSCs可分化成为心肌样细胞，同时提出主要产生心肌样细胞的是髓系细胞[10]。
EPCs是内皮细胞在骨髓中的前体细胞。研究表明，EPCs可通过分泌血管生成因子，如内皮型一氧化氮合酶、血管内皮细胞生长因子受体等，使心肌梗死区域的血管再生，从而明显改善心功能[11]。目前EPCs治疗DCM的相关研究及报道还较少。
2胚胎干细胞(embryonic stem cell，ESCs)
ESCs来源于囊胚期内细胞团，具有多向分化能力，可通过直接分化或旁分泌作用分化为包括心肌细胞在内的任何细胞。Ban等[12]发现，在心肌梗死的区域注射ESCs来源的心肌样细胞可以促进心脏修复，进而使心功能得到改善。近年来，已有报道在灵长类及其他动物身上完成ESCs分化为心肌细胞的相关实验，研究证实ESCs可分化为心肌细胞，成功与宿主心肌细胞实现电机械耦联，进而实现了心肌细胞的再生，也显著改善了心功能。
3心脏干细胞(cardiac stem cells，CSCs)
心肌细胞具有再生的潜能，研究人员分离出多个干细胞系，例如c-kit＋心脏干细胞(c-kit＋ CSCs)、心肌球来源心脏干细胞(CDCs)、Sca-1＋心脏干细胞(Sca-1＋ CSCs)，皆具有干细胞的多向分化、自我更新等基本特征。CSCs可分化为内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞，参与梗死心肌损伤后的修复[13,14]。Ellison等[15]通过动物实验证实，在去除CSCs后心脏会失去再生和修复等能力，重新移植CSCs后心脏受损部位得以修复，也通过心肌细胞再生进而改善心功能。
4脂肪干细胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)
ADSCs也有类似于MSCs的多向分化、自我更新等特征，具有分化为脂肪组织、叶间组织等潜能。最新研究证实，ADSCs在Rho激酶(ROCKs)的重要作用下可分化成为心肌细胞[16]。ADSCs是从脂肪组织中分离而来的干细胞，因其来源广故又成为心血管疾病治疗的一种新选择。
5骨骼肌干细胞(muscle-derived stem cells，MDSCs)
MDSCs是一种存在于骨骼肌中的原始干细胞，一方面可以自我更新、繁殖成为更多的干细胞，另一方面既可向骨细胞分化，也可向神经细胞、血细胞分化。因为来源于自身，不存在免疫排斥等问题，MDSCs也为发展新疗法提供了机会。已有动物实验证实，将MDSCs移植到心肌梗死区域，可见肌管样结构形成，心功能得以改善。然而移植后频繁出现恶性心律失常，考虑是移植后周边心肌细胞不能与MDSCs产生同步电活动所致[13]。
6诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells，IPSCs)
IPSCs是指能通过导入外源性基因的方法，逆转去分化进而形成的一种干细胞。IPSCs解决了免疫排斥和伦理学的问题，成为了当前医学界的研究热点。Nelson等[17]首次指出在心肌梗死的IPSCs移植治疗中，IPSCs可分化为平滑肌、内皮细胞和心肌细胞，从而逆转心室重构、改善心功能。也有研究证实，将慢病毒Sox2、flf4和Oct-4基因转导入心肌梗死患者的成纤维细胞后转化为IPSCs，可以诱导分化为心肌细胞，能与体内的心脏组织融合[18]。
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干细胞移植治疗DCM的可能机制
干细胞移植治疗DCM的机制尚不完全清楚，可能通过以下几方面来发挥作用：(1)移植的干细胞可促进新生血管形成：干细胞可在一定条件下分化为血管内皮细胞和平滑肌细胞，促进新生血管形成，提高心肌供血[19]。还有研究指出，干细胞是通过影响基因表达来促进新生血管形成的[20]。(2)干细胞在体内微环境诱导下经多种因子作用可以自我更新、分化成为心肌样细胞，这种心肌样细胞可以表达自体心肌细胞所特有的连接蛋白43、肌球蛋白重链等。因此具有与原心肌细胞相同的收缩性且能完成协同整合收缩[21]。(3)干细胞通过自身分泌及刺激周边细胞分泌细胞因子，进而参与损伤心肌修复[22]。(4)干细胞也可通过参与调节心肌基质成分，使弹力纤维增加，进而抑制心室重构，改善心功能[23]。此外，干细胞移植治疗DCM也有抗凋亡、改善心肌代谢、影响核转位等学说，然而确切的机制仍需进一步的研究。
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干细胞移植途径
目前临床常用的干细胞治疗心血管疾病的移植途径包括心肌注射、冠状动脉内注射和静脉注射。心肌注射包括经心外膜和心内膜心肌内注射，但由于是有创侵袭性治疗，且存在恶性心律失常和心脏穿孔等风险，故在临床中限制应用。经冠状动脉内注射干细胞因其方便、直接，且创伤较少，是目前最常用的移植方法。但此种方法植入的干细胞在短时间内会被清除，暂时阻断血流是否能使干细胞停留时间延长目前仍不明确[24]。静脉注射包括外周静脉和冠状静脉内注射。经外周静脉血管注射虽简单易行，但干细胞可能迁移至其他非心脏组织，故应用较少。国外有学者在血管内超声引导下于冠状静脉窦内注射干细胞，术后报道试验对象的心功能显著改善[25]。但此项技术尚未成熟，缺乏较多理论依据，故国内尚无此项技术的开展。近年来也有研究通过细胞补片技术来提供干细胞分化及生存的微环境，进而提高移植成功率[26]。
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干细胞治疗DCM的研究
自从开展干细胞移植试验以来，已有诸多干细胞的临床和基础研究陆续出现，在缺血性心肌病治疗的研究中，干细胞已取得了巨大成果[27]。理论上，干细胞可在适宜条件下向心肌的各个组分分化，完全地修复受损心肌组织和心肌细胞，但DCM的发病机制较复杂，与体液、细胞免疫、遗传、病毒感染等相关，因此干细胞治疗DCM出现了大量的研究和猜想。已有研究证实，自体干细胞治疗DCM可改善心功能，其效果优于以包括β受体阻滞剂、利尿剂、钙离子拮抗剂、血管紧张素转换酶*制剂抑**等为基础的药物治疗[28]。Vrtovec等[29]的临床试验研究，经过5年的高质量随访发现，DCM患者在移植自体干细胞治疗后6 min步行试验距离和左心室射血分数显著增加，有效改善了心功能。术后远期随访无明显心功能不全加重和心律失常发生，且明显降低死亡率，证实干细胞移植治疗DCM是一种有前景的治疗方法。Zeinaloo等[30]报道了由DCM引起的心力衰竭病例，在经冠状动脉内移植MSCs治疗后，患者心功能及生活质量得到了明显改善。当然也有动物实验，在利用阿霉素复制而成的DCM动物模型中进行自体骨髓MSCs移植治疗，结果显示显著改善了DCM动物模型的心功能，并且在心肌组织内产生了心肌源性的转化，此发现意义重大[31]。Westphal等[32]将确诊为DCM的24例患者，经相关手术移植自体骨髓干细胞至心脏，对其进行远期随访，观察超声心动图、6 min步行试验等，监测左心室收缩和舒张功能等，结果证实干细胞移植可明显改善心功能。杨柳等[33]在骨髓干细胞移植治疗DCM的安全性和有效性的系统性评价中发现，在骨髓干细胞移植3个月后，左心室射血分数增加、左心室舒张末径及心肌灌注缺损面积百分比显著减小，进而得出DCM经骨髓干细胞移植治疗有效且安全性较好的结论。艾金伟等[34]运用荟萃分析方法，纳入7个关于DCM的随机对照试验，合计340例DCM患者，结果显示自体骨髓干细胞移植治疗DCM疗效优于常规治疗。综上结果证实，干细胞移植治疗DCM在有效性和安全性方面已经得到了一定肯定。
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存在问题及展望
干细胞移植治疗DCM的有效性已在诸多动物和临床试验中被证实，但仍存在很多争议和质疑。有研究显示，干细胞移植治疗DCM在达到心肌细胞完全的再生和彻底重建器官功能方面需要的时间较长[35]。Vrtovec等[29]多项研究发现，干细胞移植不能使DCM患者的恶性心律失常事件发生率降低。这些结论上的不一致可能与不同样本间DCM患者病情、移植细胞数量及移植方式不同，样本量较少以及随访时间短等众多因素有关[35]。干细胞作用机制、移植入机体的转归以及目前治疗的长期不良反应尚不明确。除此之外，相关法律制度尚未健全，受伦理学等限制，干细胞移植依然存在很多问题。
虽然干细胞移植治疗DCM仍存在诸多问题，但该治疗方法已逐渐成为被人们所提倡的一种新型治疗手段，在已经取得了巨大进展的同时也展现了其活跃的生命力。希望干细胞移植在未来能成为根治DCM的一种切实有效的方法。
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