干细胞治疗缺血性心肌病的临床研究进展

•综述•干细胞治疗缺血性心肌病的临床研究进展

张屿森　崔光辉　刘俐　杨晓东　周子倩　张威威　陈芸

【摘要】　缺血性心肌病是影响人类健康的主要疾病之一，采用干细胞移植治疗缺血性心肌病已经成为近年来的研究热点。移植干细胞能够促进新生血管形成和心肌组织再生，减少瘢痕面积，改善心肌收缩能力。目前应用干细胞治疗缺血性心肌病的临床试验所得到的治疗结果不尽相同，不同类型的干细胞来源、注射方法及剂量、随访观察时间均可影响临床治疗效果；干细胞移植所涉及的免疫排斥、促肿瘤形成以及其他潜在的安全性问题仍是医学界重点关注的领域。本文就干细胞移植治疗缺血性心肌病临床研究相关的影响因素及其安全问题进行相关阐述。

【关键词】　缺血性心肌病；　心肌修复；　干细胞移植；　间充质干细胞

Advances in research of stem cell therapy for ischemic myocardial disease　Zhang Yusen, Cui Guanghui, Liu Li, Yang Xiaodong, Zhou Ziqian, Zhang Weiwei, Chen Yun. Department of Ultrasonographic Imaging, Shenzhen Hospital of Peking University, Shenzhen 518000, ChinaCorresponding author: Chen Yun, Email: chenyun6308@139.com

【Abstract】　Ischemic myocardial disease is one of the major diseases affecting human health. Stem cell transplantation for treatment of ischemic myocardial diseases has become a hot research topic in recent years. Transplantation of stem cells can promote angiogenesis and heart tissue regeneration, reduce scarred area, and improve heart systolic function. However, results from clinical studies on stem cell therapy for ischemic myocardial disease are inconsistent, which could result from the source of stem cells, infusion ways, injection dosage, and follow-up time. Additionally, stem cell transplantation is associated with immune rejection, tumor formation, and other potential safety issues. The main objective of this review is to discuss the influencing factors and safety problems in stem cell therapy for ischemic myocardial disease.

【Key words】　Ischemic myocardial disease;　Cardiac repair;　Stem cell transplantation; Mesenchymal stem cell

一、背景

目前，缺血性心肌病的治疗手段主要包括心血管药物、介入手术及心脏冠状动脉旁路移植术。尽管急性心肌梗死的病死率已得到有效控制，但急性心肌梗死及慢性缺血性心力衰竭的发生率仍持续上升［1］。在心肌梗死急性期，由于冠状动脉狭窄、闭塞导致心肌缺血、坏死，造成心肌细胞数量逐渐减少以及纤维瘢痕形成；现有药物和手术治疗手段都无法修复心肌梗死后缺血坏死的心肌，随着心腔逐渐扩大，心肌整体收缩功能降低，最终发展成缺血性心力衰竭。传统观念认为心肌细胞无法再生，但目前研究表明，心脏结构中如心房、心尖区存在心肌干细胞，心肌受损会

诱导心肌干细胞向梗死区域移动，参与心肌组织的再生修复［2-3］。此外，移植具有心肌分化潜能的多能干细胞至受损部位，这些多能干细胞也能分化形成新的心肌组织，促进心功能的恢复。多能干细胞主要来源于未分化、能自我增殖并具有多种分化潜能的细胞系，包括胚胎源性和成体源性干细胞。胚胎源性干细胞包括胚胎干细胞等；成体源性干细胞包括骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、脂肪干细胞、造血干细胞、骨骼肌母细胞及心肌干细胞等［4-5］。

近年来，大量采用干细胞治疗心肌损伤的临床随机对照试验结果表明,干细胞治疗对急性心肌梗死、心力衰竭、缺血性心肌病以及扩张型心肌病等疾病患者的心功能恢复有一定积极影响［5］，但确切临床疗效尚未明确。本文围绕治疗缺血性心肌病的干细胞的来源、给药方式、安全性问

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2019.01.014

基金项目：深圳市科技计划项目（JCYJ20160429090753103）；深圳市“三名工程”资助项目（SZSM2015/2026）

作者单位：518000，北京大学深圳医院超声影像科通信作者：陈芸，Email：chenyun6308@139.com

题以及临床治疗的有效性进行综述。

二、用于治疗缺血性心肌病的干细胞的来源及分类1. 胚胎干细胞：胚胎干细胞来源于早期胚胎内细胞团，是一种高度未分化细胞，具有多种分化潜能，理论上在特定

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诱导条件下可以分化成所有类型的组织细胞。Thomson等［6］

于1998年第一次从人囊胚中分离出人类胚胎干细胞。由于胚胎干细胞可作为研究分化和发育调控的模型，其具有广泛的应用前景，涉及到遗传、外伤修复、肿瘤等多个领域［7］。但是，胚胎干细胞来源于囊胚中的内细胞群，其取材方法不可避免会杀死胚胎，从而引起道德、宗教与法律等问题，因此有关胚胎干细胞的临床试验在各国都受到一定限制，目前研究仅限于动物模型［8］。

2. 骨髓间充质干细胞：骨髓间充质干细胞存在于骨髓基质中，可在体外培养，并诱导分化成骨骼、肌肉、脂肪等多种细胞类型。骨髓间充质干细胞相对获取容易，可自我更 新、增殖，是目前研究最多、最为深入的间充质干细胞。利用自体骨髓间充质干细胞移植，既可减轻同种异体移植治疗

中的排斥反应，亦可避免遗传和伦理问题［9］。Leistner等［10］

将55例急性心肌梗死患者的自体骨髓间充质干细胞在体外扩增培养后用于血管重建治疗，1周内经冠状动脉血管注射，随访5年后无一例患者因心力衰竭再次入院治疗，且未发现任何心肌钙化或者肿瘤形成情况。患者射血分数从 （46±10）%提高到（57±10）%，心肌梗死面积较治疗前明显减小［（13.2±9.6）ml vs（39.5±31.2）ml］，血清N末端脑钠肽前体水平相对于干细胞治疗前明显降低，但左室舒张末期容积比治疗前增加。

3. 脐带间充质干细胞：脐带间充质干细胞来源于胎儿脐带内的胶状物质，具有部分人胚胎干细胞和成体干细胞的特性。相比骨髓间充质干细胞，脐带间充质干细胞自我更新速度快且免疫原性低，不会导致肿瘤发生及畸胎瘤形成［11］。脐带间充质干细胞能够分泌血管生成因子，促进新生血管形成，并分化成内皮细胞，进而促进缺血心肌组织修复［12］。在Gao等［13］的研究中，116名急性心肌梗死患者接受经冠状动脉血管注射脐带间充质干细胞治疗4个月后，经正电子发射体层仪、单光子发射计算机体层仪检查，结果显示脐带间充质干细胞治疗组心肌存活面积及心肌灌注情况均较对照组好转，18个月后心功能检测结果显示治疗组射血分数提高7.8%，而对照组仅提高2.8%。此研究结果显示经冠状动脉注射脐带间充质干细胞治疗急性心肌梗死相对安全，且有助于进一步改善心功能。

4. 脂肪间充质干细胞：脂肪间充质干细胞是一种存在于脂肪组织中的成体干细胞，于2002年首次由Zuk从分离的脂肪组织中培养而来，在合适的诱导条件下，也可定向分化成骨细胞、软骨细胞、神经细胞、干细胞等［14］。脂肪组织来源丰富，取材方便，较少引起医学伦理方面的争议。已有临床试验证实在治疗慢性缺血性心肌病方面，脂肪间充质干细胞能改善缺血心肌的血流灌注，在一定程度上提高心肌收缩功能［15］。至于脂肪间充质干细胞能否有效减小急性心肌梗死后的梗死面积，Kesten等正在开展临床试验项目进一步研究。

三、干细胞“归巢”及注射途径

干细胞“归巢”是指在多种因素的作用下，干细胞定向趋化，穿过血管内皮细胞间隙到达靶向组织的过程。干细胞注射后能到达并且停留在心肌组织的数量直接影响临床治疗效果。研究表明，无论是动物实验还是临床试验，干细胞注射24 h后由于冠状动脉血管循环系统的过滤或者心肌局部注射的溢出［16］，能停留在心肌组织的细胞不超过10%，4周后仅能检测到约1%［17-18］。同时，缺血心肌组织因存在大量炎性因子浸润、缺氧、代谢物积聚、巨噬细胞吞噬作用，以及收缩期心室压力增高等不利因素，导致移植细胞不能在受损部位有效存活，均不利于移植干细胞的存活。因此，如何提高干细胞“归巢”率及移植细胞的存活率显得尤为重要。 除了增加注射细胞的安全剂量之外，给移植细胞转染抗凋亡基因，如AKT、Bcl-2［19］，以及在心肌损伤部位表达黏附蛋白［16］等方法均可增加停留在缺血心肌上的细胞数量及停留时间，从而更好促进损伤心肌的修复。

临床试验采取的干细胞注射方式主要有3种：心肌直接注射、经冠状动脉血管注射及体循环静脉注射。心肌直接注射可在患者心脏手术时进行，或者经心导管从心室面注入缺血交界处的心肌；如在体外成像辅助设备精确定位目标心肌的条件下进行注射，不仅能够有效增加在缺血心肌上停留的干细胞数量，还可提高操作的安全性。心肌直接注射的缺点是操作难度较高，操作不当可穿透心肌［20］。经冠状动脉血管注射是目前运用最普遍、安全有效的注射途径。此方法对心肌创伤性较小，操作难度较低，在正常冠状动脉血管造影条件下即可完成；不足之处是部分干细胞可通过冠状动脉循环丢失，且超过剂量的细胞注射可引起冠状动脉血管堵塞，造成再次心肌梗死［21］。少数临床研究采取了体循环静脉注射方式，此方法虽然简便，但是注入后大部分细胞都滞留在肺毛细微循环系统，能到达心肌组织的数量十分有限［21］。

四、临床治疗的有效性

采用干细胞治疗缺血性心肌疾病的临床研究目前大部分停留在第二阶段，大样本的第三阶段临床试验十分缺乏。由于各个临床试验采用不同来源的干细胞，针对不同类型的目标治疗人群，采用不同的评估方法，导致其临床治疗效果不尽相同。Gyöngyösi等［22］的荟萃分析涉及应用不同来源的干细胞治疗急性心肌梗死，结果表明干细胞治疗对于提高心肌收缩力、改善心室重构及临床预后均无明显影响。随访时间的长短也能影响观察结果，数个临床试验在随访跟踪1年后发现，干细胞移植对急性心肌梗死和慢性心力衰竭患者的心功能有轻度改善效果，治疗组患者的射血分数与对照组比较提高了4%~6%，并且干细胞移植抑制了早期心室重构，可以降低再次心肌梗死事件的发生率［23-25］。 Lee等［26］系统性回顾了近年来骨髓间充质干细胞移植应用

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于急性心肌梗死的治疗状况，研究表明在心肌梗死后细胞移植6个月内，心功能无明显提高或仅有轻度提高，但是移植3年后病死率出现下降趋势，移植5年后病死率与对照组比较有明显降低，死亡风险约降低5%。长期随访的证据显示，骨髓间充质干细胞治疗能降低慢性缺血性心肌病患者的全因死亡风险，提高左室射血分数。在改善生活质量方面，该治疗有助于提高美国纽约心脏协会（NYHA）心功能分级［27］。

除此之外，干细胞的注射方法、时间和剂量均可成为影响临床治疗效果的关键因素。Traverse等［28］研究表明，急性心肌梗死再灌注治疗后第4~7天内，干细胞移植的治疗效果最佳；如急性心肌梗死血运重建后立即经冠状动脉注射干细胞可造成心肌微循环栓塞及功能失代偿，加重心肌微环境的炎症反应，进而影响移植细胞的存活。干细胞一次性注射剂量＜107相对合适，1周内移植超过107的细胞剂量仅有轻微的心功能改善，而超过1周后并移植＞10

7

的细胞剂量可对改善心功能产生反作用［29］。总之，目前进行的临床试验结果显示干细胞移植治疗缺血性心肌病有一定积极意义，但由于试验标准尚未统一，所获取的试验结果存在一定争议性，仍需开展更多标准化的临床试验以及延长观察周期以进一步明确治疗意义。

五、安全性

目前在干细胞治疗缺血性心肌病的临床试验阶段尚未见到严重安全事故的报道，涉及的安全性问题主要包括：异体干细胞移植的免疫排斥反应、移植后促肿瘤形成、经冠状动脉血管注入干细胞导致的急性栓塞、心律失常，以及急性心力衰竭等。Marban实验室将大鼠心肌干细胞进行异体移植，发现移植的心肌干细胞具有低免疫原性，未能诱发免疫反应

［30］

。在至今已开展的临床试验，包括已进

行的长达5年随访的TOPCARE-AMI试验［10，31］，均未出现干细胞移植导致的免疫排斥或者与移植相关的肿瘤发生，其中原因可能与间充质干细胞缺乏主要组织相容性复合物、T细胞识别受体以及通过旁分泌途径逃避淋巴细胞的破坏有关［32］。毛细血管直径约8~10 μm，经冠状动脉注射的干细胞直径＞22~25 μm时可能有阻塞心肌微血管及阻碍血流正常流动的风险［28］。部分报道显示因手术者操作不当可诱发急性心包压塞；干细胞悬液输注速度过快可引起冠状动脉亚急性栓塞所致再次心肌梗死。一过性心律失常、胸闷等轻度不良反应较常见，但均不影响长期治疗效果及生活质量。

六、总结

目前临床试验表明干细胞移植对缺血性心肌病的心功能有一定程度的改善，但要真正落实到临床治疗方案，仍然需解决很多问题。现阶段进行临床试验大部分停留在第二阶段，第三、四阶段的临床试验需要逐渐完善，充分扩大试验样本量以证实干细胞移植对临床治疗的有效性。心肌

干细胞的来源、应用可能涉及到医学伦理、道德和相关法 律等问题，如何合法、合规运用仍需进一步商讨。究竟何种 类型干细胞用于心肌疾病的治疗效果更佳，以及注射剂量、时间、给药途径等相关细节尚未得到一致认可，有待更多研究进一步探讨。虽然尚未发现干细胞移植会造成肿瘤形成、免疫排斥反应等安全性问题，但仍存在移植后发生室性心动过速、局部微血管堵塞等不良反应，以及导致其他相关疾病发生的潜在可能，后续还需要进一步明确。总之，干细胞移植作为一项新兴的治疗技术，在缺血性心肌病方面具有广阔的应用前景，但同时也面临着严峻的考验。

参　考　文　献

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（收稿日期：2018-01-27）

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（本文编辑：雍伟哲）

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