细胞移植治疗心肌损伤种子细胞的选择

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心血管疾病如冠心病、风心病、心肌病等，已成为严重威胁人类健康的主要疾病。这些疾病若得不到有效治疗会演变为心肌损伤，导致正常心肌细胞数量减少，而目前研究认为成人心肌细胞缺乏增殖分化能力，因此受损的心肌细胞主要由纤维瘢痕组织替代，未受损的心肌细胞以肥大方式部分代偿失去的心肌功能，导致心脏舒缩功能障碍，最终将发展成充血性心力衰竭，病死率高。尽管心脏移植治疗终末期心力衰竭是金标准，但供体的不足及免疫排斥反应等限制了其临床广泛应用。细胞移植治疗心肌损伤成为最近研究的热点，国内外许多实验研究成果业已表明细胞移植治疗心肌损伤是可行的。
   1.心肌细胞
   在鼠和其他动物中进行的实验初步表明健康的自体心肌细胞植入心脏可成功地在心脏组织中存活和增殖，表明这种移植具有可行性。Sakai等用大鼠的左心耳心肌细胞体外扩增后种植于瘢痕区，5周后这些细胞仍存活，移植组较对照组心功能得到明显改善。自体心肌细胞移植无免疫抑制及伦理等问题，给心肌损伤治疗带来希望，具有潜在的临床应用价值，但对人类而言自体心肌细胞不易获取，成熟心肌细胞体外培养尚处于实验摸索阶段，要应用于临床，还需更多的研究。
   动物实验初步证实胚胎心肌细胞移植后可在宿主心脏内存活，可明显提高心梗后心室功能。Soonpaa等将小鼠的胚胎心肌细胞移植至心梗区，发现移植的细胞存活并完全分化成熟，与邻近的宿主心肌细胞产生明确的闰盘联系。Roell等的实验表明小鼠胚胎心肌细胞植入小鼠心脏后表现出加速分化能力和完整的细胞兴奋性。胚胎心肌细胞移植初见成效，但细胞来源有限，还面临免疫排斥、伦理道德、法律等问题，因此临床应用受到极大限制。
   2.骨骼肌星状细胞和成肌细胞
   骨骼肌星状细胞为单核成肌干细胞，位于骨骼肌纤维表面、基底膜和肌内膜下，具有潜在的再生分化能力。Rajnoch等将绵羊的骨骼肌星状细胞种植到预先用蛇心脏毒素诱导的心脏透壁损伤区，2个月后发现星状细胞在损伤区外周存活，左室功能较对照组有明显改善。钟竑等实验研究表明骨骼肌星状细胞移植入梗死心肌后可使残存心肌细胞肥大，有利于心肌收缩力的恢复。Menasche等将骨骼肌星状细胞移植与冠脉架桥术结合应用于临床，取得了满意的效果。自体骨骼肌星状细胞来源丰富，移植后不存在免疫排斥问题，且较心肌细胞耐受缺血性能强，故是比较理想的移植细胞类型。
   成肌细胞是骨骼肌的前体细胞，也是目前广受关注的细胞。Atkins等研究证实成肌细胞移植后能改善心脏舒张顺应性。Taylor等研究发现成肌细胞植入心梗区后，能被诱导分化为“心肌样”细胞，与宿主心肌细胞以闰盘形式形成功能耦联，移植物可取代心肌梗死疤痕面积的75％。周菲等对大鼠的心梗区移植自体成肌细胞，结果移植后的成肌细胞可在宿主体内生长、增殖，并可在一定程度上改善心梗后大鼠的心功能。Hutcheson等对成肌细胞和纤维母细胞在兔心脏中种植的结果做比较，发现成肌细胞单独种植后可改善心肌损伤区的收缩性能，单独移植纤维母细胞心肌收缩性能下降。骨骼肌成肌细胞移植治疗心肌损伤有一定的优越性，在“环境影响分化”原理下，处于心脏微环境中的成肌细胞趋向于向心肌细胞分化，可望有助于人类心肌损伤的治疗。但成肌细胞提取培养过程复杂，获取细胞数目低下，限制了其应用，但最新研究发现，骨骼肌的单根肌纤维也可以作为治疗心肌损伤的选择，因为单根肌纤维基膜下存在着骨骼肌成肌细胞。
   3.平滑肌细胞
   Li等将大鼠胚胎平滑肌细胞植入大鼠心肌梗死区，发现平滑肌细胞在疤痕区存活，刺激血管生成，限制室壁的被动扩张，各项心功能指标优于对照组。平滑肌细胞易于获取和培养，有望成为自体细胞移植的重要来源。但成熟平滑肌细胞在疤痕区种植的效果尚未证实，有待进一步的研究。
   4.胚胎干细胞
   胚胎干细胞是指由胚胎内细胞团或原始生殖脊细胞分离出来的多潜能细胞系。胚胎干细胞的形态结构与早期胚胎细胞相似，具有可在体外无限扩增并保持未分化状态的能力。胚胎干细胞具有多向分化潜能，能够被诱导分化为机体的多种类型的细胞。已经有研究显示胚胎干细胞移植后可以在体内分化为心肌细胞并且形成稳定的心脏内种植物。以色列兰巴姆医学中心的科学家首次从胚胎干细胞中培育出人类心脏组织，据该研究小组称，他们培育出的心脏组织“可以自然跳动，并具有新生心脏组织的电特性和机械特性”。尽管胚胎干细胞增殖分化能力强，但与胚胎心肌细胞类似，同样面临着供体来源有限、免疫排斥、伦理道德、宗教、法律等问题，应用前景不被看好。
   5.成体干细胞（成熟组织源性干细胞）
   成体干细胞存在于机体的各种组织器官中，目前发现的成体干细胞有造血干细胞、神经干细胞、肝脏干细胞、骨髓间质干细胞、骨骼肌星状细胞、皮肤表皮干细胞、肠上皮干细胞、视网膜干细胞等。成体干细胞在正常情况下大多处于休眠状态，在病理状态或外因诱导下可以表现出不同程度的再生和分化能力。成体干细胞一般情况下分化为与其来源一致的细胞，但许多的动物实验发现，一些以前认为仅能发育为某一特定细胞的成体干细胞，在某些情况下也可分化为其他类型的特定细胞。如Malouf等把成年雄性大鼠的肝脏干细胞移植到雌性个体心肌，6周后所携带的β－半乳糖苷酶基因在宿主左心室心肌细胞中被发现，荧光原位杂交证明在心肌细胞中出现了Y染色体特异性DNA重复序列，免疫组织化学法利用心肌肌钙蛋白T-特异性抗体及细胞超微结构的观察都证明肝脏干细胞在宿主体内已分化出心肌细胞。还有研究表明注射到心梗区边缘的来自于骨髓的Kit+/Lin-祖细胞可分化为心肌细胞,改善心肌功能。
   在成体干细胞中，骨髓间质干细胞因具有多向分化潜能和取材方便等优点而日渐成为生物学界和医学界研究的热点。骨髓间质干细胞是骨髓中除造血干细胞以外还存在的来源于中胚层的未分化的间充质细胞（Mesenchymal cells）。目前研究已经证明间充质干细胞具有多向分化潜能，可以分化形成骨、软骨、脂肪、神经、肌肉等组织细胞。骨髓间质干细胞的优点在于可自体采集，来源充足，可通过骨髓穿刺反复获得，细胞培养条件相对不高，移植前可以在体外培养增殖，自体细胞移植时无需免疫抑制治疗。Wang等的实验研究进一步证实了这些优点。
   近年来的研究表明骨髓间质干细胞在一定条件下可诱导分化为心肌样细胞，使得用骨髓间质干细胞行细胞移植治疗心肌损伤成为可能。Shinji等研究发现体外培养的骨髓间质干细胞经5－氮胞苷处理后可分化为心肌样细胞，体内种植后在疤痕组织中存活并介导血管生成，改善心肌功能。Toma等从成人髂嵴中抽取骨髓，分离、纯化后获得的骨髓间质干细胞注射到有严重联合免疫缺陷的CB17成年小鼠心肌中，1周后存活的骨髓间质干细胞经免疫组化测定有肌质网肌凝蛋白重链、结蛋白、心脏肌钙蛋白T、α肌动蛋白等心肌特异蛋白表达，形态学观察证实这些细胞类似于周围的宿主心肌细胞。
   现在骨髓间质干细胞移植治疗缺血性心脏病正受到广泛关注。国外的研究表明，骨髓间质干细胞可以向心肌细胞转化，并与宿主心肌细胞形成闰盘连接，可以替代坏死或程序死亡的心肌细胞，增加心肌梗死区血供，延缓心梗后心室的重构。国内研究也获得了同样的结论。间质干细胞能够修复受损心肌，更有力的证据来自于Strauer等的临床试验，他们运用自体干细胞移植治疗1例心肌梗死患者获得成功。在患者发生大面积心肌梗死后第6天，研究者对其进行自体骨髓间质干细胞的移植，术后10周，患者心肌梗死区面积减少了1/3，心脏功能得到明显改善，表明植入的骨髓间质干细胞成功再造了被损害的心肌组织和血管组织。
   6.其它细胞
   Condorelli等发现从胚胎血管新分离出的内皮细胞或已建立的同源内皮细胞系，与新生鼠心肌细胞联合培养或移植于缺血心肌均可转分化为搏动的心肌细胞，并表达心肌的特异标志物。
   展望
   细胞移植治疗心肌损伤为有效治疗心血管疾病提供了新的思路和尝试，动物实验和少量的临床试验结果初步显示出这种治疗途径的可行性和有效性,但应该看到还有很多的问题需要解决。种子细胞众多，如何选出最适合类型的细胞，如何量化细胞使细胞接种后达到最佳量效比，成体干细胞如何准确分离、鉴别，如何准确调控体外增殖或体内生长，如何定向诱导分化，分化出的心肌细胞与正常心肌细胞是否具有同样生物学功能，移植后与宿主心肌细胞能否实现结构和功能的完整整合，植入的干细胞是否具有致瘤性等问题需要更多研究来阐明。随着研究的深入，相信这一系列问题会得到解决，细胞移植治疗心肌损伤有望获得更好的效果。