细胞性心肌成形术-种子细胞的选择

liuhtsmmu

对于心脏疾病尤其是心肌梗塞和心力衰竭来说，细胞移植是一种新的治疗策略。近来提出的“细胞性心肌成形术”，使用了包括胚胎或新生心肌细胞、骨骼肌成肌细胞、平滑肌细胞、胚胎干细胞、成体干细胞等在内的多种类型的细胞进行心脏细胞移植，其中一些细胞在移植后可以存活并与宿主心肌整合，能改善心脏功能。动物实验已经显示了细胞移植替代丧失的心肌细胞的可行性。目前的研究认为人的心肌细胞虽然具有一定的增殖能力，但受损或丧失的心肌细胞主要由纤维瘢痕组织替代，因此细胞性心肌成形术对于人类也可能会成为一种有应用前景的治疗选择。
      1.胚胎心肌细胞
      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了明确的闰盘联系，说明胚胎心肌细胞移植后，能在宿主心脏内存活并分化成熟，替代丧失的心肌细胞，提高心梗后心室功能。最近Roell等将绿色荧光蛋白（GFP）标记的胚胎心肌细胞移植到2月龄的雄性小鼠心梗区室壁内，形态学观察有细胞间接触的形成。电生理实验表明，移植后的胚胎心肌细胞能产生时间依赖性的心室动作电位并保持完整的β-肾上腺素调节功能。Roell等的实验表明小鼠胚胎心肌细胞植入小鼠心脏后可表现出加速的分化能力和完整的细胞兴奋性，提高心功能。胚胎心肌细胞移植初见成效，但细胞来源有限，使用中面临免疫排斥和应用免疫抑制剂等问题，同时还牵涉到伦理道德、法律等问题，其临床应用有一定的局限性。
      2.自体心肌细胞
      动物实验初步表明健康的自体心肌细胞植入心脏同样可成功地在心脏组织中存活和增殖。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周后发现这些细胞可存活并较对照组心功能明显改善。自体心肌细胞移植不存在免疫抑制问题，具有潜在的临床应用价值，但在人类，自体心肌细胞不易获取，体外培养尚处于实验初期阶段，要应用于临床，尚需更深入的研究。
      3.骨骼肌细胞及星状细胞
      骨骼肌与心肌同为肌肉组织，骨骼肌细胞移植可以增加收缩组织。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。Chiu等从犬骨骼肌中分离出星状细胞并培养，植入冷损伤的自体犬心脏中后发现这些细胞可以分化成心肌样的细胞，细胞与邻近细胞通过类似缝隙连接样的结构形成耦联。Rajnoch等将含有星状细胞的绵羊骨骼肌细胞种植到预先用蛇心脏毒素介导的心脏透壁损伤区，2个月后发现骨骼肌细胞在损伤区外周存活，左室功能较对照组有明显改善。钟竑等的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。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，且其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。
      4.骨骼肌成肌细胞
      成肌细胞是骨骼肌的前体细胞。Atkins等的实验发现成肌细胞移植后能改善心脏舒张顺应性。Taylor等的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模型行成肌细胞自体移植，结果发现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作了比较，发现成肌细胞单独种植后损伤的心肌区域的收缩性能有改善，单独移植纤维母细胞后心肌收缩性能有所下降。Ghostine等对成肌细胞移植后的长期效果进行了研究，发现移植成肌细胞后，心脏射血分数的降低明显减缓，疤痕区收缩功能增强，1年后仍可见疤痕区肌管聚焦、成肌细胞存活。对局部心脏结构和功能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细胞移植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。
      5.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，发现平滑肌细胞能在疤痕区域存活，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。但成熟个体的平滑肌细胞疤痕区种植效果尚未证实，有待进一步的研究。
      6.成纤维细胞
      心脏中除心肌细胞外，还含有大量成纤维细胞。MyoD基因家族包括MyoD、 Myogenin、myf-5等，可诱导非肌性细胞向肌性细胞转化。基于心肌和骨骼肌具有相同的收缩装置，使心肌间质细胞（主要为成纤维细胞）转变为具有潜在功能的类骨骼肌细胞，可能成为临床治疗心衰的另一种辅助方法。Etzion等利用外源性MyoD导入原代培养的大鼠心脏成纤维细胞，结果转染MyoD后心脏成纤维细胞肌球蛋白重链（MHC）表达。将体外转染MyoD基因后形成的肌源性细胞种植到梗塞心肌区，1个月后梗塞区即有成群的由成纤维细胞转化而来的肌源性细胞分布，其中一些细胞连接蛋白43（connexin43）阳性染色提示细胞间闰盘的存在。所以利用MyoD基因使成纤维细胞转化为肌源性细胞的能力，在体外产生大量肌源性细胞，为细胞性心肌塑形提供种子细胞是可能的。
      7.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。尽管胚胎干细胞增殖分化能力很强，但与胚胎心肌细胞类似，同样面临着供体来源有限、免疫排斥反应、伦理道德、宗教、法律等问题。
      8.成体干细胞（成熟组织源性干细胞）
      机体的组织器官中存在成体干细胞。目前发现的成体干细胞有造血干细胞、肝脏干细胞、间质干细胞、皮肤表皮干细胞、视网膜干细胞等，但还未从心脏中分离出心肌干细胞。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发现，荧光原位杂交证明在这些心肌细胞中出现了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了肝脏干细胞在宿主体内已分化出了心肌细胞。
在成体干细胞中，间质干细胞因具有多向分化潜能而日渐成为生物学界和医学界研究的热点。目前的研究已经初步证明间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。间质干细胞的优点在于可以自体采集；来源充足，不仅在骨髓中含量丰富可反复穿刺获得，而且最近发现从兔脂肪组织中分离出的成体间质干细胞同样可以转化为心肌细胞；细胞培养条件相对不高，移植前可以在体外培养增殖，自体细胞移植时不需免疫抑制治疗。Wang等的实验研究同样证明了这些优点。
      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，这就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等的研究发现体外培养的骨髓间质干细胞经5－氮胞苷处理后可以诱导分化为心肌样细胞，体内种植后能在疤痕组织中存活并介导血管生成，改善心肌功能。Toma等从成人髂嵴中抽得骨髓，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病的CB17成年小鼠心肌中，1个星期以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，形态学观察发现这些细胞类似于周围的宿主心肌细胞。
      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。2001年8月，德国Heinrich-Heine大学医院宣布成人骨髓干细胞移植治疗1例急性前壁心肌梗塞的46岁男性病人获得成功。可以看出，源于非胚胎干细胞的成体干细胞有良好的应用前景。
      9.内皮祖细胞
      2001年意大利学者Condorelli等提出了“转分化（trans-differentiation）”的概念，他们在实验中发现，从胚胎血管中新分离出来的内皮细胞或者已经建立的培养的同系细胞，当与新生大鼠的心肌细胞共培养或者注射到心梗后成年小鼠心脏中时，能分化为跳动的心肌细胞并且表达心肌标记物。在相似的实验条件下，人的脐静脉内皮细胞也能分化为心肌细胞并且能够短暂地共同表达冯•威利布兰德因子（Willebrand factor）和肌小节肌浆球蛋白。最近Badorff等的实验结果进一步证明了内皮祖细胞可以转分化为心肌细胞。
      小结与展望
      细胞性心肌成形术通过细胞移植修复心肌损伤，替代丧失的心肌细胞。从动物实验中获得的资料表明细胞性心肌成形术对于心肌再生是可能的，同时移植的细胞可以作为基因治疗的载体，因此细胞移植为心肌再生开辟了新的思路。但应该看到还有许多问题值得研究，要将细胞移植用于临床还有许多工作要做。比如分化出来的心肌细胞或类心肌细胞与正常心肌细胞相比是否具有同样的生物学功能，分化后的细胞是否易引起心律失常，移植细胞和宿主心肌细胞能否实现结构和功能的完美整合，植入的干细胞是否具有致瘤性，细胞移植的长期效果如何等问题需要阐明。随着研究的深入，相信细胞性心肌成形术有效治疗人类心力衰竭的梦想有望变为现实。

robertchrs

小R不懂医学、生物学，不敢发表言论，希望兄台在这里能找到知音~~祝您在这里过的愉快。

liuhtsmmu

呵呵，版主谦虚了。我呢，看到妙笔生花板块中生命科学原创气氛不热烈，所以来抛砖引玉，只希望这里吸引更多人气，让园地和该板块更加兴旺。

robertchrs

希望您的激情能融化这“实用至上”的社会现状~~
感谢兄台对偶的支持。

liuhtsmmu

现在中国的学术气氛不对，虽然科技人员很多，每年国家也投入不少财力和人力进行科技研究和创新，但大多数成果不能转化为实际生产力，说得白一点就是现在中国多数人浮躁得很，研究成果很多造假，这不是诋毁我们的科技成绩，而是我也作为一个科技人员深有感触。前不久影响较大的上海交大"汉芯一号"造假案、同济大学生命科学院院长杨杰履历造假等事件的曝光，只是中国科技界不正常现象的冰山一角，由此就不难理解中国为何没有本土的诺贝尔奖获得者了。所以真的很让人痛心，好在现在国家已认识到这些现象，也加大了检查和处罚力度，相信以后会好起来。由此，真诚希望读书园地给更多求知者提供丰富的读书资源，创造热烈的学术氛围，不仅有利于园地的发展，对中国科技的进步和人员素质的提高都将大有裨益，这也将成为读书园地不同于其它论坛的长久生存之道。
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robertchrs

引用第4楼liuhtsmmu于2006-09-16 21:30发表的“”:
现在中国的学术气氛不对，虽然科技人员很多，每年国家也投入不少财力和人力进行科技研究和创新，但大多数成果不能转化为实际生产力，说得白一点就是现在中国多数人浮躁得很，研究成果很多造假，这不是诋毁我们的科技成绩，而是我也作为一个科技人员深有感触。前不久影响较大的上海交大"汉芯一号"造假案、同济大学生命科学院院长杨杰履历造假等事件的曝光，只是中国科技界不正常现象的冰山一角，由此就不难理解中国为何没有本土的诺贝尔奖获得者了。所以真的很让人痛心，好在现在国家已认识到这些现象，也加大了检查和处罚力度，相信以后会好起来。由此，真诚希望读书园地给更多求知者提供丰富的读书资源，创造热烈的学术氛围，不仅有利于园地的发展，对中国科技的进步和人员素质的提高都将大有裨益，这也将成为读书园地不同于其它论坛的长久生存之道。
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感激涕零~~~