心血管

干细胞移植发展现状

作者:首都医科大学附属北京安贞医院 周玉杰 来源:金宝搏网站登录技巧 日期:2011-03-08
导读

         干细胞移植治疗心脏病作为一种新的手段,前景是光明的,但是目前的研究结果尚不足以支持临床应用,还存在很多的疑问和难题噬待解决,一定要谨慎视之。

  冠心病是目前危害人类健康的主要疾病之一。目前冠心病的治疗手段包括药物治疗、经皮冠状动脉介入治疗和冠状动脉搭桥。尽管上述手段近年来均取得了巨大的进步,但仍仅限于恢复血流灌注和挽救缺血心肌。存活心肌数量减少是左心室重构、心力衰竭和死亡的重要原因,然而对于坏死心肌细胞的修复,目前仍无有效策略。

  20世纪90年代出现的心肌干细胞移植给冠心病的治疗带来了新曙光。目前国际上对干细胞的临床应用研究非常多,目前在临床注册网站上注册的干细胞移植治疗疾病研究已近2300项,其中关于心肌梗死和心力衰竭的临床试验达160多项。

  干细胞是一族具有自我复制和多向分化能力的细胞。己有许多临床前期试验表明干细胞移植能通过修复或再生受损心肌、增强血管新生和与宿主心肌细胞发生整合等作用机制,提高梗死心脏的功能。目前,用于尝试治疗心肌缺血的干细胞大致分为两大类:胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞主要包括胚胎心肌或胚胎干细胞;成体干细胞则包括骨骼肌干细胞、骨髓干细胞和周围血干细胞等。由于胚胎干细胞目前仍受到伦理学的限制,因此目前临床试验中的种子细胞主要为成体干细胞。

  干细胞移植的临床益处

  2002年,Strauer BE等首次在心肌梗死患者中对单个核骨髓干细胞(BMC)经冠状动脉注射进行了评价。研究在10例急性心肌梗死患者发病5~9天后于梗死相关血管内注射BMC,另外10例患者作为对照。3个月后显示,BMC移植组患者心功能和心肌灌注比对照组均有明显改善,这提示BMC可能有心肌细胞再生和血管再生的潜能[1]

  随后大量研究也证实了Strauer BE的研究结果,显示BMC移植在改善心功能、心室重构和心肌灌注方面的益处[2,3]。2004年,韩国MAGIC研究显示,采用粒细胞刺激因子动员的外周血干细胞注射同样可使心肌梗死患者获益[4]。2006年,Assmus B等进行的一项前瞻性随机交叉研究显示,在陈旧性心肌梗死患者中,骨髓造血祖细胞冠脉内注射可改善局部和整体心肌的收缩功能[5]。干细胞移植的光明前景使其迅速成为心血管领域研究的热点。然而,上述研究样本均偏小,最大者亦不超过100例,说服力明显不足。干细胞的临床有效性和安全性仍有待大样本研究的证实。

  干细胞移植获益的可能机制

  1、转化为心肌细胞

  早期研究认为,干细胞可分化为有功能的心肌细胞。Markino、Orlic D等均报道,移植的干细胞在心肌局部可表达心肌细胞的特异转录因子以及心肌细胞的特异性蛋白,且移植细胞与心肌细胞之间有连接蛋白Conexin43的表达[6,7]。之后陆续有几项研究同样发现移植的干细胞可以分化为心肌细胞。然而,近期有多项研究对干细胞分化为心肌细胞的能力提出质疑。有研究认为,干细胞移植到心肌局部后,表达心肌细胞特异性蛋白是由于干细胞与宿主心肌细胞发生融合的结果。

  2、促进血管生成功能

  许多临床研究都显示,干细胞移植可改善心肌灌注。动物实验也显示,干细胞移植可增加梗死区的血管密度。干细胞可分化为血管内皮细胞和平滑肌细胞,并可分泌血管内皮生长因子(VEGF),这些机制可共同促进新生血管的生成。

  3、旁分泌功能

  干细胞除多项分化潜能外,还可分泌包括血管内皮生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF)等多种活性因子。这些活性因子可起到营养心肌细胞、减少心肌细胞凋亡以及促进新生血管生成等功能。有学者认为,干细胞转化为心肌细胞和心肌细胞融合的比例都非常低,其旁分泌功能可能才是改善心功能的主要机制。

  干细胞移植目前存在的问题:

  尽管干细胞移植显示了很好的治疗前景,但是目前仍处于临床前期研究阶段,除了对其有效性进一步考证外,其安全性以及移植细胞的选择、移植途径、移植时机等方面还存在很多未解的问题,仍须深入研究。

  1、安全性问题

  冠心病移植的不良反应包括移植后的心律失常、移植后的支架内再狭窄、移植中的微循环栓塞、心脏肿瘤、外周血干细胞动员、分离及回输时的反应等。这些不良反应与移植细胞种类及移植途径相关。细胞移植引发的心律失常多见于骨骼肌干细胞移植[8],且多由心内膜或心外膜注射引起。经静脉移植途径由于移植的细胞弥散于全身器官,导致心肌内能归巢的干细胞数量极少,而且移植的细胞易于造成其他器官的微循环栓塞。

  另外,由于移植的干细胞具有多向分化潜能,因此有报道移植后发生心脏肿瘤。对于自体干细胞移植需进行骨髓或外周血干细胞的动员、分离及回输,此过程中会出现骨痛、低血压、心律失常等不良反应。由于目前的研究规模偏小,因此不良反应或其他安全性问题少有致死性的报道。因此尚需要进一步的研究评价干细胞移植的安全性及对策。

  2、移植细胞的种类和数量问题

  目前用于研究的可移植细胞种类很多,但是均存在一定的困难和问题。如自体心肌细胞、骨骼肌来源的细胞、周围血干细胞、骨髓干细胞,其细胞的采集、分离、体外培养等技术过于繁琐、难度大,不适于应用。来源于胚胎的干细胞移植,由于伦理学的限制已不再用于临床研究。脐带血来源的干细胞,因组织来源比较广泛,不存在伦理学争议,易于工业化制备,广泛受到关注,尤其间充质干细胞已在美国以孤儿药方式核准一种干细胞治疗(商品名Prochymal; 奥西里斯治疗公司),用于新诊断为1型188bet在线平台网址 的患者,这种细胞在心脏疾病的治疗也有很好的应用前景。

  研究者不断探索研究多种组织来源的干细胞。Okada[9]等将从人骨骼肌分离的肌内皮细胞注入小鼠心脏梗死区,结果显示在梗死区形成稳定的移植物,增加了血管再生,减少瘢痕组织形成。研究者认为,骨骼肌来源的肌内皮细胞是一种新的可以用于移植修复心肌的细胞。Bel[10]等将胚胎来源的心肌祖细胞与脂肪组织来源的基质细胞组装成移植细胞片,并移植于罗猴梗死心肌部位,结果显示更加安全有效。

  目前移植所需要的细胞数量也无统一标准,数量太少,可能疗效差,但数量太多,则有可能引起细胞栓塞、沉着及增生,甚至形成肿瘤等。大多动物实验和临床研究使用的干细胞数介于105-108之间,但移植细胞数到底多少最佳以及不同类型细胞需要的细胞数是否不同也无结论,是否还存在物种和个体之间的差异,是否应根据心肌坏死程度不同进行个体化移植等问题还需进行深入研究。

  3、移植的时机问题

  移植的时间会影响到疗效。一般认为心肌梗死早期,移植的细胞过多参与到局部炎症反应,而较少分化为心肌及生成血管;心梗晚期,由于瘢痕组织及局部血管再生等,不利于移植细胞从血管内移出并归巢;心梗后3~7天,坏死组织周围细胞因子比较丰富,利于移植细胞的归巢及分化。

  Kang[11]的研究显示,外周血干细胞移植显著改善急性心肌梗死后的左室功能及心室重构,而对于陈旧心肌梗死患者的改善却不明显。移植时间要求限制了可移植细胞种类,对于移植最佳时机以及是否与移植细胞种类相关等问题仍需进一步研究。

  4、移植途径及诱导归巢、分化问题

  常用的移植途径有经静脉移植、经导管冠脉内移植、开胸心外膜移植及心内膜移植等。目前在人体常用的移植途径是经导管冠脉内移植,但是如何诱导移植的细胞穿过血管到达心肌组织,并在归巢处诱导分化并发挥作用仍是不解的难题。另外,不同的移植途径的安全性、所需的细胞数量及诱导方法也存在差异。这些都是研究所要解决的问题。

  总之,干细胞移植治疗心脏病作为一种新的手段,前景是光明的,但是目前的研究结果尚不足以支持临床应用,还存在很多的疑问和难题噬待解决,一定要谨慎视之。

  参考文献

  1. Strauer BE, Brehm M, Zeus T, et al., Repair of infarcted myocardium by autologous intracoronary mononuclear bone marrow cell transplantation in humans, Circulation. 2002, 106:1913–1918.
  2. Assmus B, Schächinger V, Teupe C, et al., Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction (TOPCARE-AMI), Circulation. 2002,106: 3009–3017.
  3. Tse HF, Kwong YL, Chan JKF, et al. Angiogenesis in ischaemic myocardium by intramyocardial autologous bone marrow mononuclear cell implantation, Lancet  2003. 361: 47–49.
  4. Kang HJ, Kim HS, Zhang SY, et al. Effects of intracoronary infusion of peripheral blood stem-cells mobilised with granulocyte-colony stimulating factor on left ventricular systolic function and restenosis after coronary stenting in myocardial infarction: the MAGIC cell randomised clinical trial. Lancet. 2004;363:751-6.
  5. Assmus B, Honold J, Schächinger V, et al. Transcoronary transplantation of progenitor cells after myocardial infarction. N Engl J Med. 2006;355:1222-32.
  6. Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, et al. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Nature. 2001;410:701-5.
  7. Makino S, Fukuda K, Miyoshi S, et al. Cardiomyocytes can be generated from marrow stromal cells in vitro. J Clin invest. 1999;103:697-705.
  8. Abraham, M.R., C.A. Henrikson, L. Tung, et al. Antiarrhythmic engineering of skeletal myoblasts for cardiac transplantation. Circ Res, 2005; 97(2): 159-67.
  9. Okada, M., T.R. Payne, B. Zheng, et al. Myogenic endothelial cells purified from human skeletal muscle improve cardiac function after transplantation into infarcted myocardium. J Am Coll Cardiol, 2008; 52(23): 1869-80.
  10. Bel, A., V. Planat-Bernard, A. Saito, et al. Composite cell sheets: a further step toward safe and effective myocardial regeneration by cardiac progenitors derived from embryonic stem cells. Circulation; 122(11 Suppl): S118-23.
  11. Kang, H.J., H.Y. Lee, S.H. Na, et al. Differential effect of intracoronary infusion of mobilized peripheral blood stem cells by granulocyte colony-stimulating factor on left ventricular function and remodeling in patients with acute myocardial infarction versus old myocardial infarction: the MAGIC Cell-3-DES randomized, controlled trial. Circulation, 2006; 114(1 Suppl): I145-51.
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