作者:徐标(医院)

人左心室大约包含了20亿-40亿个心肌细胞，随着人体的衰老，每年大约会丢失1g的心肌组织（约万个心肌细胞）。而一次心肌梗死在几小时内就可以丢失掉5亿-10亿个心肌细胞。此外，各种心脏疾病发展的终末阶段——心力衰竭也是以心肌细胞的丢失、残留心肌细胞的功能恶化为主要特征。因此促进心肌细胞的再生、恢复有功能的心肌细胞数量、从根本上修复损伤的心肌组织就成为亟待发展的治疗策略。

心肌细胞再生的证据

一般认为心肌细胞缺乏增殖分化能力，心肌梗死后心肌细胞不能再生而被疤痕组织替代，并逐渐发生心室重构及心力衰竭。但近年来研究发现人类以及其他哺乳动物的心脏在正常衰老及疾病过程中同样具有一定程度的再生能力。

两个研究直接地证实人类心肌细胞的更新潜能。Frisen等利用冷战时期核爆炸产生的大气中的14C整合到植物中被人类通过食物链摄取，而14C结合分裂细胞DNA的原理证实了成人心肌细胞具有自我更新的潜能。另一项由Kajstura等人对用胸腺嘧啶脱氧核苷类似物（IdU）治疗的肿瘤病人进行心脏解剖来研究DNA合成速率，发现这类病人的心肌细胞DNA合成显著增多。总之，这些研究都提供了强大的证据证实人类成体心脏核分裂的存在和可能的心肌细胞数目增殖，但是这是一个非常有限而缓慢的过程，并不足以在心肌梗死或心脏受到其它损伤时修复心脏使心脏功能恢复正常。因此，我们需要进一步地研究这一调控过程，以期获得最大的治疗作用。

干细胞和细胞治疗

动物实验证据可以通过扩增具有自我增殖和分化潜能的干细胞诱导组织再生、从而恢复损伤的心脏功能。目前常用的干细胞类型包括骨髓源性干细胞（BMSC）、间充质干细胞（MSC）、胚胎干细胞（ESC）等。

有多项临床研究证实BMSC移植可以有效地改善心脏功能。33项临床试验（入选例急性心肌梗死患者）的统计分析证实BMSC的移植可以改善左室射血分数。JeevananthamV等研究发现，骨髓细胞移植能改善慢性缺血性心肌病（IHD）患者左室功能、减少梗死面积和改善心肌重构，在长期随访中证实该获益持续存在。Delewi等人Meta分析发现，冠状动脉内注射骨髓单个核细胞可改善ST段抬高型心肌梗死患者的心功能。

MSC因其来源广泛（包括骨髓、脂肪组织和脐血等）而颇具优势。由于MSC分化为心肌细胞的效率非常低，故体内治疗作用的主要机制被认为是通过旁分泌作用、分泌多种促进梗死区细胞存活、生长和分化的细胞因子。另外，MSC具有免疫耐受性。因上述特点，MSC在异体移植方面具有重要地位。APOLLO试验是在14例急性ST段抬高型心肌梗死病人中研究冠脉内注射脂肪源性MSC（万个细胞）的安全性和可行性的研究。通过SPECT方法证实与安慰剂组比较，对LVEF有改善趋势，但未达统计学差异。目前更大规模的临床研究正在计划开展。

ESC移植治疗心肌梗死可以再生缺血区域的心肌、改善左室功能。但是真正分化为心肌细胞并具有良好的收缩能力的细胞数量有限，并存在伦理方面的问题。此外，ESC还可能会引起畸胎瘤和免疫排斥反应。鉴于上述原因，目前还没有开展用ESC治疗人心脏病的临床研究。

成肌细胞可以再生肌肉组织，可以有效地对抗缺血，在体内可以分化成肌管。所以，成肌细胞被认为可以作为细胞疗法促进心肌再生。一些使用成肌细胞的研究也已证实可以改善左室功能。尽管有一些有益的结果，但移植的成肌细胞并不能有效地分化为心肌细胞。另外，MAGIC试验报道移植到缺血性心脏病患者体内的成肌细胞会引起严重的副作用，如各种心律失常。

年，Yamanaka等用逆转录的方式从体细胞诱导产生了多能干细胞（iPSC）。因为没有伦理学的问题，迅速成为干细胞治疗的新的细胞来源。iPSC可分化成包括心肌细胞在内的各种细胞系。虽然iPSC已经显示了有益的促进心脏再生的结果，但其扩增效率及向心肌细胞的分化效率都很低，分化产生了包括非心肌细胞在内的各种类型细胞。另外，iPSC与ESC同样存在致畸胎瘤及移植后的免疫排斥反应等问题。目前iPSC还处于临床前研究阶段，其诱导方法也在进一步研究中。

有趣的是，最近的研究证实可以通过三种心脏转录因子（Gata4,Mef2c,andTbx5）从心脏和皮肤成纤维细胞直接编程产生心肌细胞样的细胞。已有研究显示这些细胞移植可以减少小鼠的心肌梗死面积，改善心脏功能。但关于其临床应用的安全性仍存在争议。

最近的研究发现，心脏本身也包含了极少量具有前体细胞特性的未分化细胞。最近一项用自体c-Kit+的心脏原位祖细胞移植治疗缺血性心脏病的临床研究已经取得了令人鼓舞的结果。同时，激活原位心脏祖细胞分化潜能的策略也具有独到的优势，因其可以避免使用外源性干细胞所需要的繁琐的分离、纯化、扩增及再转染过程。

干细胞移植修复心肌存在的问题

干细胞疗法治疗心血管疾病存在的主要问题有：①干细胞修饰：移植后干细胞生存时间有限，故对干细胞进行修饰、改善移植微环境以使其更好地存活和发挥治疗作用可能是一种有前途的治疗策略。我们的研究小组转染整合素连接激酶（ILK）修饰的MSC治疗心肌梗死观察到其可以显著提高干细胞的归巢率、增强其生存能力、促进旁分泌作用，从而发挥更大的治疗作用。年ACC年会上，杨跃进教授报告了采用阿托伐他汀预处理，可通过上调CXC趋化因子受体4（CXCR4）的表达促进MSC向梗死心肌归巢并改善心肌梗死大鼠的心功能，并可通过抑制RhoA/ROCK/ERK通路改善心肌梗死后的微环境，促进移植MSC的存活。另有研究采用生长因子或细胞因子来促进骨髓中祖细胞的动员，但遗憾的是在不同的随机、对照临床试验中都未能重复出临床前研究的有效性。②移植次数：由于移植的干细胞只有很小一部分可以真正分化为有功能的心肌细胞，故需要移植大量的干细胞,国内葛均波院士领导的课题组采用了多次移植的方法取得了一定的疗效。③移植途径：目前常用的干细胞疗法采用冠脉内注射，但这些方法的细胞归巢率较低，而心肌内直接注射可能会诱发室性心律失常，其安全性没有得到证实。④干细胞数量：不同的研究采用的干细胞数量相异较大，尚缺乏统一标准。⑤移植时间：心梗作为一个缺血事件，随后会发生显著的炎症反应、巨噬细胞和其它免疫细胞会分泌一些细胞因子和生长因子，将细胞移植到这种环境中会导致大量的细胞死亡。但心梗后缺血诱导的VEGF、SDF表达又是促进干细胞归巢至缺血梗死区的重要条件，故在心梗后何时进行细胞移植也是主要问题之一。我们自己的经验和其他的研究显示移植的最优时间似乎是在心梗后最初一个月内。

基于先前的研究结果，不同的干细胞可以在心脏再生方面发挥有益的作用。然而，要使这些细胞真正用于临床治疗还有许多壁垒要攻克。不管怎样，发挥干细胞的所有优点，创造一种综合性治疗策略，可能会在心肌修复领域发挥更有效的作用。

MicroRNA（miRNA）诱导心脏再生

除了上述的干细胞疗法，最近的研究兴趣集中于基因及小分子为基础的治疗策略来增加内源性的心肌细胞增殖潜能。研究显示，心肌细胞的miRNA通路受损会导致心力衰竭和心肌病。另外，许多miRNA表达谱的改变与不同的心脏病理过程相关。年12月Nature杂志报道通过给予选择性的miRNA可以显著促进心肌细胞增殖和心脏修复。40种miRNA可以有效增加乳鼠心肌细胞的DNA合成和胞质分裂。进一步研究证实miR-和miR-a可以促进成体心肌细胞再次进入细胞循环，促进乳鼠和成体鼠的心肌细胞增殖。在小鼠心肌梗死后，这些miRNA可以显著促进心脏再生，并几乎使心脏功能完全恢复。

胞外基质（extracellularmatrix，ECM）对于心脏再生的影响

研究发现细胞能感觉到外周环境，胞外基质对于心脏再生也具有重要影响。除了影响心肌纤维的排列，ECM也可以影响新生心肌细胞核的排列。ECM对于干细胞也会产生影响。

ECM的顺应性在发育和疾病过程中发生了改变。基质的软硬程度在一定程度上决定了干细胞的分化方向。另外，MSC的迁移也受基质强度的影响。当然，组织强度不是唯一影响分化的因素。当分离的心脏单核细胞在具有不同孔径大小的三维基质中培养，心肌分化潜能也受影响。

值得提出的是，祖细胞-基质的影响并不是单向的。心脏祖细胞自身也可以合成胞外基质。所以，在病理性心脏中，祖细胞可直接或通过旁分泌作用影响胞外基质的属性。

因此，应用组织工程的方法优化细胞生长的微环境对于改善细胞的活力，促进心脏再生可能会产生意想不到的效果。目前应用组织工程技术已在大鼠模型中观察到可以改善心脏功能，但这种方法是否可用于大的动物甚至人类还有待研究。

展望

综上所述，目前促进心肌再生的研究策略可大体归纳为通过动员心脏干细胞或祖细胞，通过基因调控干预凋亡、自噬和坏死的信号通路，增加细胞的存活通路，促进已存在的心肌细胞再次进入细胞循环及改善细胞微环境来实现。一些因子，在修复和再生方面也发挥了作用。经过十余年的研究，干细胞治疗、基因调控燃起了人们对于心脏再生的希望。关于合适的细胞类型，移植后细胞活力的保持，建立实用、安全的细胞转染技术，基因调控的位点、强度及时机等都在进一步研究中。

总之，心脏再生医学领域方面仍有许多问题亟待解决，但我们相信，通过研究者在已有的研究成果基础上坚持不懈的努力，在心肌再生和修复方面必将迎来一个又一个令人振奋的结果，让我们拭目以待。

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