自20世纪90年代以来,干细胞技术的出现与成熟,为缺血性心脏病特别是心肌梗死治疗带来曙光。早期研究结果似乎都振奋人心,然而近期研究结果显示,骨髓干细胞(BMC)移植引起的心脏功能改善并不如意想中的那么明显,而且有研究显示,移植的干细胞可引起心律失常、微梗死、加重支架内再狭窄等。干细胞能否再生梗死心肌,干细胞治疗是否安全,如何客观评价其移植疗效,其确切作用机制如何,干细胞治疗心梗究竟距临床广泛应用还有多远?
一、干细胞治疗效果的差异
干细胞移植效果一直是最热门的话题。目前临床用于治疗心梗的BMC类型,主要为骨髓单个核细胞(BM-MNC)、内皮祖细胞(EPC)、间充质干细胞(MSC)、AC133+细胞和细胞因子(G-CSF)动员等。
综合近2年临床试验结果可见,细胞移植改善梗死心脏功能的疗效并不理想,BM-MNC移植使左室射血分数(LVEF)升高在5%左右,EPC移植升高不到10%,移植MSC也不过20%。AC133+细胞移植虽然能改善患者生活质量和梗死心肌血流灌注,但并不明显提高局部收缩性能。G-CSF动员仅提高10%的梗死心脏功能。移植新鲜未分离的骨髓细胞并不明显改善心脏功能,也未发生分化。
对上述研究的分析显示,这些细胞移植引起的心脏功能差异似乎与细胞纯度有关。我们的动物实验表明,纯化的骨髓单克隆间充质细胞移植较目前临床常用的未纯化MSC和BM-MNC移植更能提高心梗大鼠的疗效。由此可见,BMC移植的疗效仍有待进一步提高,而供体细胞的选择和改良是决定干细胞移植效果的关键。但是,由于其分离纯化和证实方法千差万别,目前报告从骨髓中得到的单克隆细胞也各式各样,导致实验结果非常混乱,难以比较,因此亟待识别BMC的确切标志物,也有待大规模动物实验证实这些经纯化的干细胞的有效性和临床可行性。也有人认为疗效与基础心脏功能状况、样本量少和移植细胞数量有关。
二 干细胞治疗安全性的质疑
以往人们对于干细胞移植的安全性争论主要集中在胚胎干细胞和骨骼肌干细胞,但随着研究的深入,最近发现,BMC移植并不如先前认为的那样安全可靠,G-CSF动员有加重支架内再狭窄风险, BM-MNC、MSC移植均存在潜在风险。Vulliet等发现,冠脉内移植MSC会引起冠脉微梗死。Yoon等发现,注射未分选的骨髓细胞到急性梗死心肌会诱发心肌严重钙化,而注射经克隆纯化的骨髓多潜能干细胞却不会。Davidoff等发现,骨髓细胞有形成肿瘤血管之虞,Rubio等也发现,MSC在体外经长期培养可自发形成肿瘤样细胞。Zhang等的研究显示,移植干细胞源性心肌细胞,可因这些细胞迁移到正常心肌中而加速梗死周边心肌细胞缺血,加重心肌细胞死亡。
各种移植路径存在各自优点和缺陷,心外膜下肌内注射最为直接可靠,便于术后分化细胞鉴定,但需要开胸手术,某些心衰晚期病人可能难以承受,且会诱发心律失常、引起细胞回漏等不良反应。心内膜下肌内注射虽不需开胸手术,但却要求有相当高的介入技术,注射位置较难固定,有致心律失常和心脏穿孔的潜在危险,高压注射可引起移植细胞坏死,经冠脉内注射较为直接且创伤较少。新型介入设备是目前最常用的移植方式,但是它需要高浓度细胞,且必须在介入操作下才能完成;静脉途径接近于无创,但大量细胞可能随着血流迁移至其他器官,引起远隔器官不必要的血管新生,可能导致血管瘤、视网膜血管增生等并发症。
因此,对于干细胞移植治疗心梗的安全性和疗效评价,有待于扩大样本量,成立BMC“可塑性”临床研究协作组,开展多中心、大样本、随机双盲对照研究,结合更先进影像检查技术,并进行长期随访,才能做出最后评定。
三、干细胞作用机制的争议
通常认为BMC的作用机制主要与细胞分化、细胞融合、血管新生等有关。但Castro、Nygren、Murry和Balsam等的研究表明,干细胞移植并没有再生心肌和血管的效应。我们的研究提示,骨髓细胞移植可不同水平地上调VEGF及其受体Flk-1表达,持续稳定地促进血管新生,促进缺血心脏功能恢复;在骨髓细胞移植早期,BM-MNC移植能上调细胞保护性蛋白表达,促进急性缺血心脏功能恢复。也有学者认为,骨髓细胞可作为一种支持细胞,分泌血管生长因子,促进宿主内皮细胞和平滑肌细胞增殖分化,增强血管生成。还有人认为与受体自身干细胞动员、缺血心肌周围细胞增殖、缺血心脏分泌细胞因子等有关。最近Harada等发现,G-CSF通过促进上调心肌细胞G-CSF受体,激活Jak/Stat 途径,抑制梗死心脏心肌细胞凋亡,抑制心梗后左室重构。可见,干细胞作用机制还有待深入探明。
目前,有关干细胞移植的研究还有许多问题仍未涉及,如移植的干细胞数量与功能的关系,移植的干细胞在受体组织转归和长期命运,其合适的生存微环境能力,干细胞移植效果与受体的年龄、性别、种族等的关系等。
干细胞研究方兴未艾,前景广阔,作为一种崭新的生物学疗法,有待于我们研究的内容很多很多。