|
  
- 积分
- 8
- 威望
- 8
- 包包
- 898
|
作者：秋辉，郑惠珍作者单位：广东医学院生理学研究室，广东湛江 524023
! z( I1 C4 A( Y" x' t
2 i! z7 _7 n) G0 \& C
0 o4 n/ o4 E! R/ c' ~
/ i! J& [! s8 C; k% A 5 @. p$ L0 k& r0 Z1 y& P
2 q5 |1 ~3 o6 l: F3 j# m
- C' R7 ]% ] n8 m
& Y5 Y4 T0 g# X1 U& i
' q# `& ]4 f3 F+ @$ x - J# D0 v( E8 |. ?6 k
_* [ r6 J: |6 N g# j 4 I7 B3 Z1 _3 g; X
【摘要】 BMSCs是近年来细胞治疗的理想种子细胞，研究发现对治疗多种心脏疾病均有较好的疗效。本文从其生物学特性，其对缺血性心脏病体内、外的研究进展及其治疗缺血性心脏病的机制几方面对BMSCs在缺血性心脏病治疗中的应用做一阐述。 : H2 D7 s# W8 |" t% H9 e6 m
【关键词】骨髓 间充质干细胞 缺血性心脏病 综述文献
8 x0 r! E) s# M H9 o/ Q$ |$ j 干细胞心脏移植可能是心肌梗死后诱导心肌再生和血管再生的有希望的治疗途径，动物实验和临床研究证实胚胎干细胞心脏移植虽可改善梗死后的心功能和血流灌注，但由于免疫排斥反应使临床应用受限，而骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）很容易从骨髓获得，自体移植不存在免疫排斥反应问题，即使异体移植也被证明能够成功地移植于心脏而不出现排斥反应。此外，BMSCs为多潜能干细胞，能够分化为多种细胞类型（包括肌原性细胞），故目前BMSCs是治疗缺血性心脏病细胞的首选细胞而正倍受关注。本文就BMSCs治疗缺血性心脏病的应用与机制的研究进展做一综述。/ d6 L, w: G0 b
8 q Q5 F1 K9 L5 p, K0 }+ a, S0 ~( k: y
- n; | |; |% | w' x# E 1BMSCs的概述& ~, F# w1 N$ W; I
* N" _7 ]- F/ s$ Y# k" L4 [- P) {. M/ g
/ |2 N( v9 X" n& l# d( v
Friendenstein等(1987)发现在塑料培养皿中培养的贴壁的骨髓单个核细胞在一定条件下可分化为成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞和成肌细胞，而且这些细胞经过20～30个培养周期后仍能保持其多向分化潜能。骨髓中的这种多能干细胞由于能分化为多种中胚层来源的间质细胞而被称为骨髓间充质干细胞（BMSCs）。BMSCs是中胚层发育的早期细胞，它形成于发育中的骨髓腔，在个体出生后，附着在骨髓窦的内腔面，形成一种包埋于窦状网络中的三维细胞网络。它在尚未建立造血功能的骨髓中分裂旺盛，类似前造骨细胞(preosteoblast)。在具有造血功能的骨髓中BMSCs处于静止期，应用密度梯度离心法可以从骨髓抽提物中分离出BMSCs。在体外培养中，BMSCs呈贴壁生长，形态上类似成纤维细胞。细胞的表面抗原与骨髓造血干细胞(hematopoietic stem cell，HSC)不同，表面抗原SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106、CD124等呈阳性, 而CD14、CD34、CD45 造血谱系标志抗原则呈阴性。
+ t$ r% ?0 }( y* B
, s1 r" \( @1 G) r) Q9 v& Y. H/ N: g! n7 k* A/ K. u# _
; L) d* V2 o7 `" R ^" y# F, O BMSCs的多向分化潜能被认为是最重要的生物学特性。目前已证实在体外特定培养条件下能分化为骨、软骨、肌腱、脂肪、肌肉、内皮、神经、心肌等细胞。体内条件下BMSCs的分化具有组织依赖性。如将BMSCs注入羊胚胎腹膜腔中，BMSCs因迁移定居的部位不同而分化为软骨细胞、脂肪细胞 、肌细胞、心肌细胞、骨髓基质和胸腺基质，提示BMSCs在体内依不同的微环境而被诱导分化为不同类型的细胞［1］。
0 K9 l6 Y D+ E& g9 X! E7 V
" x+ f& t5 U; Z" V( R" w+ t; N
$ r0 }8 i" } G9 ?2 D" s1 X
6 T+ I$ r7 H2 Q 2BMSCs治疗缺血性心脏病中的研究
/ h4 k# G/ r' W1 X3 T7 v. w) }; _$ n, S% ~$ S' X& Q |/ I( n
& i1 C4 u) S Q$ t2 o; G* s
/ g( l" H- _, B BMSCs移植治疗缺血性心脏病在动物实验和临床试验均取得可喜的结果。宋晓蓉等［2］结扎新西兰兔左冠状动脉造成心肌梗死模型，2周后将自体BMSCs多点注射至梗死心肌周边区域，细胞移植后2、4周，多普勒超声心动图检测结果显示： BMSCs组左心室射血分数、左心室短轴缩短率值均明显高于仅注射等量培养基的对照组。移植后8周病理学检查见BMSCs存活于梗死心肌中，并能表达肌细胞特异性标志，瘢痕区毛细血管密度明显增加，心肌声学造影亦显示梗死局部血流灌注BMSCs组较对照组明显改善，从而证实自体BMSCs移植于缺血心肌中可向心肌细胞分化,增加心肌血流灌注, 改善心脏收缩功能。Liu等［3］将人BMSCs注入慢性心肌梗死模型大鼠左前壁心肌内，28d后实验组大鼠心肌梗死面积和纤维化面积均比对照组明显减小（P% t4 \- S. y' M& n# r/ j: D
& c" h) C9 Z( y* E; ^ X7 u9 t& [
! R. y6 | `2 q; o" C! O
近年，有学者将BMSCs体外预处理后再体内移植也取得了可喜的研究结果。Hu［5］等将从绿色荧光蛋白转基因小鼠分离的BMSCs在含氧量正常和低氧（含氧量为0.5%）条件下培养24h，用免疫印迹法检测细胞生长因子和抗凋亡基因表达，结果显示低氧条件下培养的BMSCs细胞生存和血管生成的前体物质，如低氧诱导因子1、血管生成素1、血管内皮生长因子及其受体Flk1、促红细胞生成素、Bcl2和BclxL等表达增加。其还将BMSCs植入大鼠心肌梗死30 min后的梗死心肌周围发现：低氧BMSCs在心肌梗死后移植导致的血管新生增加、心脏形态学和心功能改善等有益作用均明显优于常氧MSCs。在体和离体实验均观察到，低氧培养的BMSCs，细胞的死亡数和细胞凋亡蛋白酶活性均明显低于常氧BMSCs，说明低氧预处理可通过降低植入细胞死亡率和细胞凋亡、增加血管发生和旁分泌效应等方式来增强对梗死心肌的修复能力。 h0 R$ b4 `/ O. H
) N H7 }2 Y3 u
4 a9 p& O/ D3 u! r
. b; I U; c5 h9 K' ?
Chen等［6］在69位患者经皮冠脉介入治疗术后3周随机接受冠脉内注射自体BMSCs或生理盐水，3、6个月时用超声及正电子断层扫描（PET）对被试患者的心功能进行评估。发现实验组左室射血分数和梗死区域的运动速率明显提高,灌注缺损较对照组明显减少,并且在长达6个月的观察中，无1例死亡或发生严重并发症。这些都表明BMSCs移植治疗缺血性心脏病是可行的。# K% X( ~" W0 v0 R9 e" y; t
1 i3 N, \. N. \
, C1 }, g% L$ S1 d8 T3 i- ^: P% ?! o6 P# \! s: |5 I3 y( ?% ^3 b
3BMSCs治疗缺血性心脏病的机制
& _: z0 L( p, f9 D+ A
3 u- P# ~, a: C1 Y4 e" b4 v1 u1 z3 p( _+ d& j
$ k: O r. U( J: J' Y+ o 迄今为止BMSCs治疗缺血性心脏病的机制仍未充分阐明。一方面我们尚未完全了解BMSCs的生物学特性，另一方面体内微环境的相互作用很复杂，例如，在心梗发生后心室重构就很难研究。本文归纳了目前认为有可能涉及的几个机制。
; b7 A- ^7 o$ i" ]* ~+ a7 L4 L- M) a0 z8 u$ h( g. e" I. q) o
% Y, E0 E h% o! x3 O
0 [/ K: @' H. z1 D( b" A
3.1BMSCs分化为心肌细胞1 j3 w" b& g* h+ \( ^
) ~) r7 K$ E3 t# u: z7 L2 ?# f6 W9 G! U
4 g! j8 G' z* N% i5 i
体外研究表明：培养体系中加入5氮胞苷可将BMSCs诱导分化为心肌细胞［7］；BMSCs与心肌细胞共培养也可分化为心肌细胞［8］。体内研究［9］观察到，植入的BMSCs可到达心肌坏死区在心肌微环境中存活、分化，表达心肌细胞表面标志。这可能与心肌微环境中存在生长因子（如胰岛素样生长因子β1等）、细胞因子（如干细胞生长因子SCF）及BMSCs与宿主细胞及细胞外基质之间的相互作用，诱导与心肌细胞分化有关的基因表达，促使 BMSCs向心肌细胞分化。
$ R+ E! C- z6 `* ?4 f& _. W/ }
- u$ f: O7 a# H4 n9 [2 H
: Y% z) |( z1 L6 `) x! P4 ]- b2 u* h9 N& i/ ?8 L$ z
3.2BMSCs可促进血管新生，改善心肌血液供应
0 X- b ]8 N2 ? {" f, U0 Q, l
& ^4 U+ L0 G$ g. w6 H) ^$ P
( W2 }- q. A& I. f- |& a# M# \+ Z: u
BMSCs已经被证实可以分化为血管内皮细胞、平滑肌细胞等血管结构细胞，这些细胞参与血管发育，包括血管发生和血管生成作用。最近Gojo等［10］的研究显示：静脉注射BMSCs 1周后，可见绝大部分供体细胞存留并成束分布于淋巴管和静脉管壁，到第4周时，一些供体细胞分化为平滑肌细胞或上皮细胞完全覆盖了静脉腔。Silva等［11］发现向急性心肌梗死大鼠模型植入的BMSCs可形成血管样结构，亦可分化为血管内皮细胞以增加梗死区毛细血管数量和减小心脏梗死面积。
* J: U8 x7 i y; J ~$ S$ u- W) R. ]: b0 U+ x- b" I( B5 c" B
6 J) k1 ~6 j0 N) B& h, V, q
$ t+ R4 ^! }3 q: Q7 Q" T
3.3BMSCs的旁分泌机制& s/ v6 f' F# X2 h5 o+ g) ^# M
' i0 g- _; b2 q, d& V6 m
; K. h+ n7 } Z
* n0 ~4 w) \$ r8 k6 f& k 近年来，更多的报道倾向于认为植入的BMSCs与局部组织相互作用释放生长因子和细胞因子来抑制心肌细胞凋亡及支持心肌和血管的再生。体外研究已经查明BMSCs能分泌多种生长因子和细胞因子，如血管内皮生长因子（VEGF）、成纤维细胞生长因子(FGF)和转化生长因子β等。Gnecchi等［12］研究发现用注射法向心肌内移植过表达Akt的BMSCs后72h内就可观察到心功能的改善，如此早期的功能改善不可能是因为移植细胞的心肌细胞再生作用。Dai等［4］报道，BMSCs植入4周时，实验动物的左室收缩功能明显改善，但此时植入的细胞其肌细胞特异性表面标志蛋白的表达尚不完全；6个月后，植入的细胞表达完整的肌细胞特异性表面标志蛋白，而此时BMSCs改善左室收缩功能的作用已不存在，提示BMSCs移植后早期的心功能改善可能与旁分泌作用有关。Tang等［13］将自体分离培养的BMSCs注射到心梗大鼠梗死边缘区,2周后VEGF、bFGF和基质细胞衍生因子1(stromal cellderived factor 1alpha，SDF1α)表达升高,同时缺血心肌内凋亡前体蛋白Bax表达下调,毛细血管密度显著增加,左室收缩力明显提高。这些研究结果均提示BMSCs移植可能通过旁分泌作用产生细胞保护和促进血管新生作用，继而减轻左心室重构、改善心功能。植入梗死区域的BMSCs亦能通过旁分泌作用提高缺氧条件的心肌细胞的生存能力［14］。
5 b8 E6 [6 t- Y
3 C+ ?: L- a3 r/ | q, \: y6 H0 o y% E) A5 l3 |" g
: m4 t X* A3 K/ {: I 3.4BMSCs抑制心室重构) c! H: H# O+ B1 w) s5 C, h
" p' O8 O- I$ q- F$ \+ s3 Y- h% t) L2 n7 r, [: w
; h( ^* R9 J# [* X$ h3 {3 m! n
Shake等［15］研究发现BMSCs植入机体后分化的心肌细胞能够通过改变心肌梗死后的瘢痕形成进程减少梗死心脏的解剖学改变和减轻左室扩张而抑制左室重构的发生，并且植入的BMSCs具有较高弹性，还能加强心室壁应力，限制梗死后瘢痕组织过度扩张。
7 R* \6 t( h3 o2 @$ i
2 h h. @& q, p1 ]* d0 I
' F' ~! w: r; |' S; K& Q, w* l4 n# ^" D& X& K1 b
4问题与展望$ \3 ]& m. W3 t( ~2 ]: p/ e( W" p
/ T! Z. j3 S0 W
, v# J; |3 g3 r9 E7 L: B* x$ p* Y
3 f5 c; A* J0 @! a0 n' X! t7 M BMSCs治疗缺血性心脏病的研究虽然已经取得了很大的进展，但仍存在许多问题：（1）BMSCs的治疗缺血性心脏病的机制仍不十分清楚；（2）如何移植BMSCs才能有效地使植入的细胞到达梗死部位并提高存活率亟待解决；（3）BMSCs是具有多向分化能力的细胞，其植入机体后是否存在基因的突变、是否有癌变的可能，移植后分化组织的长期命运如何等还有待长期的临床观察和大规模的临床试验来证实。虽然目前对BMSCs的研究仍有很多未知领域，但相信随着研究的深入，应用BMSCs治疗缺血性心脏病的临床应用将会成为现实。+ {9 y& T* j- T
【参考文献】
2 l! v; ?7 |* s. e ［1］ Liechty K W,MacKenzie T C,Shaaban A F,et a1.Human mesenchymal stem cells engraft and demonstrate sitespecific differentiation after in utero transplantation in sheep［J］.Nat Med,2000,6(11):12821286.
# d+ J$ g. {3 P: d6 c3 X3 G& f2 |' Y5 L6 f! O% g Z
2 F! \# T y. X1 z
! h) ^1 H8 m; V, R8 L2 s ［2］ 宋晓蓉,翟志敏,章仁品,等.骨髓间充质干细胞自体移植治疗心肌梗死的实验研究［J］.中国胸心血管外科临床杂志,2007,14(3):205210.
0 J# I! x1 N, z' U
$ A" {7 t9 {$ u$ K* J5 J @, P, f+ g
! C5 G+ x$ e6 h4 y3 M
［3］ Liu J F,Wang B W,Hung H F,et al. Human mesenchymal stem cells improve myocardial performance in a splenectomized rat model of chronic myocardial infarction［J］. J Formos Med Assoc,2008,107(2):165174.
- L* w1 a- f- I# Z
: r3 |$ [- F8 p/ S+ W
$ u) V# y0 ?( l9 T( N8 g
: O n8 G9 c1 G+ C" |$ } ［4］ Dai W,Hale S L,Martin B J,et al. Allogeneic mesenchymal stem cell transplantation in postinfarcted rat myocardium: short and longterm effects［J］.Circulation, 2005,112(2):214223.: n7 z7 u: ] g V& M$ n6 t
* S: Q) F9 K/ g5 i) R$ I2 U& q2 V/ j0 L* _6 w( w) |; w7 k
1 I- g6 P9 s! j: H* G ［5］ Hu X,Yu S P,Fraser J L,et al.Transplantation of hypoxiapreconditioned mesenchymal stem cells improves infarcted heart function via enhanced survival of implanted cells and angiogenesis［J］.J Thorac Cardiovasc Surg,2008,135(4):799808.
- Q# J9 L/ f5 w+ N e9 x% i/ o3 u( d
+ j6 E2 @ l3 o s# d3 h
! H* {3 Y. C3 h" k! C ［6］ Chen S L,Fang W W,Ye F,et al. Effect on left ventricular function of intracoronary transplantation of autologous bone marrow mesenchymal stem cell in patients with acute myocardial infarction ［J］. Am J Cardiol, 2004, 94(1):9295.
( R) W. V+ b0 h* n- m2 s* q! Q* a# W: b# V& y
, p$ @, g4 P) ~5 @3 ~) b& A, P4 o, r
1 C r( @; _; G2 ?, F
［7］ Fukuda K. Application of mesenchymal stem cells for the regeneration of cardiomyocyte and its use for cell transplantation therapy［J］. Hum Cell,2003,16(3):8394.
' {9 ~6 F! n, V
3 z' N1 C; W6 C. M u) v* i& I+ q' C/ Y$ L6 }9 r/ {
6 o1 X6 X( I3 t$ h4 S+ a1 T/ ]
［8］ Li X,Yu X,Lin Q,et al. Bone marrow mesenchymal stem cells differentiate into functional cardiac phenotypes by cardiac microenvironment［J］. Mol Cell Cardiol,2007,42(2):295 303.8 P1 b! p. @* o/ q3 p6 H
* t% G2 H2 r: A; H5 }* F+ \ p' W
# X0 g6 s' Y5 S+ [. J/ N) d0 y d- W+ w
［9］ 张勇,陈如坤.兔缺血心肌中移植自体骨髓基质干细胞的治疗作用［J］.第四军医大学学报,2006,27(1):1922.( W. y* }/ i( | L6 c
1 j6 M- h3 D( ~ f
" c/ g4 i3 X, z9 v8 i9 t& a$ Q& y
# a6 \% l, T! f. }; k+ c4 W ［10］ Gojo S,Gojo N,Takeda Y,et al.In vivo cardiovasculogenesis by direct injection of isolated adult mesenchymal stem cells［J］.Exp Cell Res,2003,288(1):5159.
% ] B+ v- N. v: m* J9 ]
' C; J r0 c6 Z' V4 |2 P& i, v8 ^. ^* x! W; f4 z- f4 P
9 F9 E0 l# m5 J9 c ［11］ Silva G V,Litovsky S,Assad J A,et al.Mesenchymal stem cells differentiate into an endothelial phenotype, enhance vascular density, and improve heart function in a canine chronic ischemia model［J］.Circulation,2005,111(2):150156.& s" `, P( [2 L- I' G& S; d
# }/ F2 ~# `9 a
. T |* B% b' I; q( J
/ L4 i8 B# {! F. N" ?# ~# G ［12］ Gnecchi M,He H,Noiseux N,et al.Evidence supporting paracrine hypothesis for Akt modified mesenchymal stem cell mediated cardiac protection and functional improvement［J］.FASEB,2006,20(6):661669.
' d% o( p* y1 I0 w9 d9 D* ]% X$ Q) R( W9 a3 q
. x& ]8 b! @$ q$ Y9 l+ b1 R9 r
+ }( d" e; G) A$ Z+ C ［13］ Tang Y L,Zhao Q,Qin X,et al.Paracrine action enhances the effects of autologous mesenchymal stem cell transplantation on vascular regeneration in rat model of myocardial infarction［J］. Ann Thorac Surg,2005,80(1):229236.) Y3 Z5 t/ m5 c, d% S
! Q. \) k$ V6 b- Q2 i, m: a. v! {& T2 b" j9 F" C. h" B
! s: ~9 [$ ], m5 P- @ ［14］ Gnecchi M，He H，Liang O D,et al. Paracrine action accounts for marked protection of ischemic heart by Aktmodified mesenchymal stem cells［J］.Nat Med,2005,11(4):367368.. g1 j9 ^ i% _, }+ ]
8 T9 \8 P( V! {! b# H2 g
+ b' W$ I5 U+ Y$ ~* A& i
0 d4 c2 g/ |2 g% B ［15］ Shake J G,Gruber P J,Baumgartner W A,et al.Mesenchymal stem cell implantation in a swine myocardial infarct model: engraftment and functional effects［J］.Ann Thorac Surg,2002,73(6):19191925. |
|
发表于 2009-3-3 12:27
发表于 2015-5-24 10:35
