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文章類型:評論文章

引用:Bartulos O(2015)心肌梗死:心髒再生的細胞治療。J Hear Health，第1.1卷:http://dx.doi.org/10.16966/2379-769X.103

版權:©2015 Bartulos O.這是一篇基於創作共用署名許可條款發布的開放獲取文章，該許可允許在任何媒體上不受限製地使用、分發和複製，前提是注明原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:06年2月,2015年。

接受日期:3月12日,2015年。

發表日期:2015年3月16日。

摘要

在5年隨訪中，心力衰竭患者的死亡率約為50%，超過了癌症患者的死亡率。血管緊張素轉換酶(ACE)抑製劑和受體阻滯劑對治療心肌梗死(MI)有效，但尚無有效的治療逆轉該疾病。在過去的二十年裏，細胞療法已經成為心肌梗死患者需要考慮的一種重要治療方法。在本綜述中，我將總結在臨床前和臨床研究中使用的細胞療法的多樣性，並討論每種療法的優缺點。

關鍵字

心肌梗死;心血管疾病;心肌細胞;細胞療法

簡介

根據世界衛生組織[1]的數據，心血管疾病是全世界死亡的主要原因，2008年造成1730萬人死亡，2030年估計死亡人數為2330萬人。最常見的心血管疾病是心肌梗死引起的心力衰竭。缺血梗死後氧氣和營養物質的減少或完全剝奪導致受影響區域的心肌細胞大量死亡。這個區域被遷移的肌成纖維細胞迅速重新填充，負責形成瘢痕區域的細胞外基質蛋白質的沉積。為了延緩或幹預心室重構，恢複失去的工作心肌，在臨床前研究中試驗了不同的策略。生長因子和細胞因子的傳遞[2-5]，肌成纖維細胞的體內重編程和將非心髒細胞分裂為心肌細胞[6,7]，或細胞治療都是結果不佳的治療方法。

20年前，發表的研究表明C2C12成肌細胞可以移植到小鼠心髒[8]和小鼠胎兒心肌細胞可以移植到宿主心肌[9]並形成夾層盤，這是一個裏程碑，觸發了第一個使用細胞治療心肌梗死的研究。該領域已發表了數千篇論文(從PubMed檢索到的介紹“心肌梗死細胞治療”術語的參考文獻超過5000篇)和數十項臨床試驗。

在這篇綜述中，我將更新MI後使用細胞治療所進行的最相關工作，討論每種方法的挑戰、優點和缺點。

細胞療法的策略

骨髓細胞

在90年代末和2000年代初，骨髓細胞(bms)作為再生醫學的萬能鑰匙出現。據報道，它們能夠在體內分化或轉分化為肝細胞[10]、腦細胞[11]和心肌細胞[12,13]等其他細胞譜係。分化的心肌細胞甚至顯示間隙連接蛋白連接蛋白43 (Cx43)[12]陽性染色，證明梗死小鼠瘢痕區新形成的肌細胞之間存在功能連接。然而，其他研究小組試圖複製這些結果都沒有成功[14-17]。在心髒的特殊情況下，植入後9-10天和28-30天，供體骨髓幹細胞泛造血標誌物CD45[15,17]和粒細胞標誌物Gr1[15]呈陽性。然而，與之前發表的研究[12,13]相比，沒有心髒、平滑肌細胞或內皮細胞轉分化[15]的證據。此外，不同的研究小組報告稱，在體內被描述為BMC轉分化的過程實際上是BMC與宿主器官細胞融合的產物[17-21]，粉碎了之前提出的BMC的可塑性。

Orlic等人[12]的研究描述了移植骨髓間充質幹細胞占據68%的梗死區，並增強了植入骨髓間充質幹細胞的動物左心室功能，這促使許多研究小組啟動了第一批臨床試驗[22,23]。TOPCARE-AMI是第一項隨機臨床試驗，將59名患者分為兩組，接受未分離的bmc或循環祖細胞治療[22,24]。在一份5年的隨訪報告[24]中，作者發現兩組患者之間沒有差異，但在31例隊列患者中，4個月時左心室射血分數(LVEF)相對於基線水平有明顯改善，並保持到5年。不幸的是，本研究的設計缺乏對照組來比較獲得的結果的相關性[22,24]。在ASTAMI臨床試驗中，3年[25]隨訪顯示對照組和BMCs注入組之間LVEF無差異。有趣的是，他們觀察到對照組和細胞處理組在3個月時LVEF都增加了，這突出了實驗設計中對照組的重要性。在十多個正在進行的臨床試驗中，隻有4個提供了長期結果(>2年)。

ASTAMI[25]和BOOST[26]治療的患者在3年和5年的bms與對照組相比沒有變化。REPAIR-AMI[27]，雖然沒有發現LVEF差異，但在植入骨髓幹細胞2年後，確實發現梗死麵積顯著減小，梗死區壁增厚增加。第四項臨床試驗TOPCARE-AMI的5年隨訪結果已在[24]上麵描述。有關臨床試驗的更詳細綜述，包括細胞傳遞數量和給藥途徑，可在Behfar等人[28]和Pavo等人[29]中找到。

bmc的臨床試驗顯示了非常溫和的效果，正如最近在16個臨床試驗中進行的薈萃分析顯示[30]，與相應的對照組相比，bmc治療的患者的LVEF僅增加2.55%。引人注目的是，另一項薈萃分析研究[31]考慮了49個臨床試驗，報告了絕大多數試驗(5個除外)的差異。在這項研究中，作者展示了每個試驗的差異數量與射血分數大小的影響之間的相關性，得出結論，在無差異的臨床試驗中，bms對射血分數[31]沒有影響。在最近的一項薈萃分析中，使用原始個體患者數據(IPD)進行了12項冠狀動脈內自體細胞給藥隨機研究，作者得出結論:細胞治療患者[32]未觀察到益處。

綜上所述，骨髓幹細胞的治療已被證明是安全可行的，但在患者的LVEF中顯示[30]降低或無效果[31,32]。

成肌細胞

1961年，莫羅描述了一種圍繞分化肌纖維的細胞群，他將其命名為“衛星細胞”[33]。這些細胞位於肌管基底膜下，在體外培養時分化為成肌細胞[34]。成肌細胞作為心肌梗死的細胞治療已經被詳盡地研究過，部分原因是它們能夠在梗死心髒[35]的惡劣環境中存活、增殖並最終分化為骨骼肌。未分化的成肌細胞表達n -鈣粘蛋白和Cx43[36]，這兩種蛋白參與細胞黏附和夾層盤間隙連接的形成。然而，當成肌細胞分化為骨骼肌肌管[36]時，這兩種蛋白都丟失了，並且已經證明，移植的肌管是從宿主心肌[37]中機電分離出來的。幾個小組在臨床前研究中報道了在不同心肌梗死模型中植入成肌細胞的有益效果[38,39]。考慮到心肌梗死動物[40]中成肌細胞不轉分化為心肌細胞，有人認為其作用機製是通過分泌幹擾不利心室重塑[41]的因子。成肌細胞轉譯到臨床是在2001年[42]首次進行的，證明了成肌細胞植入在一名MI患者中的可行性。自2001年以來，開始了幾項臨床試驗。在一項為期四年的隨訪研究中，比較了同時接受冠狀動脈旁路移植術(CABG)或左心室輔助裝置(LVAD)植入的患者的成肌細胞的輸送情況。經成肌細胞植入和冠脈搭橋治療的患者LVEF和組織活力均有改善。 However, it is difficult to interpret these results since a control group is missing in the study. In other clinical trials in which control groups were included, patients with myoblast implantation did not have any effect in LVEF [44,45]. In both studies, the presence of ventricular arrhythmias in the treated group was the main concern exposed [44,45].

脂肪tissue-derived細胞

脂肪組織由成熟的脂肪細胞和基質血管組分(SVF)組成。SVF含有血管細胞和間充質幹細胞(MSCs)。骨髓間充質幹細胞在體外具有自發分化為心肌細胞的潛力，[46]和內皮細胞在體內和體內均有罕見事件發生[47-49]。脂肪組織衍生細胞(adc)是一種有吸引力的細胞治療策略，因為可以通過吸脂等微創技術從每個患者身上分離出大量的細胞。在小鼠[51]和豬[49]的臨床前研究中，使用[51]細胞片或直接注射在冠狀動脈[49]，顯示脂肪細胞[51]或脂肪組織衍生幹細胞[49]治療的動物LVEF增加。與BMCs組比較，BMCs組和ADSCs組LVEF均顯著升高，但隻有ADSCs較對照組[49]組壁厚顯著升高。有趣的是，ADSCs和BMCs處理的豬均未顯示供體細胞[49]的心肌細胞分化。提出的脂肪組織來源細胞的作用機製是血管生成[49]和分泌脂聯素等旁分泌因子，它們可能調節肌成纖維細胞[51]產生的細胞外基質。

在臨床方麵，隻有一項研究報道了脂肪組織來源細胞非常有限的效果:PRECISE試驗[50]。這項隨機、安慰劑對照和雙盲研究招募了27名患者:21名患者接受了脂肪源性再生細胞(ADRCs，脂肪組織的SVF)治療，6名對照組。組內不同時間點LVEF無差異，組間無差異。作者報道了在接受adrc治療的患者6個月時左心室總質量較基線[50]顯著增加。

心髒祖細胞

心髒/心血管祖細胞(CPC)是一種細胞，在失去其幹細胞特性後，致力於分化成心血管係統的三個主要譜係:心肌細胞，內皮細胞和平滑肌細胞。許多不同的實驗室聲稱從胎兒[52]和成人心髒中分離出了CPCs[52,54]，或在胚胎幹細胞(ESCs)體外分化後分離出了CPCs[55,56]。基於細胞表麵標記及其在成人心髒中的存在的CPC分離一直是一個持續爭論的問題。用於分離成體和esc來源的CPCs的最常用標記物是:1)c-kit(也稱為幹細胞因子受體;SCFR或CD117)， 2)幹細胞抗原-1 (Sca1)和3)胎兒肝激酶-1 (Flk1，也被稱為血管內皮受體2或KDR)。這三種表麵標記存在於造血幹細胞中[57-59]。研究人員對其CPC的真實身份表示懷疑，他們認為這些在成人心髒中發現的CPC可能隻是在心髒中循環的骨髓來源細胞。

最近，一個研究小組通過譜係追蹤研究表明，c-kit可能不適合識別cp，因為它們對心髒[60]中的心肌細胞的貢獻極小。盡管Sca1的人類同源基因尚未被發現，但科學家已經使用針對小鼠Sca1[52]的抗體從成人心髒中分離出細胞。Sca1+細胞能夠在體外分化為心肌細胞，盡管使用了非常規的心髒分化方法:去甲基化劑5-氮雜胞苷(5-aza)[52]。值得注意的是，5-aza可誘導小鼠胚胎癌細胞係P19[61]、小鼠bms[62]和人間充質幹細胞[63]的心髒分化。因此，在5-aza存在的情況下，來自不同來源的幾種細胞類型能夠分化為心肌細胞。

譜係追蹤研究提供了更多關於Sca1+衍生後代的信息[64]。在本研究中，在出生後2個月首次檢測到Sca1來源的心肌細胞，數量較少，但Sca1+細胞在心肌梗死後無法動員到梗死區[64]。事實上，直到出生後階段才出現來源於Sca1的心肌細胞，這加強了至少胎兒心肌細胞不是來源於Sca1+細胞的觀點。Flk1譜係追蹤研究表明，在心髒中，它們主要作用於心內膜，盡管一些心肌細胞也被染色[65]。然而，Flk1可能不是分離ESCderived CPCs的最佳標記物，因為最近有報道稱它是肝細胞祖細胞的早期標記物[66]。

2003年，Anversa的實驗室描述了成年大鼠心髒中存在的c-kit+細胞，這種細胞有可能在體外分化為心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞[53]。結果表明，這些c-kit+細胞體外擴增後，能夠在MI大鼠模型中移植物並分化為心肌細胞，改善梗死動物[53]的LVEF。從成人心髒中提取的c-kit+細胞被翻譯到臨床，命名為SCIPIO[67]。這項臨床試驗有16名接受細胞治療的患者和7名對照組患者，報告了非常令人鼓舞的結果。在細胞治療的患者中，LVEF在4個月和1年分別增加8.2和12.3個單位[67]。讀者應該意識到，《柳葉刀》的編輯們已經對這項工作表達了擔憂[68]。

Anversa的研究結果首先受到了挑戰，因為一項新的研究報告稱，c-kit+細胞有助於新生兒心肌細胞的形成，但對成人心肌梗死沒有影響[69]。

2007年，Eduardo Marban的團隊描述了從心髒內膜活檢中分離出的細胞，這些細胞在聚d -賴氨酸包被板[54]上擴展後形成心球。這些心球源性細胞(CDCs)是一種異質細胞群，在其他標記物(c-kit和CD105)中表達，在培養[54]中不自發收縮。使用所謂的心球已經產生了大量的文獻，顯示在不同的心肌梗死動物模型中心髒功能的改善[54,70]。CD105+細胞正在CADUCEUS臨床試驗中進行研究[71]。在本研究中，31例患者被隨機分組，其中23例患者接受自體cdc治療(17例患者在去除一些技術故障後)，8例患者為對照組。1年時LVEF沒有發現差異，唯一的顯著影響是1年時與對照組相比，CDC組的疤痕尺寸減小[71]。

盡管兩項臨床試驗都已證明，從成人心髒中提取的細胞(無論是c-kit+[67]還是CD105+細胞[71])對心肌梗死患者是一種安全的治療方法，但為了確定細胞表麵標記物，以明確分離出能夠用傳統分化方法分化為心肌細胞的真正CPCs，還需要進行更多的臨床前研究。

ESC-derived心肌細胞

科學家們正在研究的另一種策略是用完全分化的心肌細胞替代死亡心肌，這種策略仍處於臨床前研究階段。最初的研究使用了胎兒和成人心肌細胞[72-74]，結果顯示，在梗死區，胎兒和新生兒[72-74]可長期移植，而成人[73]心肌細胞則未移植。值得注意的是，植入8周後，新生大鼠心肌細胞呈棒狀，細胞-細胞接觸區存在n -鈣粘蛋白和Cx43，類似成體心肌細胞[73]。

1998年從人囊胚中分離出第一批人ESCs (hESCs)細胞株[75]和人類心髒分化的初步方案的後發發展[76]，為探索hesc來源的心肌細胞(hESC-CMs)用於心肌梗死的潛力打開了大門。hESC-CMs能夠在體外與新生大鼠心肌細胞電機械偶聯，並在完全性房室傳導阻滯的豬模型中對心髒進行起搏[77]。隨後，在MI大鼠模型中進行的hESC-CMs測試顯示，相對於對照組大鼠，hESC-CMs可長期植入並改善心功能[77,79]。在這些研究中，在冠狀動脈結紮後4天[78]或7-10天[79]注射hESC-CMs，同時存在或不存在促生存因子[79]。有趣的是，雖然其中一項研究報道大部分移植物位於梗死邊界[79]，但另一項研究中移植物主要存在於瘢痕區域內[78]。在大鼠身上獲得的成功結果被複製到心率較慢的大型動物身上。使用表達鈣傳感器GCaMP3的工程化hESC-CMs，研究人員能夠在豚鼠[80]和非人類靈長類動物[81]MI模型中證明hESC-CMs與宿主心肌電機械耦合。盡管在豚鼠模型中獲得的結果令人鼓舞，研究人員觀察到hESC-CMs移植物的心律失常抑製作用[80]，在接受hESC-CMs治療的非人類靈長類動物中，心律失常過程的存在被認為是主要問題之一[81]。盡管hESC-CMs有大量的植入，覆蓋了40%的疤痕體積，並且在非人類靈長類動物中觀察到機電移植物-宿主耦合[81]，但心律不全事件可能是由於hESC-CMs無法獲得成熟的表型在活的有機體內，可能會延遲hESC-CMs向臨床研究的轉化。

隨著誘導多能幹細胞(iPSC)技術的出現[83]，從人囊胚中分離hESCs[82]後引發的倫理擔憂已被克服。目前，iPSCs可以使用無轉基因、免基因組整合的技術生成，如基於rna的仙台病毒載體[84]。hESC/iPSC分化後，少數細胞可能仍未分化;是畸胎瘤形成的潛在來源。不同的方法試圖消除未分化細胞，最近，李等人．[85]開發了一種使用小分子對抗survivin的臨床分級策略。這些分子選擇性地清除未分化的細胞，而不幹擾分化過程[85]。在實驗室中可以獲得高純度(90%)的人類ipsc心肌細胞[86]，一旦在非人類靈長類動物中報道的心律失常事件[81]得到解決，就可以很容易地用於患者特異性治療。

結論

自從近20年前的第一批研究證明了細胞療法作為心肌梗死治療新方法的可行性[35,72]以來，在臨床前研究中已經測試了多種細胞類型。骨髓間充質幹細胞、adc和成肌細胞是有吸引力的來源，因為可以提取大量細胞用於自體治療。BMCs和adc通過誘導梗死心髒的血管生成和旁分泌因子的分泌，顯示出對心功能的有益作用[49,51,87]。心肌梗塞臨床前模型中，成肌細胞增殖和分化幹擾不利的心室重塑[41]，但不能與宿主心肌細胞[37]電機械耦合。到目前為止，尚無證據表明bms、adc或成肌細胞介導宿主心髒增殖，且均未在體內分化或轉分化為心肌細胞[15,40,49]。

CPCs的吸引力在於，它們不僅可以產生心肌細胞，還可以產生平滑肌細胞和內皮細胞[88]，具有形成血管的潛力，而血管是心髒移植物存活所必需的。許多實驗室已經報道了基於細胞表麵標記分離胎兒、成人或hesc來源的CPCs[52,53,56]，而這些細胞表麵標記並不針對心血管譜係[57,60,66]。我們需要與發育生物學實驗室密切合作，以更好地幫助我們識別CPCs特有的細胞表麵標記。

在非人類MI靈長類模型中，hESC-CMs能夠在大麵積梗死心肌中重新填充，並與宿主心肌細胞電機械偶聯[81]，使其成為未來臨床試驗的極好細胞來源。改善細胞移植、心室心肌細胞的特異性分離和尋找促進hESCCM在體成熟的策略，以緩解心室節律不全過程，將有助於該療法從試驗台跳到床邊。

將細胞療法轉化為臨床研究並不像臨床前研究預測的那樣有益。這一事實可能與不同的因素有關，從植入前分離細胞的技術、密度梯度[24]和Ficoll[26]到植入細胞數量的差異(從50萬[68]到超過20億[26])。關於細胞數量，POSEIDON試驗報告了LVEF的反向劑量反應效應[89]。還應考慮到，臨床前研究中“患者”的受控條件無法在臨床研究中實現。

總之，細胞療法治療心肌梗死在臨床試驗中已被證明是安全的[24-27,50,71]，但是否能給患者帶來有益的效果尚存爭議[30-32]。這些結果表明，尋找心肌梗死理想細胞類型的競賽比以往任何時候都更加開放。

確認

我要感謝我的資金來源，康涅狄格州政府幹細胞種子基金13-SCA-YALE-32。

特別感謝Yibing Qyang教授和Carol Y. Suh對本文的批判性審閱。

腳注

作者聲明沒有利益衝突。

我向這篇文章中沒有展示他們出色工作的科學家們道歉。這篇綜述文章的構想是給這一不斷擴大的領域的概覽。

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