心臟干細(xì)胞及其應(yīng)用研究進(jìn)展

心臟干細(xì)胞及其應(yīng)用研究進(jìn)展心臟干細(xì)胞及其應(yīng)用研究進(jìn)展【關(guān)鍵詞】心臟干細(xì)胞治療心肌再生文獻(xiàn)綜述傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，成年哺乳動物的心臟是一個靜止器官，不具備完全修復(fù)損傷再生的能力。

組成心臟的細(xì)胞成分如心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞，已停止克隆增殖、分化、生長，但最近這一觀點(diǎn)受到了挑戰(zhàn)。

Kajstura等［1］在心臟組織中發(fā)現(xiàn)了一類正在分裂、增殖的細(xì)胞，同時發(fā)現(xiàn)這類細(xì)胞表達(dá)有心肌細(xì)胞生物標(biāo)志。

隨后，Quaini等［2］在性別錯配的心臟移植患者心臟中發(fā)現(xiàn)了一類具備干細(xì)胞特征的細(xì)胞，它們能夠自我更新、克隆增殖，在心臟組織內(nèi)分化為心臟的多種細(xì)胞成分，如心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等，據(jù)此Quaini等推斷心臟中存在心臟干細(xì)胞(cardiacstemcells,CSCs)。

CSCs的發(fā)現(xiàn)改變了人們以往對心臟自我穩(wěn)態(tài)維持及損傷修復(fù)的認(rèn)識，同時，它為終末期心臟病的治療提供一條新的途徑。

現(xiàn)就CSCs及以其為基礎(chǔ)的心臟病治療作一綜述。

1CSCs的發(fā)現(xiàn)Beltrami等［3］在大鼠的心臟中發(fā)現(xiàn)了CSCs，證實(shí)了Quaini等人的推斷，他們在大鼠心臟中分離的這類細(xì)胞表達(dá)ckit及干細(xì)胞因子（stemcellfactor,SCF）。

Beltrai等人在研究中證實(shí)了這類細(xì)胞具有干細(xì)胞特征，在體外培養(yǎng)下這類細(xì)胞可以克隆增殖，而且可以分化出心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞并表達(dá)其生物學(xué)標(biāo)志。

但在實(shí)驗(yàn)中同時發(fā)現(xiàn)，這類細(xì)胞雖然可以分化，但是其并未完全成熟。

在將這類細(xì)胞注射到心肌梗死動物模型的心臟梗死部位后，人們觀察到這類細(xì)胞在體內(nèi)可以分化為表達(dá)肌球蛋白的圓形小細(xì)胞和帶有血管樣結(jié)構(gòu)的小細(xì)胞。

隨后，研究人員在多種動物如小鼠［4］、狗［5］中發(fā)現(xiàn)存在CSCs。

Messina等［4］在人的心臟活檢標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)分離出了表達(dá)ckit和sca1的細(xì)胞，并在體外培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞可以自我更新，將其移植入小鼠心臟后可以分化為能夠收縮、表達(dá)心肌蛋白的肌細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞，證實(shí)這些細(xì)胞具有自我克隆增殖、多能分化能力，是人類心臟中固有的CSCs。

2CSCs與心臟穩(wěn)態(tài)隨著對CSCs研究的深入，發(fā)現(xiàn)CSCs對心臟穩(wěn)態(tài)的維持有重要意義，CSCs受損、功能退化將直接影響心臟功能。

Urbanek等［6］對比研究了急性與慢性缺血性心臟病患者心臟組織中的CSCs，發(fā)現(xiàn)兩組患者心臟中干細(xì)胞的數(shù)量較正常對照組都有提高，其端粒酶活性也較對照組高，且急性缺血性心臟病患者CSCs的數(shù)量與端粒酶活性顯著高于慢性缺血性心臟病患者。

在慢性缺血患者CSCs中，有較多是無活力、處于凋亡狀態(tài)、不具備分裂與損傷修復(fù)能力的細(xì)胞。

這項(xiàng)研究提示，慢性缺血性心臟病患者心功能進(jìn)行性減退，最終發(fā)生心衰，可能與功能完好的CSCs減少有關(guān)。

Huang等［7］在研究多柔比星的心臟毒性時也有相似發(fā)現(xiàn)。

在予幼鼠多柔比星后，其成年后發(fā)生心衰可能是因?yàn)槎嗳岜刃菗p傷了CSCs，最終導(dǎo)致CSCs數(shù)量減少，心臟損傷修復(fù)能力減弱。

Torella等［8］研究發(fā)現(xiàn)CSCs與心臟的衰老關(guān)系密切。

隨著年齡的增長，CSCs功能退化、數(shù)量減少，引起心臟再生修復(fù)能力減弱，最終導(dǎo)致心臟功能減退。

近期的一項(xiàng)研究顯示，運(yùn)動可以激活CSCs，從而能夠提高心臟功能［9］。

3CSCs的分類CSCs存在于哺乳動物心臟中。

目前在研究中發(fā)現(xiàn)了多種心臟細(xì)胞，根據(jù)這些細(xì)胞生物學(xué)標(biāo)志不同可以將其分為3類：

(1)ckit+細(xì)胞。

這類細(xì)胞以表達(dá)ckit為特征，常常共表達(dá)sca1(stemcellantigen1)和MDR1(mutidrugresistancelikeprotein1)。

這類細(xì)胞是目前發(fā)現(xiàn)最早也是研究較多的CSCs。

ckit是一種干細(xì)胞生物學(xué)標(biāo)志，細(xì)胞表達(dá)ckit一般被認(rèn)為具有多能分化潛力，心臟中的ckit+細(xì)胞在動物實(shí)驗(yàn)中認(rèn)定其有自我更新克隆、多能分化潛能等干細(xì)胞特性［3,5］。

最近一些研究發(fā)現(xiàn)，ckit對于CSCs還有重要生物學(xué)功能。

Kuang等［10］發(fā)現(xiàn)，ckit通過激活p38MAPK途徑介導(dǎo)CSCs在心臟發(fā)生梗死時由正常心肌向梗死部位遷移。

Li等［11］發(fā)現(xiàn)ckit可以促使CSCs開始分化，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞最終分化成熟。

(2)側(cè)群(sidepopulation,SP)細(xì)胞。

SP細(xì)胞以低的Hoechst熒光染色為特征，目前在鼠及人等哺乳動物的多種組織中通過相同的弱熒光染料染色現(xiàn)象已分離出相應(yīng)的SP細(xì)胞，其具有干細(xì)胞特性。

研究人員已在心臟中分離出了SP細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)下這些細(xì)胞能夠自我更新，與心肌共培養(yǎng)能夠分化成自發(fā)收縮的細(xì)胞［12］。

Yamahara等［13］發(fā)現(xiàn)心臟SP細(xì)胞有多種細(xì)胞成分，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、間質(zhì)干細(xì)胞等。

(3)cardioblast細(xì)胞。

這類細(xì)胞以表達(dá)Islet1為特征。

Laugwitz等［14］在小鼠心臟中分離出了Islet1+細(xì)胞，與新生鼠的心臟細(xì)胞共培養(yǎng)后這些細(xì)胞能分化為可自發(fā)收縮的心肌樣細(xì)胞，并與周圍細(xì)胞形成電機(jī)械信號聯(lián)系。

RosenblattVelin等［15］在動物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，cardioblast細(xì)胞能夠自動向心臟歸巢，并分化為心肌組織。

需要指出，由于缺少特異性生物標(biāo)志，這種對CSCs的分類并不絕對嚴(yán)格，存在一部分交叉細(xì)胞，可能表達(dá)多個類型的生物學(xué)標(biāo)志。

目前這3類細(xì)胞之間的內(nèi)在聯(lián)系尚未明確，它們?nèi)绾螀f(xié)同完成對心臟穩(wěn)態(tài)的維持及損傷的修復(fù)亦未明確。

4CSCs的起源關(guān)于CSCs的起源，目前有兩種觀點(diǎn)。

一些學(xué)者認(rèn)為其起源于骨髓，骨髓中的一部分細(xì)胞遷移定居在心臟中構(gòu)成CSCs，主要依據(jù)有：

(1)在對性別錯配的心臟移植患者的研究中發(fā)現(xiàn)，女性供者的心臟在受者體內(nèi)一段時間后可出現(xiàn)含有Y染色體的CSCs［2］；在性別錯配的骨髓移植患者心臟中發(fā)現(xiàn)了異源的CSCs［16］。

(2)Mouquet等［17］發(fā)現(xiàn)心肌梗死后CSCs的數(shù)量將會減少，在梗死1周后其數(shù)量將會恢復(fù)至基線水平，新的CSCs共表達(dá)CD45，提示骨髓中的細(xì)胞補(bǔ)充了CSCs。

(3)Pouly等［18］在人的心臟活檢標(biāo)本中分離得到的CSCs共表達(dá)CD45。

另一些學(xué)者認(rèn)為起源于胚胎，CSCs是殘留的胚胎發(fā)育時期的原始細(xì)胞，主要依據(jù)有：

(1)cardioblast細(xì)胞表達(dá)Islet1，Islet是一種胚胎細(xì)胞生物學(xué)標(biāo)志。

(2)Wu等［19］在鼠胚中分離出的ckit+/nkx2.5+細(xì)胞與ckit+CSCs十分相似，并且可以分化為心肌細(xì)胞。

5以CSCs為基礎(chǔ)的心臟疾病治療CSCs可以自我增殖，并能夠分化為心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞，參與心臟損傷修復(fù)，改善心功能，以CSCs為基礎(chǔ)的治療方法為終末期心臟病的治療提供了一條新途徑。

5.1體外分離培養(yǎng)擴(kuò)增CSCs，回植入體內(nèi)Bearzi等［20］將體外培養(yǎng)的人類CSCs植入心肌梗死動物模型的心臟內(nèi)，發(fā)現(xiàn)這些動物模型的心功能都較對照組有明顯改善。

植入的人類CSCs可以分化心肌細(xì)胞，替代梗死后無活力的心肌細(xì)胞。

目前這個以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的心肌再生治療正處于探索階段，并未用于人類心臟疾病的治療。

5.2藥物提高CSCs功能CSCs的獲取、分離、培養(yǎng)、增殖較困難，不利于臨床的應(yīng)用。

因此研究人員試圖通過藥物刺激心臟中原有的干細(xì)胞增殖分化修復(fù)損傷：

(1)生長因子。

Torella等［21］發(fā)現(xiàn)，造血生長因子和胰島素樣生長因子可以刺激動物CSCs增殖。

在給心肌梗死模型動物注射上述兩種生長因子后，發(fā)現(xiàn)動物的心臟中CSCs數(shù)量明顯增加，動物的心臟梗死面積明顯縮小。

(2)periostin。

Kuhn等［22］發(fā)現(xiàn)periostin可以刺激CSCs分裂，從而提高心肌細(xì)胞數(shù)量，改善心臟功能。

(3)HMGCoA還原酶抑制劑。

在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，HMGCoA還原酶抑制劑如辛伐他汀，可以有效地減少心肌死亡和減輕心臟肥厚［23］。

隨后研究證實(shí)該藥的這種作用與其激活CSCs，促進(jìn)心肌細(xì)胞再生有關(guān)［24］。

6小結(jié)與展望綜上所述，CSCs是一類存在于心臟組織內(nèi)能夠自我更新及克隆增殖的細(xì)胞，它具有多能分化潛力，能夠分化為心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及血管平滑肌細(xì)胞等多種細(xì)胞，對心臟的穩(wěn)態(tài)維持有重要意義。

心臟病變時CSCs能夠增殖分化，參與心臟損傷修復(fù)。

以CSCs為基礎(chǔ)的治療方法為心臟疾病的治療提出了一條新的途徑。

目前，CSCs增殖分化調(diào)節(jié)的機(jī)制尚未明確。

在多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，CSCs并不能自發(fā)地分化，常常需要與心肌細(xì)胞共培養(yǎng)，或是在培養(yǎng)基中加入一些細(xì)胞因子后細(xì)胞才能夠分化。

移植入心臟中的CSCs雖然可能分化為心肌細(xì)胞但并不能完全分化成熟，提示需要額外的因子促進(jìn)其完全分化成熟。

CSCs移植治療心臟疾病尚處于探索階段，移植入體內(nèi)的干細(xì)胞分化效率并不高，需要尋找提高細(xì)胞分化效率的方法。

隨著對CSCs認(rèn)識的深入，以CSCs為基礎(chǔ)的治療結(jié)合心臟輔助技術(shù)，給予心臟充分的休息與修復(fù)時間，將可能達(dá)到心臟再生，從而減少心臟移植需求。

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