骨髓干细胞治疗心脏病的研究与进展
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干细胞治疗心脏疾病的最新进展心脏疾病一直是全球范围内威胁人类健康的重要问题,给患者及其家庭带来了巨大的痛苦和负担。
传统的治疗方法,如药物治疗、手术治疗等,虽然在一定程度上能够缓解症状、延长生命,但对于一些严重的心脏疾病,效果往往不尽如人意。
近年来,干细胞治疗作为一种新兴的治疗手段,为心脏疾病的治疗带来了新的希望。
干细胞是一种具有自我更新和多向分化潜能的细胞,它们可以分化为各种类型的细胞,包括心肌细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞等。
因此,通过将干细胞移植到受损的心脏组织中,有望修复或替代受损的心肌细胞,改善心脏功能。
目前,用于心脏疾病治疗的干细胞主要包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞和间充质干细胞等。
胚胎干细胞具有强大的分化能力,但由于其来源涉及伦理问题,应用受到了一定的限制。
诱导多能干细胞是通过将成熟细胞重编程为类似于胚胎干细胞的状态而获得的,虽然避免了伦理问题,但在安全性和有效性方面仍需要进一步研究。
间充质干细胞则具有来源广泛、免疫原性低等优点,成为了目前干细胞治疗心脏疾病研究的热点。
在干细胞治疗心脏疾病的临床研究方面,已经取得了一些令人鼓舞的成果。
例如,一项针对心肌梗死患者的临床试验表明,通过冠状动脉内注射间充质干细胞,患者的心脏功能得到了显著改善,梗死面积减小,心肌灌注增加。
另一项针对心力衰竭患者的研究也显示,干细胞治疗可以提高患者的运动耐力和生活质量。
然而,干细胞治疗心脏疾病仍面临着一些挑战。
首先,干细胞的移植效率和存活数量是影响治疗效果的关键因素。
在移植过程中,大量的干细胞可能会死亡或流失,导致治疗效果不佳。
其次,干细胞的分化方向和机制尚不明确,如何精确控制干细胞分化为所需的心肌细胞仍然是一个难题。
此外,干细胞治疗的安全性也需要进一步评估,例如干细胞移植可能会引起心律失常、免疫排斥等不良反应。
为了提高干细胞治疗心脏疾病的效果,科学家们正在不断探索新的方法和技术。
例如,通过基因修饰等手段增强干细胞的存活和分化能力,利用生物材料作为载体提高干细胞的移植效率,以及联合其他治疗方法如药物治疗、康复治疗等,以实现协同增效的作用。
干细胞移植治疗心脏病的最新研究进展心脏病是导致全球许多人死亡的主要原因之一,世界卫生组织估计全球每年有1700万人死于各种心脏病。
干细胞疗法作为一种新兴的治疗方法,近年来受到了广泛的关注。
干细胞具有自我更新和分化为各种细胞类型的能力,因此在心脏病的治疗中具有巨大的潜力。
本文将探讨干细胞移植治疗心脏病的最新研究进展。
干细胞移植治疗心脏病的基础是采用干细胞的自我更新和分化能力来修复受损的心脏组织。
现在已知有很多种来源的干细胞可以用于心脏病的治疗,如自体干细胞、胚胎干细胞、多能干细胞等。
其中,自体干细胞是指从患者自身身体组织中提取的干细胞,具有避免免疫排斥的优势。
目前的研究表明,干细胞移植治疗心脏病是安全且有效的。
近年来,一项最新的研究发现了一种新型干细胞,被称为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)。
iPSCs是通过将成熟的体细胞转化为干细胞的过程中获得的。
这一发现极大地推进了干细胞移植治疗心脏病的研究。
iPSCs具有多能性,能够分化为心细胞并进行心脏组织的修复。
研究人员发现,iPSCs移植后可以促进心肌细胞的生成和血管再生,有效恢复了受损心脏的功能。
除了iPSCs外,研究人员还发现胚胎干细胞在心脏病治疗中具有巨大的潜力。
胚胎干细胞来源于胚胎早期,具有极强的分化潜能。
研究显示,胚胎干细胞可以分化为心肌细胞、心内膜细胞等心脏组织,从而实现心脏组织的修复和再生。
然而,胚胎干细胞的使用还面临着伦理和法律等诸多限制,因此其应用范围受到了一定的限制。
另外一项最新的研究表明,干细胞可以通过释放细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)来治疗心脏病。
EVs是一种包裹着细胞分泌物的微小膜囊,包含有多种活性因子和生物活性分子。
研究发现,干细胞释放的EVs可以通过转运生物活性物质,促进心脏细胞的增殖和血管生成,从而发挥修复心脏组织的作用。
与传统的干细胞移植治疗相比,使用EVs的治疗方法具有更低的免疫排斥风险和更高的安全性。
・382・.,ollmdzofClinicalandExperirnentatMedicineVd.9,No.5Mar.2010骨髓干细胞治疗心脏病的研究与进展龚怡综述雷长城’审校(南华大学附属第二医院湖南衡阳421000)【关键词】骨髓干细胞心血管疾病移植各种心脏病发展到晚期大多导致心力衰竭,心力衰竭严重影响着心脏病患者的预后及生活质量。
而常规治疗手段效果有限,骨髓干细胞的临床研究越来越多。
现就骨髓干细胞的分类、作用机制、途径、存在的问题及前景等作简要介绍。
1研究背景及现状冠状动脉粥样硬化性心脏病、风湿性心脏病、扩张型心肌病等各种原因所致的心肌损伤发展到晚期大多伴有心腔扩大和舒缩能力下降,虽然成熟的心肌细胞不是终末分化细胞,但由于其增殖、分裂能力有限,新生成的心肌细胞远远无法修复坏死的心肌,具有完整舒缩功能的心肌细胞数量相对或绝对减少,受损心肌细胞由纤维组织瘢痕修复,未受损的心肌细胞代偿肥大,造成心肌功能收缩功能下降,最终导致心力衰竭。
目前常规的治疗手段只能缓解心衰症状,不能修复死亡或濒死的心肌。
心肌细胞在出生后已失去增殖能力或增殖能力极低,因此增加具有完整舒缩功能的心肌细胞数目,是改善心功能的关键。
细胞移植是一个切实可行的增加成体心肌细胞的方法,骨髓干细胞在体外有良好增殖能力,能在心肌内环境下分化为损伤组织所需要的心肌细胞,且无移植后的免疫排斥反应,因此在心肌损伤的治疗中备受关注。
Soonpaa等¨1首先尝试了心肌细胞移植,初步证实了心肌细胞移植的可行性。
他们将小鼠胚胎心肌细胞移植到正常小鼠心脏中,发现移植的心肌细胞能够存活并与受体心肌细胞产生闰盘连接。
随后,各种干细胞用于心脏病治疗。
干细胞移植成为心力衰竭治疗的一种新尝试。
德国和香港两个研究小组曾利用心肌梗死患者自身骨髓干细胞修复其受损伤的心脏取得成功。
另据报道,美国、德国、中国研究人员利用骨髓干细胞、或自体骨髓干细胞治疗心脏病或心肌梗死患者均取得重要进展。
与此同时,在巴西有利用心脏病患者自体骨髓十细胞或血液干细胞注射到患者右心室,能促使新心肌和血管的形成,使患者得到治愈。
2干细胞概况干细胞(bonemB_rrowstemcell,BMSC)是一类具有多向分化潜能的细胞,主要分为胚胎干细胞(ESC)和成体干细胞两大类。
干细胞具有以下几点主要的细胞生物学特性:①具有自我更新及自我维持的能力。
②具有多项分化的潜能,可以分化成心肌细胞、脂肪细胞和软骨细胞等。
③干细胞的分裂能力可维持相当长的时间,・通讯作者有的可持续终生。
④具有生理性的更新能力。
⑤干细胞的自我更新和分化需要特定的微环境,这个微环境能够提供一些因子维持干细胞的未分化状态,并能将诱导干细胞分化的因子排斥在外。
2.1胚胎干细胞胚胎干细胞是~种源于早期胚胎组织(4~5d)并能被诱导生成机体各种类型的细胞,具有自我更新能力的多能干细胞。
有研究表明,将胚胎干细胞移植到梗死心肌后,7一12周可形成稳定的心肌结构,明显改善血液动力学,促使梗死区新生血管生成∞1但胚胎干细胞移植应用于临床还存在很多问题,比如胚胎干细胞免疫原性引起的免疫反应,移植带来的社会、伦理、法律、道德等问题。
2.2成体干细胞成体干细胞是未分化的细胞出现在已分化的特定组织中,能够自我更新产生由其来源的所有特定组织。
目前用于移植的成体干细胞主要是骨髓干细胞(BMSC)。
骨髓干细胞包括造血干细胞(HSCs)、间质干细胞(MSCs)和血管内皮祖细胞(EPCs)三大类细胞群。
不同于胚胎干细胞,患者可将自身的骨髓干细胞用于移植治疗,从而避免了伦理方面的问题,由于它属于自身组织,也降低了免疫排斥反应的可能性。
2.2.1造血干细胞造血干细胞是骨髓中发现最早的干细胞群。
早在上个世纪50年代,临床就用骨髓移植的方法来治疗血液系统疾病。
在此后相当长的时间里,人们一直认为造血干细胞只能分化成血细胞,但近几年的研究结果显示并非如此。
Lagasse等Ho发现纯化后的造血干细胞在体内可分化为肝上皮实质细胞。
Orlie等【51发现包含肝星状细胞(HSC)的¨n—e—kit+细胞群在大鼠体内可以转化成心肌细胞,而不含HSC的Lin—e—kit+细胞群则不能形成新生的心肌组织。
这一结果表明骨髓造血干细胞可分化成心肌细胞。
2.2.2骨髓间充质干细胞1968年Friedenstein等在分离大鼠骨髓成骨细胞时,首次从骨髓基质中鉴定出一种非造血系成体多能干细胞,并证实这类细胞在体外能分化成各种间质细胞,如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞等,甚至能横向分化为神经细胞和神经胶质细胞,因此称之为MSCsoMSCs是中胚层来源的具有多向分化能力的干细胞,能实现自我更新和诱导分化。
体外培养细胞呈贴壁生长特性;典型细胞集落呈放射状排列。
免疫学检查MSCs不表达CD34、CD45、CDl4等造血细胞的标记;而表达为CD29、CD73、CDgO、CDl05、CDl66等。
骨髓中MSCs含量很低,一般为0.00l%一万方数据临乐和实验区学毒志2010年3_弟9基弟5期・383・0.01%,故要利用MSCs就必须体外分离、扩增。
目前,分离培养的方法主要有贴壁筛选法、密度梯度离心法、免疫选择/流式细胞仪分离法。
1995年,Wakitani等帕J研究大鼠发现,其MSCs体外增殖培养可被5一氮杂胞苷诱导分化为心肌样细胞,但其心肌样细胞的特点不详。
Makino等。
列用5一氮杂胞苷体外诱导骨髓来源的间充质干细胞,1周后30%的细胞变大,形成类心肌细胞,与相邻细胞连接;2周后出现肌管样结构并出现自主样搏动;3周后分化细胞同步起搏;分化的心肌细胞表达出具有特异性的心房利钠肽(ANP)、脑利钠肽(BNP)基因,并与抗肌球蛋白、抗支架蛋白、抗肌纤维蛋白抗体结合;电镜下能见特异的类心肌结构。
另外,Wang、Tomita等旧'9o将未经诱导的MSCs直接植入大鼠心肌组织,4周后发现植入的MSCs分化成了心肌细胞,这些研究证实,心肌微环境可诱导MSCs向心肌细胞分化。
2.2.3内皮祖细胞内皮祖细胞(EPcs)是一类具有特异性归巢于损伤区域并能分化增殖为成熟内皮细胞的一群干细胞。
1997年AsPca等¨吼首次用免疫磁珠分选的方法在外周血液中成功分离具有单个核、体外呈梭形、能形成管腔样结构且表达CD34+的EPCs。
之后又陆续发现骨髓和脐带血中均存在EPCs。
近年的研究发现,EPcs定居于成体骨髓,可被血管内皮生长因子(VEGF)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM—CSF)、干细胞因子(SCF)等动员到外周血,此外低氧预处理、组织的损伤及某些药物如他汀类亦可动员EPCs迁移、归巢到血管新生或损伤部位,在靶区域增殖分化为内皮细胞【11]。
l(awa啪to等u2。
将分离培养后的EPCs静注到已结扎冠状动脉前降支的雄性小鼠体内后,发现移植后的EPCs迁移聚集到梗死部位参与心肌血管再生。
Ba-do珊等¨纠则将人的EPCs移植到小鼠体内,发现EPCs同样可以分化为心肌细胞。
EPCs是内皮修复的关键因素之一,在维持血管损伤/损伤修复的平衡中发挥着重要作用。
3干细胞移植改善心功能的机制骨髓干细胞具有取材方便、体外扩增能力强、基因转染效率高、低免疫源性等特点,被认为是细胞和基因工程理想的种子细胞,但其改善心功能的机制尚不完全清楚,推测其可能机制为:①干细胞在适当条件下经诱导科分化为心肌细胞,并与宿主心肌细胞达到功能上的整合。
②干细胞分化成血管平滑肌细胞和内皮细胞,参与促进血管发育。
③移植细胞通过旁分泌产生一些可溶性因子(如VEGF、肝细胞生长因子等)来促进组织修复和功能改善。
④干细胞特别是MSC能选择性地降低细胞外基质基因表达,抑制心室重构。
⑤激活内源性心脏干细胞,使心脏自身的干细胞龛再生。
4移植途径4.1干细胞动员心肌损伤时,机体有自发的动员、归巢、分化过程以修复心肌和血管;同时,通过细胞因子刺激能促使更多的干细胞进入外周循环,通过归巢到达相应部位。
Odic等¨4o给脾切除心肌梗死模型小鼠在心肌梗死前5d至心肌梗死后3d每天注入人G—CSF和鼠SCF,27d后与生理盐水对照组相比,死亡率降低68%,梗死面积减少40%,左心室舒张末期容量降低26%。
4.2外周血管注射Kocher等¨纠在心肌梗死模型小鼠中经外周血管注入人骨髓中提取的成血管细胞,15周后发现显著的血管新生和血管生成,梗死面积减少24%。
这是干细胞移植中最简单的方法。
但其缺点在于冠状动脉血流量很小,仅占心搏出量的3%,心脏每跳一次仅有一小部分移植细胞能进入冠状动脉,故需经多次循环之后才能使移植的细胞达到相应部位。
4.3冠脉内移植2002年Strauer等¨刮首次对急性心肌梗死的患者进行选择性冠脉内注射自体骨髓单个核细胞的试验,与标准组对照,干细胞移植组梗死面积显著小于标准组,且每搏指数、左心室收缩末期容积、心肌收缩力等均有显著改善。
冠脉内移植的优点是可使损伤部位最大范围的接触移植细胞,但有人认为移植细胞有可能成为新的栓子而导致新的心肌梗死。
4.4心肌内直接注射此法可在直视下完成,能保证植入部位的准确性及细胞数量。
但此法为有创手术,较适合于同时行冠状动脉旁路移植术(CABG)的患者。
Stamm等【17o在2002年为实行CAGB术的病人直接心内注射ACl33+的自体骨髓干细胞,随访中发现左心室射血分数和组织灌注都有所提高。
但此效应是由干细胞移植和CAGB共同所致,需不伴CABG术的试验才可证明。
且心内直接注射是否引起恶性心律失常还有待证实。
5干细胞移植存在的问题及前景干细胞移植治疗心脏病已成为心血管领域研究的热点。
目前对于临床研究的结论仍需谨慎对待。
首先,大多数例数样本不够大,不过数百例;而且很多试验缺乏随机双盲对照。
其结论无论有效或无效都不能完全说明干细胞移植的可靠性。
其次,现在虽有多种可供移植的干细胞种类,但目前的移植手段还未能使更多的移植细胞到达预定损伤部位,移植效率不高。
另外,对于干细胞移植后可能带来的安全性问题,主要是不良心血管事件(如严重心律失常、新发梗死、再狭窄等),有待大规模、多中心、随机对照双盲试验证实。
干细胞移植治疗心力衰竭的研究已经取得了举世瞩目的进展,少数研究已经进入了Ⅱ期临床试验。
骨髓来源的于细胞取材方便,患者易于接受,且体外培养与扩增较为容易,因此许多研究者采用它们作为种子细胞,随着研究的进一步深入,其优越性有可能更为突出。
(下转第387页)万方数据临床和实验医学毒志2010年3曩第9基弟5囊・387・g]ycoprotoinlib/Iliapolymorphismandcoronaryarterydisease:impliea-[19]SerebruanyVL,MideiMG,MalininAI,eta1.Absenceofinteractiontionsforclinicalpractice[J].AmJPharnmcogenomics,2005,5(2):betw蝴atorvflatotinorother¥恤tin8andclopidogrel:resultsfromthein-93—99.teraetionstudyfJ].ArchIntomMed,2004,164(18):2051-2057.[14]ZieglerS。