心臟干細胞及其應用研究進展心臟干細胞及其應用研究進展【關鍵詞】心臟干細胞治療心肌再生文獻綜述傳統觀點認為，成年哺乳動物的心臟是一個靜止器官，不具備完全修復損傷再生的能力。

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

Kajstura等［1］在心臟組織中發(fā)現了一類正在分裂、增殖的細胞，同時發(fā)現這類細胞表達有心肌細胞生物標志。

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

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

現就CSCs及以其為基礎的心臟病治療作一綜述。

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

Beltrai等人在研究中證實了這類細胞具有干細胞特征，在體外培養(yǎng)下這類細胞可以克隆增殖，而且可以分化出心肌細胞、血管平滑肌細胞和內皮細胞并表達其生物學標志。

但在實驗中同時發(fā)現，這類細胞雖然可以分化，但是其并未完全成熟。

在將這類細胞注射到心肌梗死動物模型的心臟梗死部位后，人們觀察到這類細胞在體內可以分化為表達肌球蛋白的圓形小細胞和帶有血管樣結構的小細胞。

隨后，研究人員在多種動物如小鼠［4］、狗［5］中發(fā)現存在CSCs。

Messina等［4］在人的心臟活檢標本中發(fā)現分離出了表達ckit和sca1的細胞，并在體外培養(yǎng)中發(fā)現這些細胞可以自我更新，將其移植入小鼠心臟后可以分化為能夠收縮、表達心肌蛋白的肌細胞及血管內皮細胞，證實這些細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)現兩組患者心臟中干細胞的數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能力的細胞。

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

Huang等［7］在研究多柔比星的心臟毒性時也有相似發(fā)現。

在予幼鼠多柔比星后，其成年后發(fā)生心衰可能是因為多柔比星損傷了CSCs，最終導致CSCs數量減少，心臟損傷修復能力減弱。

Torella等［8］研究發(fā)現CSCs與心臟的衰老關系密切。

隨著年齡的增長，CSCs功能退化、數量減少，引起心臟再生修復能力減弱，最終導致心臟功能減退。

近期的一項研究顯示，運動可以激活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)現了多種心臟細胞，根據這些細胞生物學標志不同可以將其分為3類：

(1)ckit+細胞。

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

這類細胞是目前發(fā)現最早也是研究較多的CSCs。

ckit是一種干細胞生物學標志，細胞表達ckit一般被認為具有多能分化潛力，心臟中的ckit+細胞在動物實驗中認定其有自我更新克隆、多能分化潛能等干細胞特性［3,5］。

最近一些研究發(fā)現，ckit對于CSCs還有重要生物學功能。

Kuang等［10］發(fā)現，ckit通過激活p38MAPK途徑介導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ckit可以促使CSCs開始分化，調節(jié)心肌細胞最終分化成熟。

(2)側群(sidepopulation,SP)細胞。

SP細胞以低的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象已分離出相應的SP細胞，其具有干細胞特性。

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

Yamahara等［13］發(fā)現心臟SP細胞有多種細胞成分，包括血管內皮細胞、平滑肌細胞、間質干細胞等。

(3)cardioblast細胞。

這類細胞以表達Islet1為特征。

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

RosenblattVelin等［15］在動物實驗中發(fā)現，cardioblast細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志，這種對CSCs的分類并不絕對嚴格，存在一部分交叉細胞，可能表達多個類型的生物學標志。

目前這3類細胞之間的內在聯系尚未明確，它們如何協同完成對心臟穩(wěn)態(tài)的維持及損傷的修復亦未明確。

4CSCs的起源關于CSCs的起源，目前有兩種觀點。

一些學者認為其起源于骨髓，骨髓中的一部分細胞遷移定居在心臟中構成CSCs，主要依據有：

(1)在對性別錯配的心臟移植患者的研究中發(fā)現，女性供者的心臟在受者體內一段時間后可出現含有Y染色體的CSCs［2］；在性別錯配的骨髓移植患者心臟中發(fā)現了異源的CSCs［16］。

(2)Mouquet等［17］發(fā)現心肌梗死后CSCs的數量將會減少，在梗死1周后其數量將會恢復至基線水平，新的CSCs共表達CD45，提示骨髓中的細胞補充了CSCs。

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

另一些學者認為起源于胚胎，CSCs是殘留的胚胎發(fā)育時期的原始細胞，主要依據有：

(1)cardioblast細胞表達Islet1，Islet是一種胚胎細胞生物學標志。

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

5以CSCs為基礎的心臟疾病治療CSCs可以自我增殖，并能夠分化為心肌細胞、內皮細胞，參與心臟損傷修復，改善心功能，以CSCs為基礎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)擴增CSCs，回植入體內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，發(fā)現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可以分化心肌細胞，替代梗死后無活力的心肌細胞。

目前這個以干細胞為基礎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，不利于臨床的應用。

因此研究人員試圖通過藥物刺激心臟中原有的干細胞增殖分化修復損傷：

(1)生長因子。

Torella等［21］發(fā)現，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)現動物的心臟中CSCs數量明顯增加，動物的心臟梗死面積明顯縮小。

(2)periostin。

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

(3)HMGCoA還原酶抑制劑。

在之前的研究中發(fā)現，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］。

隨后研究證實該藥的這種作用與其激活CSCs，促進心肌細胞再生有關［24］。

6小結與展望綜上所述，CSCs是一類存在于心臟組織內能夠自我更新及克隆增殖的細胞，它具有多能分化潛力，能夠分化為心肌細胞、內皮細胞及血管平滑肌細胞等多種細胞，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。

以CSCs為基礎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增殖分化調節(jié)的機制尚未明確。

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

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

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

隨著對CSCs認識的深入，以CSCs為基礎的治療結合心臟輔助技術，給予心臟充分的休息與修復時間，將可能達到心臟再生，從而減少心臟移植需求。

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