撰文│李强杨黄恬
编辑│毕紫娟
审校│汤红明
我国近年急性心肌梗死（AMI）呈高发病率、高致残率、高致死率态势，是严重危害国人健康的难治性疾病，给患者、家庭、社会带来巨大负担。成人心脏再生能力有限，心梗所致大量死亡的心肌细胞由纤维疤痕替代，进而导致心律失常、心力衰竭（心衰）。通过冠状动脉介入和溶栓药物治疗及时恢复梗死区血供是治疗AMI的主要手段，但难以改善AMI后心肌细胞丢失导致的心肌重构，且仍有相当比例患者治疗后难以实现有效再灌注。此外，目前尚缺乏有效针对血液再灌带来的心肌损伤（缺血/再灌注损伤）的干预手段。因此，亟需开发改善缺血性心肌损伤后心肌细胞存活、再生、心肌重构与心功能的新策略、新方法。随着干细胞生物学、医学研究和技术的发展，通过移植干细胞/前体细胞/衍生心血管细胞及其产物的尝试显示其一定程度促进心肌修复，但不同类型干细胞的确切疗效和作用机制仍有待进一步明确。一、人多能干细胞（hPSCs）源心肌谱系
细胞促进缺血损伤心肌修复的作用
hPSCs包括胚胎干细胞（hESCs）和诱导多能干细胞（hiPSCs），可分化为心血管前体细胞（hPSC-CVPCs）、心肌细胞（hPSC-CMs）、内皮与平滑肌细胞、心外膜细胞（hPSCEPCs）等心脏细胞。多项研究证明移植hPSCs源心肌谱系细胞可促进心肌修复。如移植hPSC-CMs可改善MI小动物心肌细胞存活、血供、心脏病理性重构和心功能；在猪和非人灵长类大动物MI急性期或亚急性期移植的hPSC-CMs可在受体心肌组织存活、改善心功能、促进血管形成、抑制纤维疤痕，但在移植初期可引发一过性心律失常；移植hPSCEPCs也可改善MI小鼠心功能和血管新生；hPSCs分化的间充质干细胞（MSCs）可减轻缺血心肌炎症反应、改善心肌细胞存活和血管新生、促进心肌修复。笔者团队发现移植hPSC-CVPCs显著减少小鼠MI后心肌细胞死亡、促进血管新生、改善心功能、抑制疤痕；在食蟹猴MI模型中同样观察到移植hPSC-CVPCs后MI交界区心肌细胞死亡显著减少、心功能改善。此外，国际首个移植hESC-CVPCs到缺血性心肌病患者的临床试验，未见致瘤和心律失常。这些研究提示hPSCs源心脏谱系细胞在干预缺血性心脏病导致的心衰方面具有优势，但其疗效的提升、安全性、作用机制等均有待进一步研究。二、hPSCs源心肌谱系细胞促进缺血损伤
心肌修复的机制
hPSCs源心肌谱系细胞移植干预MI后心肌损伤的两个基本目标，一是通过细胞移植实现丢失心血管细胞替代；二是激活内源性心肌修复机制。研究发现hPSC-CMs移植到小动物和非人灵长类MI心脏后可与宿主心肌细胞整合，进而促进心功能恢复。恒河猴PSC-CVPCs移植到同种MI心脏可在体分化为心肌细胞，缩小纤维疤痕。然而，在多数研究中，移植细胞的低驻留率难以解释其通过细胞替代发挥修复作用。在大鼠心肌缺血/再灌注模型中，hPSC-CMs移植1周后已难以在受体心脏检测到；笔者团队也发现在不用免疫抑制剂时，hPSC-CVPCs移植到MI小鼠心脏3天后仅有极少量驻留，但移植1个月和3个月后心功能和病理性重构明显改善；移植hPSC-CVPCs到食蟹猴MI心脏后第3天的驻留仅为0.4%，但1个月后心功能仍显著改善。这些均提示旁分泌机制在hPSCs源心肌谱系细胞介导的心肌修复作用中起着关键作用。对其旁分泌谱研究显示hPSCs源心肌谱系细胞分泌的大量细胞外囊泡、可溶性细胞因子、非编码RNA等具有调控内源性免疫微环境稳态、激活内源性心肌保护机制、修复受损组织的作用。移植细胞分泌物具有与细胞移植相似的促心肌修复作用，但较等量细胞的作用弱，说明移植细胞的整合旁分泌作用是其心肌修复作用的重要机制。综上，实现hPSCs源心脏谱系细胞移植替代丢失心肌组织的目标尚待探索；而通过旁分泌效应激活内源性修复的机制在移植细胞短期驻留时已发挥作用。因此如何延长移植细胞驻留，在MI后不同病理阶段发挥细胞替代和旁分泌机制的合力，提升移植细胞的心肌修复作用是值得加强的研究课题。三、挑战和对策
虽然hPSC源心脏细胞可促进心肌修复，但其走向临床尚需解决一系列问题，如细胞及分泌产品的质控、疗效的提升、患者的适应证、移植方案（如细胞剂量和类型、移植时间、免疫抑制剂选择、移植途径）、安全性等。如下列举了一些主要挑战和对策。移植细胞的质控此问题与移植疗效和安全性直接相关，其中移植细胞的异质性问题尤其值得重视。不同类型及亚类型细胞和同一类型细胞不同培养条件、分化方案、成熟度及其分泌物均会对细胞移植安全性和疗效产生影响，但尚缺乏简便、可靠的生物学功能质控指标对其在活细胞状态进行精准区分和生物学功能质控。对策：利用单细胞测序技术与蛋白组学、代谢组学等技术，结合表征不同亚群细胞标志物的鉴定、高纯度特定功能亚细胞群的分选、分化效率提升策略的发展、适宜细胞成熟度的确定及与功能特征的结合等，均有助发展多维指标鉴别细胞和亚类型，并建立和完善移植细胞生物学功能质控指标。此外，规范化、自动化的大规模细胞生产流程的发展、基因组高稳定性细胞系的选择等均是细胞质控的重要举措。细胞存活和驻留率这直接影响移植疗效。移植细胞难以与细胞外基质锚定、梗死区炎症、缺血缺氧酸中毒和代谢产物堆积的微环境、疤痕组织形成及免疫排斥反应等均是导致移植细胞死亡的因素。对策：一是移植前预处理细胞以增强其抵抗应激能力，如缺氧预处理和促生存因子鸡尾酒诱导细胞内源性存活机制、抑制主要细胞死亡途径或通过基因工程改造细胞周期相关基因促进细胞增殖等；二是与生物材料或支持细胞协同移植，如水凝胶包裹移植细胞、hPSC-CMs与hPSC-s衍生内皮和平滑肌细胞、hPSC-EPCs或hPSC-MSCs等组合移植，以提高移植物驻留率和血管化；三是与组织工程结合，构建细胞膜片或心肌组织。如利用热敏材料构建心肌细胞膜片；利用3D生物打印等技术将细胞和细胞外基质结合到特定支架或模具中，形成具有电传导功能细胞补片；结合力学和电刺激等仿生微环境，构建心肌组织，提高移植细胞驻留率并发挥其支撑功能；新近有报道利用hPSCs源心血管细胞自组装机制构建心肌组织。这些探索为进一步构建血管化、大面积心肌组织以替代纤维疤痕提供了启示；四是开发低免疫原性通用型hPSCs或抑制免疫反应以减轻免疫排斥。免疫抑制剂可减轻免疫排斥反应，但其价格昂贵，并有明显副作用。因此一些新的免疫耐受策略正在探索中，如通过建立高覆盖面的hPSCs库，进行人白细胞抗原（HLA）配型；又如利用HLA-单倍型细胞系或基因编辑技术建立HLA-Ⅰ和HLA-Ⅱ抗原敲除hPSCs以及表达抑制自然杀伤细胞破坏的分子以抑制免疫排斥反应；或采用生物免疫调节手段,如共移植MSCs等具有免疫调控能力细胞，通过靶向调控T细胞激活及淋巴细胞相互作用抑制免疫排斥反应。此外，基于其旁分泌物的非细胞疗法同样存在驻留率低等问题，结合生物材料给微粒“穿衣”等解决方案正在研发中。不良反应心律失常是阻碍移植hPSC-CMs临床应用的重要因素。大动物研究显示整合到受体心脏的hPSC-CMs在移植早期可诱发心律失常，但可被抗心律失常药物控制。其原因尚不明，可能与移植细胞亚类型（如包含部分起搏和/或心房细胞）、成熟度异质性（不同成熟度hPSC-CMs的功能性耦合、异位激活和/或局部传导不同，均可导致异常脉冲的产生）、注射细胞量等有关。对策：获得高纯度hPSCCMs和心室肌细胞、确定适宜移植的成熟度、诱导hPSC-CMs收缩节律与受体心脏同步、优化移植和抗心律失常用药方案等均有助抑制移植hPSC-CMs诱发的心率失常，其有效性在临床试验前有待在大动物研究中明确。四、展望
尽管研究显示hPSCs源心肌谱系细胞及分泌物移植可促进MI后心肌修复，其质控标准、大规模生产体系有待发展、替代坏死心肌组织和旁分泌效应激活内源性修复机制的作用均有待提升；其确切的旁分泌因子和作用机制有待阐明；移植细胞与受体心脏细胞间的相互作用需进一步解析；其对缺血性心脏病干预的安全性、适应证、移植方案等均有待在一定规模大动物模型研究基础上，开展Ⅰ期、Ⅱ期临床试验加以明确。随着干细胞生物学和组织工程技术的发展，细胞培养及分化体系的进步，质控标准的建立和规范化，不同类型干细胞和衍生心脏组织细胞的组合移植，工程化心肌组织的构建，大动物建模和分析体系的完善，对缺血性心脏病损伤与修复机制的深入了解和单/双盲临床试验的开展，基于hPSCs源心肌谱系细胞和/或非细胞疗法有望在缺血性心脏病损伤修复领域发挥重要作用。（ID：yxckbsc）—END—
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