干细胞治疗心衰的临床研究：回顾与进展

来源：生物谷

梁小婷

同济大学附属东方医院再生医学研究所助理研究员。长期从事干细胞与衰老、干细胞与免疫、干细胞与心血管疾病方向的研究，承担/参与多项国家级、省部级课题项目，相关成果在Aging Cell、Cell Death & Disease、FASEB J 等期刊发表
撰文：梁小婷编辑：陈圆圆 郑天慧审校：汤红明来源：干就有未来
心血管疾病是一种严重威胁人类健康的疾病，发病率在全球非传染性疾病中居首位。在我国，心血管病死亡率居疾病死亡构成的首位。心力衰竭是各种心血管疾病的严重阶段或终末阶段，其特点为心肌细胞数量减少和心功能低下，而心肌细胞的功能一旦丧失则不可逆。各种改善冠状动脉供血的内外科治疗虽能挽救部分濒死的心肌细胞，但对已经坏死或无功能的心肌尚无有效的治疗作用。20世纪90年代干细胞移植技术的出现与发展，为心肌梗死及终末期心衰患者的治疗带来了曙光。
干细胞移植是指把具有自我更新与分化能力的干细胞移植到患者体内，修复或替换受损的心脏细胞，包括心肌细胞、内皮细胞等，进而增强和改善心功能，抑制心室进行性重构，阻止心衰患者病情的恶化与发展。干细胞移植已成为当前心血管病领域研究的热点。干细胞可分为两大类：多能干细胞和成体干细胞。下文将从这两类细胞出发，谈谈各自的临床研究进展。

多能干细胞

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胚胎干细胞

诱导性多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cell, iPSC）具有分化成三个胚层细胞的能力，可在体外“无限”增殖，同时保持干性，可分化为有功能的心肌细胞、神经元、胰岛细胞等。然而ESC存在来源上的伦理问题以及移植后的成瘤风险，到目前为止，只有法国开展了有关ESC衍生心血管前体细胞（ESC derived-cardiac progenitors）治疗心衰的临床研究。在该研究中，Menasche等将ESC分化为心血管前体细胞（cardiac progenitors）后，包裹在纤维蛋白补片上并移植到心包腔中，3月后该患者心衰症状得以改善，NYHA分级从Ⅲ级降至Ⅰ级，左室射血分数从26%提高至36%。同一团队在2018年报道了6例严重心衰患者随访1年的研究数据，结果表明ESC来源的心血管前体细胞有利于心衰症状恢复和左室功能改善。尽管该研究样本量较小，为开放性的单臂研究，混杂因素较多，很难对ESC来源的心血管前体细胞做出有效性评价，但该研究提供了细胞扩增、分化及纯化的GMP规范，以及此类细胞在临床应用中极为重要的安全性数据，为ESC来源的干细胞的推广和应用提供了依据。

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诱导性多能干细胞

2006年，Shinya Yamanaka利用病毒载体将4个基因转入成年老鼠的皮肤细胞中，使其重编程并获得一簇类似于ESC的新型细胞，即iPSC。诱导性多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cell, iPSC）在形态、倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与ESC相似，但无来源及伦理制约，为干细胞的基础研究及临床疾病治疗带来了新的希望。2017年7月，大阪大学提出临床实验试验申请，计划将人iPSC分化成的心肌细胞（iPSC-CM）培养成直径数厘米、厚约0.1毫米的“心肌片”，直接贴附到缺血性心脏病患者的心脏上。上述疗法的安全性和有效性已在大动物实验中得到了验证，目前该研究正处于国家申请流程，如得到相关的实验许可，则是iPSC-CM用于治疗心脏病的首次尝试。

成体干细胞

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骨骼肌成肌细胞

骨骼肌成肌细胞（Myoblast）最早被认为是心肌再生最理想的细胞来源，然而移植后的致命性室性心律失常成为了开展临床研究的巨大瓶颈。由于潜在的风险及效应的不确定性，且近年又出现了更为安全有效，更具转化潜力的干细胞类型，有关骨骼肌成肌细胞的研究热度逐渐下降。

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骨髓单核细胞 

第一个应用骨髓单核细胞 （Bone Marrow Mononuclear Cell, BM-MNC）的临床试验始于2001年。一位46岁的病人在心梗6日后接受了自体BM-MNC冠脉内注射，10周后心梗面积显著缩小，心脏功能显著提高了20%-30%。随后一系列的小规模Ⅰ期临床试验也肯定了这种细胞疗法的可行性和安全性。2004年，德国科学家报道了一项随机对照、开放标签的试验的研究结果：该实验共入组STEMI（ST-segment elevation myocardial infarction，ST段抬高型心肌梗死）病人60例（30例对照组，30例细胞治疗组），在经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention, PCI）术后4.8天接受自体BM-MNC冠脉内注射，移植6月后细胞移植组左室射血分数较对照组提高了6%。2017年，该研究团队又报道了Ⅱ期随机双盲临床试验的研究结果，重新评估并探讨了BM-MNC的治疗效果、剂量以及γ射线预处理对其疗效的影响：该实验入组了153例STEMI病人，在PCI术后8.1±2.6天接受了自体BM-MNC移植，结果显示细胞移植6月后左室射血分数较对照组仅提高了1%，γ射线预处理不影响细胞疗效。另外的一些临床研究亦表明BM-MNC对急性心梗或充血性心衰均无明显治疗效果。这些有争议的数据使人们对BM-MNC的疗效产生了质疑。

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间充质干细胞

内皮祖细胞(Endothelial progenitor cell，EPC)具有易得、扩增快、免疫原性低等特点。2012年POSEIDON trial比较了自体及异体骨髓MSC对缺血性心肌病的疗效。结果表明自体或异体MSC移植均未导致严重不良反应，且可提高患者的生活质量和活动能力，减少瘢痕面积，逆转心室重构，改善心功能；更为重要的是，异体MSC移植并未导致免疫排斥，为异体MSC临床试验的开展提供了依据。2012年世界上首个获批上市的干细胞药物Prochymal即为健康青年来源的骨髓MSC。在随机双盲安慰剂对照的临床实验中，心梗后静脉输注Prochymal后可提高射血分数。除了骨髓MSC，人们还进行了脐带来源MSC治疗心衰的尝试。在RIMECARD Trial中，静脉输注脐带MSC未导致临床不良事件发生，且可提高左室功能及患者生活质量。MSC的安全性基本已经得到公认，使其成为了临床应用范围最广的干细胞类型，目前已有15个获批上市的MSC药物。葛均波教授团队统计了2006-2017年间9个（共612例患者）关于MSC治疗心衰的临床试验数据，肯定了MSC移植的良性获益。然而，由于MSC发挥作用的方式主要是旁分泌和免疫调节，转分化为功能性心肌细胞的效率极低，无法在功能上替代坏死的心肌细胞，一定程度上局限了其治疗效果。

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内皮祖细胞

内皮祖细胞(Endothelial progenitor cell，EPC)来源于骨髓单核细胞，同时表达造血干细胞及内皮细胞的表面标志。典型的EPC可通过CD34阳性分选富集为CD34+干细胞，分化成内皮细胞并促进新生血管形成。应用外周血动员的CD34+干细胞治疗顽固性心绞痛，可显著降低心绞痛的发作频率，提高运动耐量，降低死亡率。Quyyumi等应用骨髓自体CD34+干细胞治疗STEMI，该试验入组了共31例病人，结果提示冠脉内输注CD34+干细胞可提高SREMI患者的心脏灌注，缩小梗死面积；在阳性结果的鼓舞下，他们紧接着又进行了更大规模的Ⅱ期临床试验（PreSERVE-AMI trial，入组病人共161例），随访6月后的数据提示干细胞移植对左室射血分数及梗死面积均无显著影响，但这不足以否定其在心脏再生中的应用潜力和价值，一些影响疗效的因素例如细胞剂量及来源、入组病人的数量及入排标准等，都有可能造成结果上的偏差，因此，在安全性得以保证的前提下，需通过更为严谨的实验设计和更大规模的临床试验重新评估CD34+干细胞的疗效。

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心肌球样细胞

心肌球细胞（cardiosphere，CSP）是心肌组织经贴壁生长后，再种植在多聚赖氨酸包被的培养皿中，形成具有三维结构的异质性细胞组合。心肌球样细胞 ( Cardiosphere-derived cell, CDC)是将CSP消化后铺于黏连蛋白包被的培养皿中继续培养形成的单层贴壁细胞，多表达CD105、CD166等干细胞标志。2012年，Makkar等首次开展了冠状动脉内注射自体CDC治疗心梗的研究（CADUCEUS trial），评估3种不同剂量CDC经冠状动脉内移植的疗效，结果显示CDC移植可显著缩小梗死面积，增加活性心肌和收缩期室壁厚度，但对左室射血分数及心功能分级无明显作用。京都医科大学Naofumi Takehara等开展的ALCADIA试验结果表明，自体CDC移植治疗缺血性心肌病可使提高最大氧耗量。另外一项利用同种异体CDC治疗心梗的临床试验（ALLSTAR Trial）正在招募中，该实验在第一阶段计划入组14例病人，对CDC移植的安全性进行评估，第二阶段计划入组120例病人，对CDC移植的有效性进行评估。这些研究的成果都有可能为进一步研究CDC提供思路和方向。值得注意的是CDC作为一群异质细胞，移植一年后未观察到严重不良事件，值得进一步大规模的临床实验对其进行安全性及有效性的评估。

总结