我国冠心病发病率逐年上升,而继发于心肌梗死后心力衰竭的治疗仍然是医学难题之一。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。而干细胞是一类具有很强的自我更新能力及多项分化潜能的原始细胞,已有许多临床前试验表明干细胞移植可以通过修复和再生受损心肌,增强血管新生等作用,缩小心肌梗死面积,改善心功能。干细胞移植可能是治疗心肌梗死、再生心肌、防止左室重构和预防心功能衰竭的最有希望的治疗方法,而且治疗手段简便、受益人群广、有广阔的应用前景。
《国际循环》:骨髓干细胞移植治疗心力衰竭是近年来心血管研究领域的热点之一,您认为如何选择移植方式?骨髓干细胞通过什么样的机制治疗心力衰竭的?
马根山教授:骨髓干细胞移植的方法有很多种,目前主要有开胸直接心肌内注射、经冠状动脉导管注射、经外周静脉注射、经皮介入心内膜下移植、干细胞自体动员、心肌补片等。但还没有确切证据表明哪种途径更适合干细胞的存活和定居。开胸直接心肌内注射有定位准确、便于检测、量化准确等优点。但由于其创伤大,仅仅适合于开胸手术的病人,限制了此方法应用。有研究显示在经冠脉注射、静脉注射、心内膜注射三种途径中,心内膜注射的安全性和耐受性更好,冠脉内注射植入细胞数量更多,而静脉注射没有显示出细胞的定植。目前研究多采用冠脉内注射方法,但该方法需球囊阻塞冠脉一定时间,可能加重心肌缺血,细胞悬液也可能造成冠脉内微梗死,而且移植是否增加支架内再狭窄问题还存在争议。另外,干细胞动员也是研究热点之一,但单纯干细胞动员疗效不明确,动员剂的安全问题限制其临床推广,目前多采用细胞动员后采集行冠脉内注射方式。
目前,骨髓干细胞移植治疗心衰及改善心功能的机制尚未完全明确,多数学者认为可能与以下机制有关:(1)细胞分化作用。向心肌细胞及内皮细胞分化或者融合,这两种现象可能是并存的;(2)促进宿主心肌的血管新生;(3)旁分泌作用。骨髓干细胞能分泌VEGF、IL-6、血小板衍生生长因子(PDGF)、胰岛素样生长因子等多种细胞因子,促进毛细血管再生及干细胞向心肌细胞分化,改善梗死心脏的重构,增加心脏的功能;(4)动员自体心脏干细胞。骨髓干细胞移植后可动员自体心肌干细胞或祖细胞,并在骨髓干细胞形成的微环境中分化及增殖成为心肌细胞,持续改善心脏功能;(5)干细胞特别是骨髓间充质干细胞能选择性地降低细胞外基质基因表达,抑制心室重构。
《国际循环》:随着分子影像学技术的不断发展。MRI分子影像技术具有独特的优势,在干细胞移植研究中具有巨大的潜力。您在这一方面有何独到见解?进展如何?
马根山教授:在干细胞的研究中,要了解干细胞移植后在体内的生物学行为,离不开干细胞示踪。为了追踪观察移植细胞在宿主的存活、滞留、分布和转化情况,必须将干细胞加以标记,以便识别和监视。而MRI分子影像技术可以示踪磁探针标记的干细胞,它具有有效成像时间长,可观察细胞的动态迁徙过程,空间时间分辨率高,对比度好等特点。
目前我所负责的一个国家自然科学基金课题恰好是关于这方面的研究,我们通过超顺磁性氧化铁(SPIO)标记自体骨髓间充质干细胞,进而通过7.0 T MRI对其在心梗动物模型上进行活体示踪。我们发现MRI分子影像技术可观察细胞的动态迁徙过程,空间时间分辨率高;但是我们通过病理学示踪也发现部分移植细胞死亡后被巨噬细胞吞噬,其中含有铁离子。因此很难分辨是磁探针标记的活细胞还是细胞死亡后释放的自由铁离子。SPIO不是一个理想的示踪剂。目前分子成像方法还有PET、SPECT及近红外成像等,各有利弊。我们应该应用多模态方式综合评价移植的干细胞在活体内存活、滞留、分布和转化情况。
《国际循环》:干细胞移植与其它治疗措施联合应用的探讨也是近年来的研究热点,您在这方面的研究目前进展如何?谈一下未来展望?
马根山教授:由于干细胞移植前需经体外扩增或分离,为表达载体的体外转染提供了一个理想的时机并且移植入心肌的细胞成点状分布,为基因治疗提供平台,有利于分泌的蛋白扩散到整个梗死区域,因此骨髓干细胞移植结合基因治疗在缺血性心脏病中有着广阔的应用前景。我们在这方面也做了很多工作,包括血红素氧化酶基因修饰的骨髓间充质干细胞及组织激肽释放酶基因修饰的内皮祖细胞移植治疗急性心肌梗死的研究等;我们还通过细胞移植与细胞因子(如SDF-1)或他汀类药物联合应用治疗急性心肌梗死;另外,我们也通过缺氧预适应改善心脏干细胞的促存活、抗凋亡等效应,进而细胞移植入缺血心肌后改善心脏功能,并且取得了一定的成绩。
尽管干细胞移植面临着诸多问题,尚处于研究探索阶段,但干细胞移植技术作为治疗AMI的一种崭新独特手段,显示了强大生机,其临床效果已被较多学者所接受。不难想象,随着基础研究的不断深入、与基因及细胞因子等联合治疗,为干细胞治疗心肌梗死提供了更为广阔的发展前景。