干细胞具有多向分化潜能，干细胞移植技术可能成为治疗心肌缺血坏死和心力衰竭的有效措施。目前国内外开展了大量干细胞移植促进心肌再生的基础和临床研究，但是异议不少，本文就当前进展为临床医生理解干细胞移植治疗心血管疾病力图简明扼要地综述如下。

1. 干细胞移植的主要争论

无论是心肌缺血坏死导致的心肌梗死还是终末期的心力衰竭，其主要原因都是心肌细胞死亡和减少。干细胞移植治疗这类疾病的前题是必须使心肌细胞和血管细胞再生。现今，干细胞能够分化成新生血管细胞没有异议，但对于它们是否能够分化为心肌细胞存在着激烈的争论。仅仅几年前，人们普遍认为成人心肌细胞是一种高分化细胞，不能再生。如果是这样，按照细胞丧失的速率计算，大多数人到40岁时应当是Heartless。近来许多研究以确凿的证据表明多种干细胞可以分化成新的心肌细胞。例如，Quaini 等将女性供体心脏移植入男性病人后，发现该移植的心脏中含有男性染色体的心肌细胞大约占7~10％，表明该移植的心脏发生了一定程度的心肌再生。2005年3月份召开的美国心脏病科学年会上报道对114例接受了女性供体心脏的男性病人于移植后进行心脏活检，发现女性供体心脏中均有男性染色体的心肌细胞，移植心脏有缺血症状病人的男性染色体心肌细胞比例相对于没有缺血症状的心脏显著增加，而且这些细胞具有干细胞的表面标志c-kit，有力的证明心肌细胞可以再生而且在损伤时这种修复功能会增加。

然而，《Nature》和《Cardiovasc Res》均报道骨髓造血干细胞（bone haematopoietic stem cells, HSCs）不能转分化为心肌细胞。这些结果以其独特而科学的研究令人信服，引起了医学界的巨大震动。但是，这些研究并不是否认所有干细胞，因为骨髓造血干细胞已经发生了一定程度的定向分化。

在《Nature》发表上述文章之后，美国FDA召集世界上的著名专家进行了座谈，《Science》评论员撰文阐述了如下观点：临床试验中有确凿的证据（因其它原因死亡而尸检的病理报告）表明移植的骨髓干细胞转分化成了新生心肌细胞；胚胎干细胞目前尚不能进入临床试验；骨髓干细胞以“鸡尾酒”形式可能更为妥当，但不排除寻找能够向心肌及血管细胞多向分化的单个干细胞亚群（如SP 细胞及骨髓多能干细胞）；骨骼肌祖细胞由于引发心律失常，常需种植埋藏式除颤起搏器才能进行；用粒细胞集落刺激因子动员骨髓干细胞的临床试验，由于其引发炎症及冠脉血管内再狭窄而停止等等。因此，人们在探索干细胞治疗心血管疾病的征途上应该谨慎，特别是临床试验，但不应停滞不前。

从上述报道可以得出如下结论：无论是在生理还是病理情况下，心肌细胞均在不断更新，只不过更新的比例非常少。虽然有报道认为骨髓造血干细胞不能分化为心肌细胞；但是，包括骨髓干细胞临床试验的尸检报告、女性供体心脏内的男性染色体心肌细胞等均确凿的证明心肌细胞可以再生。干细胞移植治疗心肌梗死和心力衰竭有望成为新的突破性治疗方法。

2. 干细胞移植的主要种类

干细胞移植的种类主要有胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells，EScs），骨髓间充质细胞（Bone marrow mesenchymal stem cells，MSCs)，心脏干细胞（Myocardial tissue stem cells，cardiac stem cells), 内皮祖细胞（Endothelial Progenitor Cells，EPCs）及内皮祖细胞的特殊类型CD133＋cells。(详见下table 1)

胚胎干细胞是全能干细胞。在特殊的培养条件下，可以分化成各三个胚层的各种细胞，包括心肌细胞和内皮细胞。目前培养的人胚胎干细胞可以具有心肌细胞的结构和电生理功能。虽然在理论上我们可从胚胎干细胞克隆得到无限的心肌细胞，但是由于伦理、法律上的原因，以及胚胎干细胞的成瘤性，阻碍了其在临床上的应用。核移植技术的应用有可能促进胚胎干细胞应用于临床。

骨髓间充质干细胞，是一组多能干的具有CD34-CD45-表型的非造血干细胞。研究发现间充质干细胞在体外可以诱导分化成心肌样细胞，可以形成肌丝样和闰盘样结构，并且可以表达心房利钠肽和脑钠肽，电生理研究表明该细胞具有心室肌细胞样动作电位。大鼠体内移植表明经体外诱导或不经诱导的间充质干细胞均可改善心功能，认为其改善心功能主要是由于诱导了血管新生。将人的间充质干细胞移植入小鼠心肌梗死区也可以分化形成心肌细胞，并表达其特有标志。在这些研究中，间充质干细胞表达肌源性特异标志和改善心脏功能，但是对于间充质干细胞是否能够确定的分化为心肌细胞存有争议。

鉴于冠心病是由于缺血造成，因此人们对可以分化成血管的内皮干/祖细胞也进行了多方面的研究。体外实验表明这些细胞在细胞因子存在下可以迅速扩增并且分化成内皮细胞，在体内可以归巢到缺血部位并促进血管新生，改善心肌梗死模型裸鼠的左室功能，削弱左室重塑，降低心肌细胞的凋亡。Schuster将一种比内皮干/祖细胞更原始的称为成血管细胞（angioblast）移植入心肌梗死大鼠中，发现其在分化形成新生血管的同时可以诱导心肌细胞的产生。Galli等应用的是一种类似的mesoangioblasts细胞，将其移植入小鼠梗死心肌处后发现梗死处血管密度增加，梗死面积和心肌细胞的凋亡减少，而且比骨髓祖细胞移植组的效果更佳。CD133＋细胞是内皮祖细胞和造血干细胞早期的一种表型，研究表明它可以分化为内皮细胞，但由于在体外不能扩增，因此限制了其临床应用。尽管有如此多的关于促血管形成治疗心肌缺血方面的研究，但由于细胞追踪技术的不确切，使得由内皮干/祖细胞或成血管细胞而来的新生血管的数量很难估计，其促进血管新生的机理目前仍不清楚。

近些年的研究表明无论正常还是病理情况下心室肌细胞中均存在处于分裂周期的细胞，对这些细胞进行计数后表明在梗死心肌边缘和正常心肌中其比例分别是0.08％和0.03％。Oh 、Matsuura等研究认为心脏存在心脏祖细胞（cardiac progenitor cells），其表型是Sca-1，在未分化前它不具有心肌细胞结构和特异蛋白，但移植入缺血心肌后，可以分化为心肌细胞并表达其特有标志物。体外实验证明，在异丙基肾上腺素刺激下其跳动可以加快。同时还可以被诱导为成骨和成脂肪细胞，表明它具有干细胞的多能性。Beltrami等也报道在心脏中发现Lin-c-kit心脏干细胞，是一种多能干细胞，可以分化为内皮、平滑肌和具有功能的心肌细胞，在梗死心肌模型大鼠体内可以促进心肌修复。就此，作者认为心脏主要是由终分化细胞组成，但并不是终分化器官，它包含了可以再生的细胞。2005年《Nature》发文报道在出生后的小鼠、大鼠和人的心脏中发现isl1心脏祖细胞，研究发现此种细胞可高效转化成具有稳定的心肌细胞表型、同时还可产生动作电位的心肌细胞。这些实验虽然有确凿的证据表明心脏中确实存在多能干细胞，但为什么心肌梗死时心脏干细胞在还没有修复好坏死心肌时就停止了分化新生的脚步，有可能是由于心脏中干细胞数量过少，也可能是微环境的改变，将来进一步的研究或许能够回答这些问题。

Table 1：目前主要的移植用的细胞

ES, embryonic stem; MAPC, multipotent adult progenitor cell.

EPC：Endothelial Progenitor Cells

Circ J2005; 69: 1431– 1446

Circ Res. 2005;96:151-163

３．移植的主要模式

移植的主要目标就是尽可能移植足够多的细胞数并且使其尽可能长的停留在目的区域，以便移植细胞有足够的时间分化成心肌和内皮细胞。其主要的模式分为经血管移植和直接注射移植。

经血管移植主要包括经冠状动脉注入，经静脉注入及注射细胞因子来动员干细胞和祖细胞等方式。经冠状动脉移植是当前最主要的细胞移植方式，其操作简便，可以移植未分选的骨髓干细胞，骨髓间充质细胞，分选的外周血祖细胞等。但这种方式是否能够促进细胞快速的到达损坏组织以及能否促进细胞的滞留仍然不清楚。经静脉注射虽然报道可以改善心功能，但这种方式使人对其移植的细胞归巢问题持有怀疑态度，而且近来的报道证实心肌梗死后经冠脉注入的细胞才能归巢至心脏，经静脉则不能归巢至心脏。外周血动员干细胞的方案在早先被认为简单易行，是一项非损伤性的方案，而且在动物模型上观察到了有益的效果，但是由于可以引发再狭窄，因此不得不终止该项实施方案。

直接注射主要有直接注射至心内膜，经心外膜注射或者经冠状静脉。直接注射比较适合于应用较大个体的细胞，因为大个体的细胞经血管容易引发微血栓。但直接注射有较高的技术难度，尤其是对于新发心肌梗死的病人，将细胞注射于梗死心肌周边，是一个非常高难度的工作。心内膜注射将导管直接经主动脉瓣进入后，直接注射至左室壁上。根据文献报道，平均的完成时间大约为60—200min不等。心外膜下注射一般是在行冠状动脉搭桥手术时附带进行的，其创伤较大，一般不采用。经冠状静脉注射一般是在超声引导下进行，由于冠状静脉的位置变异大，因此操作的难度也较大。

4．移植在临床的应用

4.1心肌梗死的治疗

不论对于移植的骨髓干细胞是否能够分化为心肌细胞有多么热烈的争论，但对于移植细胞能够改善心脏功能却是大家一致认可的。对于在临床应用的移植细胞大致可以分为未分选的骨髓细胞和分选的骨髓干细胞，另外就是通过干细胞的动员来获得治疗效果。（table2对于当前进行的几个临床试验进行了粗略的总结）。

未分选的骨髓细胞现在已经应用了很多例病人。从几个应用未分选骨髓细胞移植治疗100多例病人的短期和中期效果来看，未分选骨髓细胞是安全。采髓处没有出血症状，移植后也没有发生新坏死的心肌，没有发现钙化，再狭窄等不良并发症。这些实验表明未分选的骨髓细胞可以改善左室功能，增强室壁运动。尽管早期的非随机对照实验表明移植细胞可以缩小左室梗死面积的大小，但以后随机对照实验BOOST（theBOne marrOw transfer to enhanceSTelevation infarct regeneration）表明，移植后对照组与试验组的梗死面积没有明显变化，这有待于进一步大规模的实验来证实。同时，左室舒张末期容积也没有明显变化，这可能表明未分选骨髓细胞在改善左室心肌重塑方面受到了一定的限制。

分选的骨髓干细胞有几种，大部分取得了较好的临床效果。TOPCARE-AMI实验所使用分选的祖细胞以及使用外周循环血中的祖细胞均取得了相似的临床预期效果（table2中第二行所示），可以改善左室功能，增强室壁运动，减小梗死范围，增加梗死区域的血流，但左室舒张末期容量没有明显改变。间充质干细胞移植后也可以改善左室功能，使左室的舒张末期容量下降，梗死面积减小，同时也没有发生心律失常等其它并发症。另外一种细胞CD133细胞移植后虽然取得了室壁运动增强，左室功能改善，左室灌注增加，但是在14例病人中有6例发生了再狭窄，另外2例发生了病变血管的新生损害。当然，进一步的结果需要得到大规模试验的证实，而不能完全依赖这个小规模的临床试验。

4.2心力衰竭的治疗

慢性心力衰竭是一个全球范围内流行的疾病，最新流行病学调查表明，慢性心力衰竭的主要病因已经由先前的高血压和瓣膜病转为心肌梗死后的长期存活。(table3对目前治疗心力衰竭的试验进行了粗略的总结)

治疗心力衰竭目前用的非常多的是肌母细胞（Skeletal Myoblasts）。这主要是肌母细胞与心肌细胞有着非常多的相似性。在许多试验中，尽管报道移植了肌母细胞后左室功能可以显著改善，并且也有注射肌母细胞区域新生细胞的证据。但由于其注射后可以引发严重的心律失常，因此导致人们普遍的担心。但近来的一个报道应用自体的肌母细胞移植，在观察了20例病人，移植14个月后均没有发生心律失常。因此，作者推测是否是异种蛋白的反应导致了心律失常。但这个问题尚需进一步的大规模试验来证实。

应用骨髓中的CD133细胞在行冠脉搭桥术时同时进行移植治疗，结果没有

TABLE 2 Cell Therapy Trials in Patients With Acute Myocardial Infarction

MNC indicates bone marrow– derived mononuclear cells; CPC, circulating blood-derived progenitor cells; NC, bone marrow– derived nucleated cells; MSC, bone marrow– derived mesenchymal stem cells; CD133_, bone marrow– derived CD133_ cells; IC, intracoronary; AMI, acute myocardial infarction; LVEF, left ventricular ejection fraction; LVEDV, left ventricular end-diastolic volume; *Nonrandomized control groups; ?Effects reported only within cell therapy groups.(Circ Res. 2005;96:151-163)

TABLE 3. Cell Therapy Trials in Patients With Ischemic Cardiomyopathy

LVEF indicates left ventricular ejection fraction; CD133, bone marrow– derived CD133 cells; MNC, bone marrow– derived mononuclear cells; CPC, circulatingblood-derived progenitor cells; MI, myocardial infarction; CABG, coronary artery bypass grafting; EMM, electromechanical mapping; IC, intracoronary; LVEDV, left ventricular end-diastolic volume; *CABG of noninjected territories only; ?CABG of injected and noninjected territories(Circ Res. 2005;96:151-163)

出现明显的副作用如心律失常等，在手术6~8个月后，患者的左室射血分数增加，注射区域的血流灌注有明显改善，但由于没有对照，这些结果遭到质疑。在另外一个试验中，86例病人移植了未分选的骨髓细胞或者外周血祖细胞，3个月后，分选骨髓细胞移植组的左室射血分数增加了3％，但其它组没有变化。更进一步的结果仍需要大规模的临床试验和随访。

５.副作用及其担心

目前在动物实验中的副作用报道是非常少的。在狗的心肌梗死模型中，经冠状动脉注入间充质干细胞后可以见到微梗死，ST段抬高和T波的改变。Yoon报道心肌梗死模型的大鼠注入骨髓干细胞后发现梗死心肌周围存在干细胞来源的钙化点。目前严重的副作用发生于临床实验中，应用骨骼肌祖细胞移植的病人于移植后的11至22天间发生了持续的严重室性心律失常，这可能是由于骨骼肌祖细胞分化后的肌细胞缺乏心肌细胞之间的闰盘所致。应用骨髓来源的干细胞移植虽没有发生严重的心律失常，但通过心内膜方式移植的试验仍应注意心律失常发生的危险。应用骨髓干细胞移植令人比较担心的可能是肿瘤和瘤样血管形成，但目前尚没有此方面的报道。另一个较严重的副作用即细胞因子动员干细胞移植时导致冠状动脉狭窄，这个临床试验目前已经停止。

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