丁九陽 周播江

【摘要】自從20世紀(jì)末，心臟干細胞（Cardiac Stem Cells，CSCs）被發(fā)現(xiàn)并分離，以往認(rèn)為的心臟細胞不可再生的傳統(tǒng)觀點被顛覆，心臟干細胞的價值越來越來越受到重視，許多學(xué)者開始從心臟干細胞這一新方法來治療心臟疾病。本文就CSCs的特點及應(yīng)用進展作一綜述，尤其對其在心肌缺血疾病中的應(yīng)用進行總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】心臟干細胞；心肌梗死

【中圖分類號】Q2 【文獻標(biāo)識碼】B【文章編號】1004-4949（2015）03-0659-02

1998年，Kajstura[1]等發(fā)現(xiàn)心肌中有一種能夠分裂的細胞。至此，以往的心肌細胞不可再生的觀念受到置疑。2002年，Hierlihy[2]等發(fā)現(xiàn)這種細胞能夠自我更新及多向分化，因此將其稱為心臟干細胞。CSCs的發(fā)現(xiàn)使人們重新認(rèn)識到心臟內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)維持。鑒于其組織特異性及其分化特點，心臟干細胞可能是心肌梗死的另一個治療方法。

1 CSCs定義

CSCs有許多不同表型，其最重要的特點為自我克隆更新及分化增殖。CSCs在不同的生長因子及環(huán)境下可以分化為心肌細胞，內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞等。其在維持心臟內(nèi)環(huán)境動態(tài)平衡中起到重要作用。CSCs數(shù)量及功能的異?？梢灾苯訉?dǎo)致心臟疾病。

2 CSCs來源

CSCs在心臟中的存在甚微，約8000·20000個心肌細胞中只含有1個CSCs[3]，因此不同學(xué)者的研究結(jié)果有差異。針對CSCs的來源，目前有兩種說法已被廣大學(xué)者認(rèn)同：內(nèi)源性及外源性[4]。前者是指在胚胎時期就存在 于心臟中，后者指心臟以外來源的細胞在出生后定植于心臟中。心肌細胞表達Islet-1，這個標(biāo)志物也是胚胎干細胞的表面標(biāo)志，另外，Wu SM等從大鼠胚胎中分離出了與c-kit+ CSCs類似性質(zhì)的C-Kit+/nkx2.5+細胞，且這種細胞能分化為心肌細胞[5]，這些都說明CSCs來源于胚胎時期的心臟中。而證明CSCs的外源性的最經(jīng)典的實驗則是2002年的Quaini等[6]的體內(nèi)性別交錯心臟移植研究，他們將女性心臟移植到男性受者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在男性宿主的女性心臟中發(fā)現(xiàn)Y染色體的心肌細胞，有力地證明了CSCs外源性的特點。

3 CSCs分類

根據(jù)細胞表型可以將CSCs分為三類。

3.1 c-kit CSCs： c-kit細胞是由Beltrami等[7]發(fā)現(xiàn)最早且研究最深入的一類。c-kit是干細胞表面標(biāo)志，c-kit細胞表達c-kit與細胞分化潛能有很重要的聯(lián)系，最近有學(xué)者[8]發(fā)現(xiàn)在心?；颊遚-kit能通過p38 MAPK通路從而促使CSCs從心肌層向梗死區(qū)遷移。同時，Li等[9]發(fā)現(xiàn)c-kit可以促使CSCs分化成熟。

除了關(guān)于表面標(biāo)志功能的研究，對c-kit CSCs的研究也相當(dāng)深入，大量體內(nèi)實驗證明[10-12]外源性c-kit CSCs移植至心臟后，移植的c-kit CSCs可以分化為心肌細胞和冠狀血管，從而改善心室重構(gòu)，增強心功能。

3.2 Sca-1+ CSCs：Sca-1是ly-6（淋巴坑原6）家族中的一員，是造血干細胞的一種表面標(biāo)志，另外，還表達CD31與CD38.Sca-1+ CSCs與心肌細胞共培養(yǎng)時可分化為功能性心肌細胞。移植心梗小鼠Sca-1+ CSCs可通過旁分泌VCAM-1（血管細胞粘附分子-1）、VEGF（血管內(nèi)皮細胞生長因子）和向心肌分化等途徑來改善心功能[13]。敲除sca-1基因可造成小鼠心臟功能障礙，影響c-kit+ CSCs增殖能力[14]。

3.3 側(cè)群細胞（SP CSCs，side population CSCs）：早在2002年由Hierlihy[2]等首次報道。其表達ABCG2（ATP-binding cassette G2）轉(zhuǎn)運蛋白，表現(xiàn)為低的Hoechst33342熒光特性，因此可用流式細胞儀分選獲得，用此方法已經(jīng)從許多哺乳動物如鼠、人類等分離獲得。體外培養(yǎng)證實SP CSCs可以自我更新及分化為心肌細胞[15]。SP CSCs包括許多類型細胞：血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和骨髓間充質(zhì)細胞[16]。

4 CSCs的分化與調(diào)節(jié)

CSCs分化成心肌細胞的過程需要許多因素調(diào)節(jié)，例如細胞因子、激素、藥物和細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子。

4.1 細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子

Di Felice[17]等發(fā)現(xiàn)CSCs的分化需要GATA4、ATF2（adaptive transversal filter2）、NKX2.5和MEF2的表達。腫瘤生長因子（TGF-β，tumor growth factor-β）與骨髓形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP-2，Bone morphogenetic protein-2）與CSCs表面受體結(jié)合介導(dǎo)GATA4、ATF-2與MEF2的表達，從而刺激CSCs終末分化[18]。另外，阿片類荷爾蒙可調(diào)節(jié)GATA4與NKx2.5的表達，通過蛋白激酶K通路來介導(dǎo)CSCs的分化。

4.2 藥物與激素

Ventura[19]等發(fā)現(xiàn)催產(chǎn)素可刺激CSCs分化。5-氮胞苷可共價結(jié)合轉(zhuǎn)甲基酶從而促使CSCs的終末分化[20].因此，這些刺激物均可用于CSCs的促分化成心肌細胞。

4.3 骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）

BMP是一個蛋白家族，它在胚胎發(fā)育過程中有著重要作用，其調(diào)節(jié)胚胎細胞向心臟細胞的轉(zhuǎn)化且能促使CSCs向心肌細胞分化。Van等[21]研究證實體外培養(yǎng)CSCs中加入BMP可促使向心肌細胞分化，說明BMP在CSCs分化中的重要作用。

5 CSCs移植

目前動物試驗大多采用骨髓間充質(zhì)干細胞來代替CSCs來進行移植，也取得了較好的效果[22]。目前CSCs應(yīng)用于臨床還有許多難題，CSCs獲得，分化誘導(dǎo)，臨床試驗等許多方面[23]。雖然動物移植試驗取得了良好效果，但真正移植入梗死心肌的CSCs的存活及分化數(shù)量上仍然很低。因此必須找到刺激CSCs分化擴增的因子。Torella[24]等發(fā)現(xiàn)胰島素樣生長因子（IGF-Insulin like growth factor）可以在體內(nèi)刺激CSCs分化。骨膜蛋白可刺激CSCs分化并增加心肌細胞數(shù)量從而提高心功能[25]。Urbanek[26]等發(fā)現(xiàn)移植的CSCs在梗死邊界區(qū)的分化能力較強，分析原因可能是由于梗死區(qū)內(nèi)環(huán)境惡劣，超過了CSCs的增殖修復(fù)能力，進而影響到CSCs的遷移。所以找到更有效的藥物或因子來增強移植的CSCs的遷移及增殖能力才是首要問題。鑒于移植的CSCs的種類、數(shù)量的不確定性，因此，要把握心臟的內(nèi)環(huán)境和移植入的CSCs的通信，保持完整干細胞特性這兩個審查中心[27]。

6 問題與展望

雖然在動物模型上有一定的成果。但仍然存在許多問題：（1）不同表型CSCs的分化潛能的能力大??；（2）CSCs穩(wěn)態(tài)被激活的機制；（3）心臟病變時被動員的CSCs是心臟源性的還是骨髓源性的；（4）尋求最適合移植的CSCs表型細胞及適合數(shù)量。鑒于CSCs的巨大潛能，因此其應(yīng)用前景應(yīng)該會很廣闊。

參考文獻

[1] Kajstura J，Leri A，F(xiàn)inato N，et a1.Myocyte proliferation in end-stage cardiac failure in humans[J]. Proc Natl Acad Sci USA[J]，1998，95（15）：8801-8805

[2] Hierlihy AM， Seale P， Lobe CG， et a1.The post-natal heart contains amyocardial stem cell population[J]. FEBS Lett， 2002，530（1-3）：239-243

[3] Matsuura K，Nagai T，Nishigaki N，et al.Adult cardiac Sca-1-positive cells differentiate into beating cardiomyocytes [J]. J Biol Chem，2004，279（12）：11384-11391

[4] Hosoda T.C-kit-positive cardiac stem cells and myocardial regeneration[J].Am J cardiovasc dis，201，2（1）： 58-67.

[5] Wu SM，F(xiàn)ujiwara Y，Cibulsky SM，et al.Developmental origin of a bipotential myocardial and smooth muscle cell precursor in the mammalian heart[J].Cell.2006；127（6）：1137-1150.

[6] Quaini F，Urbanek K，Beltrami AP，et al.Chimerism of the transplanted heart[J].New England J Med，2002，346（1）：5-15.

[7] Beltrami AP，Barlucchi L，Torella D，et al. Adult cardiac stem cells are multipotent and support myocardial regeneration[J].Cell，2003，114（6）：763-776.

[8] Kuang D，Zhao X，Xiao GX，et al.Stem cell factor/c-kit signaling mediated cardiac stem cell migration via activation of p38 MAPK[J].Basic Res Cardiol.2008；103（3）：265-273.

[9] Li M，Naqvi N，Yahiro E，et al.c-kit is required for cardiomyocyte terminal differentiation[J]. Cire Res.2008；102（6）：677-685.

[10] Ishikawa K，F(xiàn)ish K，agueroJ，et al. Stem Cell Factor Gene Transfer Improves Cardiac Function After Myocardial Infarction in Swine[J].Circ Heart Fail，2014，114（11）：246-2256.

[11] Hong KU，Bolli R.Cardiac stem cell therapy for cardiac for cardiac repair[J].Curr Treat Otions Cardiovasc Med，2014，16（7）：324-336.

[12] Van Berlo Jh，Kanisicak O，Maillet M，et al.c-kit+cells minimally contribute cardiomyocytes to the heart[J].Nature，2014，509（7500）：337-341.

[13] Tokunaga M，Liu ML，Nagai T，et al.Implantation of cardiac progenitor cells using self-assembling peptide improves cardiac function after myocardial infarction[J].J Mol Cell Cardiol，2010，49（ 6）：972-983.

[14] Bailey B，F(xiàn)ransioli J，Gude NA，et al.Sca-1 knockout impairs myocardial and cardiac progenitor cell function[J].Circ Res，2012，111（ 6）： 750-760.

[15] Oh H，Bradfute SB，Gallardo TD，et al.Cardiac progenitor cells from adult myocardium：homing，differentiation，and fusion after infarction[J].Proc Natl Aead Sci USA.2003；100（21）：12313-12318.

[16] Yamahara K， Fukushima S， Coppen SR， et al. Heterogeneic nature of adult cardiac side population cells.Biochem Biophys Res Commun. 2008；371（4）：615 -620.