治療心肌梗死，干細(xì)胞和基因治療開啟 “新賽道”

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球每年約有1790萬人死于心血管疾病，其中心肌梗死占據(jù)了相當(dāng)大的比例。面對如此嚴(yán)峻的健康危機，尋找有效的治療手段迫在眉睫。近年來，干細(xì)胞和基因治療作為新興的治療方法，在心肌梗死的治療領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力，為攻克這一難題帶來了新的契機，它們正逐漸成為醫(yī)學(xué)研究的熱點方向，有望改寫心肌梗死治療的歷史。

近日，天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)實驗中心在期刊雜志《心血管醫(yī)學(xué)前沿》發(fā)表了一篇有關(guān)“治療心肌梗死的兩種有希望的方法：干細(xì)胞和基因治療”的文章[1]，該文章主要內(nèi)容是探討干細(xì)胞和基因技術(shù)在心肌梗死（MI）治療中的應(yīng)用。結(jié)果表明：干細(xì)胞和基因療法代表了治療心肌梗塞的變革性方法，為改善心臟功能和降低發(fā)病率帶來了希望。

心肌梗死：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

心肌梗死 (MI)，俗稱心臟病發(fā)作，仍然是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因。盡管再灌注療法等緊急醫(yī)療干預(yù)措施取得了進展，但由于不可逆的心肌損傷，許多患者仍然患有嚴(yán)重的長期心臟功能障礙。成人心臟的再生能力有限，對治療和康復(fù)過程構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。因此，探索促進心肌修復(fù)和改善心臟功能的創(chuàng)新治療策略已成為一個重要的研究領(lǐng)域。

治療心肌梗死，干細(xì)胞和基因治療開啟 “新賽道”

近年來，兩種有前途的方法已成為心肌梗死治療的潛在游戲規(guī)則改變者：干細(xì)胞療法和基因療法。

干細(xì)胞療法涉及使用各種類型的干細(xì)胞，例如間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 和誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (iPSC)，來替換受損的心肌細(xì)胞并刺激心臟組織的再生。這些細(xì)胞可以分化為心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，從而有助于心臟的結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)。此外，干細(xì)胞可以分泌旁分泌因子，促進血管生成、減少炎癥和抑制細(xì)胞凋亡，從而為心臟修復(fù)創(chuàng)造更有利的環(huán)境。

另一方面，基因治療側(cè)重于傳遞特定基因來改變心臟細(xì)胞內(nèi)靶蛋白的表達。這種方法旨在通過上調(diào)參與心肌細(xì)胞增殖、存活和分化的基因來增強心臟的內(nèi)在再生能力。某些生長因子或轉(zhuǎn)錄因子的過度表達可以刺激內(nèi)源性心臟祖細(xì)胞增殖并分化為功能性心肌細(xì)胞。基因治療還可以針對參與纖維化和重塑的途徑，從而防止梗塞后心臟出現(xiàn)不良的結(jié)構(gòu)變化。

然而，仍有幾個挑戰(zhàn)需要解決，包括優(yōu)化細(xì)胞輸送方法、確保長期基因表達以及盡量減少潛在的副作用。

本綜述旨在深入分析這兩種治療方法的當(dāng)前進展、作用機制和未來前景，強調(diào)它們改變心肌梗死臨床管理和改善患者預(yù)后的潛力。

干細(xì)胞治療：修復(fù)心肌的希望之星

細(xì)胞治療正逐漸成為一種規(guī)避心臟病不良影響的新策略。眾多實驗與臨床研究表明，將細(xì)胞移植到受損心肌中已取得了令人滿意的成果。值得注意的是，這些數(shù)據(jù)顯示，移植的干細(xì)胞能夠分化為心臟的主要細(xì)胞類型，并改善心臟功能。

然而，一些臨床試驗卻得出了相互矛盾的結(jié)果。心臟病的發(fā)生與發(fā)展涉及心臟結(jié)構(gòu)和功能的多種病理變化。心肌梗死（MI）和冠狀動脈疾病是西方國家最為常見的心臟病類型。心肌梗死可導(dǎo)致心肌重塑，包括左心室擴張、心肌肥厚、纖維化瘢痕組織形成以及心肌細(xì)胞減少。介入治療可以改善患者的生活質(zhì)量，但這些治療方法無法預(yù)防心力衰竭的進一步發(fā)展。

在動物模型中，基于細(xì)胞的治療不僅可以替代死亡的心肌細(xì)胞，還能抑制心臟重塑。特別是新生兒、胎兒和成人心肌細(xì)胞、骨骼肌成肌細(xì)胞、人臍帶血細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞以及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，都被用于心肌梗死后的心肌再生（圖1）。

MI需要使用各種類型的細(xì)胞進行心肌再生。每種細(xì)胞類型在MI的背景下應(yīng)用時都有其獨特的優(yōu)勢和劣勢。

大量文獻證明細(xì)胞移植是修復(fù)受損心肌的良好策略。本節(jié)我們介紹不同細(xì)胞類型在心肌梗死中的優(yōu)缺點（表1），一些實驗室和臨床細(xì)胞移植的嘗試，并進一步探討各類細(xì)胞用于受損心肌再生的局限性。

治療心肌梗死的干細(xì)胞類型及優(yōu)缺點

心肌細(xì)胞：胚胎期心肌細(xì)胞快速增殖分化構(gòu)成心臟。多數(shù)哺乳動物心肌細(xì)胞DNA合成與有絲分裂時不進行細(xì)胞質(zhì)分裂，成年心肌細(xì)胞常見單核、雙核甚至三核。

• 傳統(tǒng)觀點認(rèn)為成人心臟損傷后，心肌細(xì)胞靠肥大而非分裂滿足供血需求，不過近期研究表明心肌細(xì)胞在正常及梗死心肌中均可分裂。雖新生兒心臟有修復(fù)能力，但損傷后心肌細(xì)胞分裂不足以修復(fù)受損心肌。
• 大量研究顯示，移植新生兒、胎兒或成人心肌細(xì)胞對多種心臟疾病有效，胎兒及新生兒心肌細(xì)胞因遺傳物質(zhì)未成熟、可塑性強，修復(fù)效果優(yōu)于成人心肌細(xì)胞，但獲取需心臟活檢，難以用于臨床。

骨骼成肌細(xì)胞：骨骼肌纖維能產(chǎn)生肌肉收縮力，類似心肌細(xì)胞，且骨骼成肌細(xì)胞受傷后有再生能力，還可自體移植，解決供體細(xì)胞來源問題，具有抗缺血、高增殖潛力等優(yōu)勢。

• 先前研究表明，將其移植到受損心臟可改善心臟收縮和舒張?zhí)匦裕糠峙R床研究認(rèn)可其對心肌梗死（MI）治療的可行性，但也有研究發(fā)現(xiàn)移植后心律失常頻率增加，限制了其臨床應(yīng)用。

成體干細(xì)胞

• 間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）：成體干細(xì)胞最佳來源是骨髓，其中的MSC在體外易分化增殖，可分化為多種細(xì)胞。其對MI的修復(fù)機制包括自分泌、旁分泌和類內(nèi)分泌作用。體外研究表明它在特定條件下有向心肌細(xì)胞分化潛力，動物實驗顯示移植MSC可抑制心室重塑、改善心臟功能，主要通過旁分泌作用，外泌體分泌在心臟保護中也起重要作用，蛋白質(zhì)組分析有助于反映其修復(fù)作用。
• 造血干細(xì)胞（HSC）：是骨髓來源干細(xì)胞，有分化為多系血細(xì)胞潛能，關(guān)于其能否分化為心肌細(xì)胞存在爭議。在不同動物模型及臨床研究中，其對心肌修復(fù)效果不一，總體而言，不被認(rèn)為是心肌再生的理想干細(xì)胞群。
• 脂肪干細(xì)胞（ASC）：脂肪組織中的干細(xì)胞具多能性、未成熟性和自我更新能力，不受倫理限制，可從多處脂肪組織分離，通過分泌多種因子在組織再生修復(fù)中發(fā)揮作用。研究顯示將其注射到受損心肌有諸多優(yōu)勢，如分化為心肌細(xì)胞、減輕心臟纖維化、發(fā)揮心臟保護作用等。
• 臍帶血干細(xì)胞（CBSC）：臍帶血含多種干細(xì)胞，易采集保存，含多種成體干細(xì)胞且應(yīng)用不受限，可分化為多種細(xì)胞。在豬和大鼠 MI 模型中證實其有心肌再生能力，可修復(fù)受損心肌、誘導(dǎo)血管生成、改善心臟功能，但尚未應(yīng)用于臨床，且為避免免疫排斥需患者出生時儲存細(xì)胞。
• 心臟干細(xì)胞（CSC）：心臟本身含有的多功能干細(xì)胞，可從心臟活檢組織分離培養(yǎng)，移植后可分化為多種心臟細(xì)胞。但CSC更新率隨年齡下降，臨床試驗證明其移植有一定安全性、可行性及潛在治療效果，但也有研究表明其不具備心肌細(xì)胞再生或改善心臟功能能力，激發(fā)其增殖可能是未來研究方向。

胚胎干細(xì)胞（ESC）：是多能未分化細(xì)胞，體外能長期自我更新，特定條件下可分化為多種細(xì)胞。其形成的胚狀體包含三個胚層細(xì)胞。

• ESC可通過分化為心臟細(xì)胞及釋放抗凋亡和抗纖維化因子幫助心臟再生，但因其來源于胚胎，應(yīng)用受倫理限制，還需考慮組織相容性和畸胎瘤形成問題。雖限制移植數(shù)量可避免畸胎瘤形成，但移植仍可能引發(fā)室性心動過速，與生物材料共移植可改善心臟功能、降低心律失常發(fā)生率。

可誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）：Yamanaka團隊通過逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)使成年小鼠成纖維細(xì)胞表達四種轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)產(chǎn)生，具有類似胚胎干細(xì)胞特征，可分化為多種細(xì)胞，且自體移植可避免倫理和免疫排斥問題。

• 研究證實其用于心臟細(xì)胞治療的潛力，可改善缺血心臟功能，減少心肌細(xì)胞丟失和纖維化疤痕形成。但應(yīng)用前需考慮安全性，如c-myc基因可能激活腫瘤形成基因表達，目前研究通過無c-myc基因或非病毒方法獲取iPSC，以降低風(fēng)險。

基因治療：開啟心肌修復(fù)新征程

基因治療現(xiàn)狀與前景：1989年轉(zhuǎn)基因技術(shù)引入心血管領(lǐng)域，雖有大量基礎(chǔ)和臨床研究，但因重組病毒載體免疫原性問題，臨床應(yīng)用仍待進一步驗證。

基因治療為缺血性心臟病提供解決方案，結(jié)合干細(xì)胞治療可促進心肌再生，或能延遲甚至避免心臟移植。 

基因治療概念

• 定義：將外源正常基因?qū)氚屑?xì)胞，用其表達產(chǎn)物補償或糾正因基因缺陷或異常引發(fā)的疾病。
• 分類：替代或修復(fù)缺失或缺陷基因，如AAV – CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因校正為家族性高膽固醇血癥治療提供潛在途徑。促進基因表達增強內(nèi)源性生理功能，如過表達eNOS基因改善動脈粥樣硬化的血管內(nèi)皮細(xì)胞。破壞內(nèi)源性有害基因表達或功能，如利用反義寡核苷酸破壞E2F轉(zhuǎn)錄因子抑制動脈粥樣硬化（AS）。?

基因治療載體

非病毒載體：以陰離子脂質(zhì)體為例，其幾乎無毒、無免疫原性，但轉(zhuǎn)染效率低，為此開發(fā)了融合基因的脂質(zhì)體載體。 

病毒載體：

• 逆轉(zhuǎn)錄病毒載體：RNA病毒，可將轉(zhuǎn)移基因整合到宿主染色體，需整合gag、pol、env基因到包裝細(xì)胞系合成相關(guān)蛋白。優(yōu)點是轉(zhuǎn)基因表達時間長、DNA包被容量大、病毒滴度高；缺點是感染非分裂細(xì)胞能力弱。
• 腺病毒載體：雙鏈DNA分子，是心血管疾病體內(nèi)基因治療主要載體。優(yōu)點包括制備簡單、病毒滴度高、基因轉(zhuǎn)移效果強、覆蓋DNA容量大，能感染靜止和緩慢分裂細(xì)胞；缺點是轉(zhuǎn)基因表達時間短，可引發(fā)宿主免疫反應(yīng)。?
• 腺相關(guān)病毒載體：小DNA病毒，依賴其他病毒復(fù)制，可攜帶3 -4kb外來基因，能感染靜止和非分裂細(xì)胞。?
• 基因治療操作：設(shè)計穩(wěn)定目的基因序列并加入啟動子/增強子，構(gòu)建載體后導(dǎo)入目標(biāo)細(xì)胞。轉(zhuǎn)染靶細(xì)胞可用腺相關(guān)病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、非病毒載體系統(tǒng)，給藥方式有通過特制醫(yī)用導(dǎo)管注射至冠狀動脈或心肌，以及微創(chuàng)手術(shù)進行心包給藥、心肌內(nèi)注射等。

基因治療的方法類型

• 促進血管生成的基因治療
• 基因治療與氧化應(yīng)激
• 內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）基因治療
• 抑制心肌細(xì)胞凋亡的基因治療
• 抑制心肌細(xì)胞凋亡的其他基因治療

綜上，通過過表達多種相關(guān)蛋白的基因治療，可改善缺血性心臟病的各種病理參數(shù)。

干細(xì)胞治療心肌梗死的臨床試驗

多種干細(xì)胞臨床試驗情況

• 骨骼成肌細(xì)胞：部分臨床試驗成功評估了其治療缺血性心力衰竭患者的可行性，但實驗組心律失常發(fā)生頻率增加，安全性有待驗證。
• 胚胎干細(xì)胞（ESCs）衍生的心臟祖細(xì)胞：將嵌入纖維蛋白支架的此類細(xì)胞移植到患者梗死心臟中。
• 間充質(zhì)干細(xì)胞：2018年，LALU等對間充質(zhì)干細(xì)胞治療缺血性心臟病的安全性和有效性進行了薈萃分析，尤其是針對急性心肌梗死和缺血性心力衰竭。通過23項臨床研究的1148例患者的數(shù)據(jù)分析顯示，間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性心梗和缺血性心力衰竭的整體結(jié)果是安全積極而有效的。
• 骨髓來源干細(xì)胞：多項臨床試驗測試其治療應(yīng)用的安全性和可行性，部分試驗選用BMC中特定類型細(xì)胞如CD34+干細(xì)胞。有的研究顯示，注射BMCs的患者在6個月隨訪期內(nèi)收縮功能明顯改善；但也有研究對200例AMI患者分別注射骨髓來源的單個核細(xì)胞、骨髓來源的CD34+CXCR4+細(xì)胞和安慰劑，未發(fā)現(xiàn)治療組左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）有明顯改善，不過有觀點認(rèn)為細(xì)胞治療可能更適合病情嚴(yán)重患者。
• 循環(huán)祖細(xì)胞（CPCs）或骨髓來源的祖細(xì)胞（BMC）：有研究證明心內(nèi)注射它們的安全性和可行性，但也有實驗顯示骨髓單個核細(xì)胞（BMC）對左心室（LV）功能改善無顯著作用，還有試驗因骨髓單個核細(xì)胞募集率和事件發(fā)生率低，無法明確其效果。
• 同種異體心臟干細(xì)胞-心臟球衍生細(xì)胞 (CDC)：用于治療心臟病患者，顯示出安全性和可行性。

臨床試驗結(jié)果及面臨問題

• 結(jié)果矛盾：各種成體干細(xì)胞移植實驗結(jié)果相互矛盾，表明對細(xì)胞在梗塞心肌修復(fù)中存活和發(fā)揮作用的機制了解不足，仍需尋找心臟修復(fù)的最佳細(xì)胞類型。
• 機制不明：細(xì)胞歸巢、心肌分化和細(xì)胞移植后心肌修復(fù)的遺傳和分子機制未知，需更多研究關(guān)注。
• 安全性問題：臨床試驗發(fā)現(xiàn)多種安全性問題，如心律失常發(fā)作頻率增加、畸胎瘤形成和移植細(xì)胞的免疫排斥等，需通過更多臨床試驗解決。

基因治療中存在的問題

基因治療通過促進血管生成、減輕肌肉再灌注損傷、抑制細(xì)胞凋亡等方式改善心臟功能（圖2）。

基因治療通過促進血管生成、減少肌肉再灌注損傷和抑制細(xì)胞凋亡來改善心臟功能。

但目前也存在諸多問題，具體如下：

安全性問題

長期安全性存疑：雖然臨床試驗證明了基因治療在缺血性心臟病治療中的短期安全性，但缺乏十余年的長期觀察效果數(shù)據(jù)，長期使用是否會有潛在風(fēng)險尚不可知。

臨床試驗設(shè)計問題

• 患者分組難標(biāo)準(zhǔn)化：存在許多混雜因素，如藥物使用和醫(yī)療環(huán)境等，這使得在臨床試驗中對患者進行分組難以達到標(biāo)準(zhǔn)化，可能影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
• 結(jié)果評估主觀性：在評估基因治療的結(jié)果時，若采用主觀評價可能會帶來較大偏差，雖然客觀評價能將影響降到最低，但實際操作中可能存在一定難度。

藥物相關(guān)問題

劑量等因素差異：藥物相關(guān)因素如劑量、基因轉(zhuǎn)移效率、個體治療的藥代動力學(xué)和藥效學(xué)在不同患者身上有所不同，難以做到精準(zhǔn)把控，可能導(dǎo)致治療效果的不確定性。

成本問題

成本效益不佳：基因治療載體的獲取繁瑣，需要專業(yè)設(shè)備和人員，且操作具有侵入性，導(dǎo)致治療成本較高，其成本效益比與現(xiàn)有的缺血性心臟病藥物相比不具有優(yōu)勢，在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。

臨床前研究問題

過度依賴小動物研究：目前廣泛使用小動物進行臨床前研究，可能會導(dǎo)致研究人員過早地產(chǎn)生過度熱情，得出不全面或不準(zhǔn)確的結(jié)論，而大型動物的基因治療實驗相對較少，缺乏更具參考價值的數(shù)據(jù)。

未來方向

這部分內(nèi)容主要闡述了干細(xì)胞和基因治療心肌梗死（MI）的未來發(fā)展方向，要點如下： 

優(yōu)化細(xì)胞輸送和植入

• 面臨挑戰(zhàn)：干細(xì)胞治療MI時，移植細(xì)胞存活率和植入率低。

解決方向：

• 改進輸送技術(shù)：心肌內(nèi)注射、經(jīng)心內(nèi)膜輸送和冠狀動脈內(nèi)輸注等技術(shù)需進一步改進。
• 細(xì)胞預(yù)處理與改造：探索預(yù)處理干細(xì)胞以耐受缺血環(huán)境；通過基因改造提高細(xì)胞活力，如改造間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）使其分泌更多生長因子和抗炎細(xì)胞因子；使用旁分泌因子支持細(xì)胞功能。
• 結(jié)合生物材料：將干細(xì)胞與生物材料或支架相結(jié)合，提高細(xì)胞存活率并促進組織再生。?

個性化和靶向治療

• 個性化療法：誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSC）的發(fā)展為患者特異性細(xì)胞療法提供可能，可降低免疫排斥風(fēng)險。
• 基因編輯：利用CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)糾正基因缺陷或增強細(xì)胞治療特性。
• 靶向遞送：借助納米顆粒和外泌體等靶向遞送系統(tǒng)，提高基因治療精準(zhǔn)度，確保治療基因在受損心肌特異性表達。?

大型動物模型及臨床試驗

• 大型動物模型研究：在臨床轉(zhuǎn)化前，利用豬和非人類靈長類動物等大型動物進行臨床前研究，因其與人類病理生理學(xué)相似，對測試給藥策略和評估長期結(jié)果有重要價值。
• 臨床試驗：精心設(shè)計臨床試驗，尤其是采用標(biāo)準(zhǔn)化方案的隨機對照試驗，對評估這些干預(yù)措施在人類中的治療潛力至關(guān)重要。

結(jié)論

干細(xì)胞和基因療法代表了治療心肌梗塞的變革性方法，為改善心臟功能和降低發(fā)病率帶來了希望。雖然已經(jīng)取得了重大進展，但仍需要繼續(xù)研究和開發(fā)以改進這些療法并解決剩余的挑戰(zhàn)。

通過利用技術(shù)進步、優(yōu)化臨床方案和促進協(xié)作努力，我們可以為這些創(chuàng)新療法成為標(biāo)準(zhǔn)臨床實踐鋪平道路。心肌梗塞治療的未來在于成功將干細(xì)胞和基因療法從實驗室轉(zhuǎn)化為臨床，最終改善患者的治療效果和生活質(zhì)量。

參考資料：[1]:Gao S, Li D, Wang B, Zhang H and Chen L (2025) Two promising approaches in the treatment of myocardial infarction: stem cells and gene therapy. Front. Cardiovasc. Med. 12:1540066. doi: 10.3389/fcvm.2025.1540066

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