成体心脏的再生能力极其有限，传统治疗方法并不能解决心肌梗死后心肌细胞缺失及心室重构的问题。利用细胞移植治疗心肌梗死的研究日益兴起，许多动物实验研究显示细胞移植可以促进心肌细胞及血管再生、改善梗死心肌的收缩功能。目前，评价细胞移植的安全性和可靠性的临床试验正在进行。本文将近年来用于治疗心肌梗死的各类细胞的优缺点和已开展的临床试验进行了综述。
引用本文： 侯江龙, 武忠. 细胞移植治疗心肌梗死的研究进展. 中国胸心血管外科临床杂志, 2015, 22(5): 486-490. doi: 10.7507/1007-4848.20150126 复制
心肌梗死是现代社会严重威胁人类健康、导致死亡的一类疾病。现有内科药物治疗主要针对扩张冠状动脉、降低心脏前后负荷和增强心肌收缩力、抑制血小板聚集防止血栓形成等方法改善心脏功能。冠状动脉旁路移植术和介入治疗主要通过重建缺血心肌的血运以缓解心肌缺血。这些治疗方法对于冠状动脉末梢血管的闭塞和已经坏死的心肌缺乏治疗效果。由于心肌细胞在损伤以后缺乏自我修复和自我更新能力，具有收缩功能的心肌细胞数量减少和缺失成为心脏收缩功能降低的重要原因之一。
自上世纪九十年代中期起，许多研究显示细胞移植可以改善梗死心肌的收缩功能[1]。目前，评价细胞移植的安全性和可靠性的临床试验正在进行。本文对近年来用于治疗心肌梗死的细胞类型、移植途径及目前存在的局限性进行综述。
1 应用于心肌梗死治疗的细胞类型
1.1 肌细胞
1.1.1 胚胎或新生儿心肌细胞
早期的细胞移植研究主要采用胎鼠或新生鼠的心肌细胞，这些细胞有心肌细胞特有的电生理特征、结构和收缩特性。研究显示胎鼠心肌细胞移植后与受体细胞间可形成细胞间连接。另有研究[2]证实新生儿心肌细胞、胚胎心肌细胞和成熟心肌细胞均可以移植入受损心脏，由于胎儿或新生儿心肌细胞在体内的存活率更高，所以效果要优于成熟心肌细胞。Muller-Ehmsen等[3]对健康心脏内移植细胞存活时间进行了研究。他们把新生大鼠心肌细胞分离注射入成体母鼠的左心室壁内。研究结果显示在慢性心肌梗死模型上这些细胞可以存活并改善心脏功能，时间长达6个月。
有研究已经证实对小面积的梗死区域进行心肌细胞移植可阻止梗死后心脏扩张和心室重构，改善心脏功能[4]。然而，移植心肌组织在细胞移植后数月面积就会减小。电子显微镜显示细胞坏死和凋亡。目前进行采用人心肌细胞移植的临床试验尚不现实。因此，需要寻找新的细胞和方法来克服胚胎心肌细胞移植的缺点，以减少免疫抑制剂的应用。此外，胚胎心肌细胞对缺血非常敏感，在体外不易培养扩增，以及胚胎心肌细胞不易获得和伦理学上的争议，限制了胚胎心肌细胞的应用。
1.1.2 骨骼肌成肌细胞（skeletal myoblast，SMs）
SMs通常位于成熟肌纤维的基底膜上，处于静止状态。Koh等[5]首次报道将SMs移植至正常小鼠心脏，发现这种成肌细胞能形成具有成熟骨骼肌细胞特征的多核肌管。随后数项动物实验均证实SMs移植能促进梗死或缺血心肌的再生[6]。Pagani等[7]将SMs植入缺血性心脏病患者的心肌，经活检发现移植的SMs能存活并分化为成熟肌管，表达骨骼肌特异性蛋白-肌球蛋白重链, 促进心脏小血管形成，但移植细胞与邻近宿主细胞之间缺乏电机械耦联。动物实验发现，这些SMs虽然能形成新的肌肉组织（肌管），但是不能表达钙粘连素和连接蛋白43。这两种蛋白质是心肌细胞之间的缝隙连接蛋白，缺乏这些蛋白，心肌细胞之间就不能实现电机械耦联。生理学研究也显示移植的SMs与宿主心肌细胞的搏动不同步。Shudo等[8]研究显示将骨髓间充质干细胞和SMs共同培养后植入鼠梗死心肌可显著改善心功能。目前临床应用SMs的局限性主要有：缺少心肌细胞表型，一些研究显示在移植术后初期受体会发生致命性的室性心律失常；卫星细胞活力低，老年患者的肌肉卫星细胞活力低；有效性较低，移植的方法需要改进，以提高细胞移植的有效性和存活率，疗效尚有争议。
1.2 血管原性细胞
1.2.1 成纤维细胞
血管化在组织修复过程中起关键作用。在受损部位，表型改变的成纤维细胞样细胞与纤维组织形成有关。由于这些细胞含有α-平滑肌肌动蛋白微丝，有收缩性，因而被称为肌成纤维细胞。研究发现成纤维细胞样细胞含有合成血管紧张素肽和血管紧张素Ⅱ的必要成分。而血管紧张素Ⅱ通过自分泌和旁分泌作用来调节胶原合成，从而促进组织生成。人表皮成纤维细胞已被应用于小鼠左心室梗死的心肌修复，以刺激血管重建和改善左心室功能[9]。研究显示表皮成纤维细胞可以减缓梗死后左心室功能下降，这可能与心肌血管重建相关。
1.2.2 内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）
EPCs存在于骨骼和外周血液中，具有成熟内皮细胞的表型。研究发现，在炎症介导的大鼠心肌病模型上，EPCs由骨骼动员至外周血，并具有与纤连蛋白粘连的能力。与健康大鼠相比，成熟内皮细胞数量显著下降。结果提示EPCs可应用于急性心肌梗死，以减少心肌重构，改善心功能。这可能是由于它可以促进新生血管形成，从而改善了心肌血供。由于来源丰富、易于获得和较好的安全性，EPCs应用于临床有较大的潜力。EPCs移植后的主要作用机制是旁分泌，而对于EPCs是否能转分化为心肌细胞，目前尚有争议。EPCs向心肌细胞分化的能力很低，并不能解释其对梗死心肌的治疗作用[10]。作为最常应用于临床试验的细胞类型，近期研究显示采用EPCs治疗可使急性心肌梗死和慢性缺血的长期死亡率显著下降[11]。但大多数研究只强调了阳性结果却忽视了阴性结果，多个Meta分析都表明可能存在发表偏倚，因此应谨慎看待这些研究结果[12]。
1.3 干细胞
1.3.1 骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）
MSCs是骨髓间质细胞的一个亚型，具有很强的增殖能力和多向分化潜能。许多体外和体内的细胞研究已经证实MSCs可以分化成心肌细胞[13-14]。MSCs可以通过三个标准来定义：粘附，特定表面标志物的表达（如CD105，CD73，CD90），以及具有分化为脂肪细胞、软骨细胞和成骨细胞谱系的能力[13, 15]。MSCs的主要优点是取材方便，扩增能力强，应用于临床的可行性高。此外，MSCs一直被认为具有免疫豁免的特性。体外实验已经证明，MSCs可分泌大量的促血管生成和抗凋亡因子，包括血管内皮生长因子（VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子B、肝细胞生长因子和肾上腺髓质素（一种抗凋亡肽）[13]。此外，MSCs产生胰岛素样生长因子1（IGF-1，可调节心肌细胞生长）和胎盘生长因子（PGF，可促血管生成和募集单核细胞）。因此许多临床前动物研究显示，MSCs可改善心肌梗死后的射血分数[13, 16]，近期也开展了评估其安全性和可行性的临床试验[17]。尽管体外实验显示MSCs可分化为表达多种心脏标志物的心肌细胞样细胞，但能否分化为有功能的心肌细胞仍然不清楚。然而，最近有研究表明MSCs可以通过增加心脏表型来改善临床结果[18]。除了旁分泌效应这一主要功能（包括分泌抑制免疫应答、抑制纤维化和凋亡的细胞因子和生长因子），MSCs也可促进血管生成和刺激生成内源性前体细胞[13]。MSCs临床应用的有效性和长期安全性还有待于大样本、随机双盲对照研究的验证。
1.3.2 造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）
HSCs是存在于造血组织中的表面表达CD34和CD133的一组细胞群。HSCs具有高度的自我更新能力或自我复制能力，这样可以保持干细胞数量恒定；也有进一步分化为各系祖细胞及成熟血细胞的能力。临床前研究显示CD34细胞可改善心功能，而这与其促进血管新生和减少纤维化重构过程相关[19]。基于这些动物实验数据开展的随机临床研究也证实了其用于治疗难治性心绞痛的安全性和可行性[20]。而心肌内注射CD133细胞也可显著改善冠状动脉旁路移植术（CABG）患者的心功能[21]。由于HSCs来源于患者骨髓，因而可以通过相对简单的骨髓穿刺术获得，在体外进行扩增分化，再移植入患者体内，因此可以不使用免疫抑制剂。另一项近期的报告[22]提示心肌内注射并不能带来长期获益，对这些细胞在心肌再生中所起的作用提出了疑问。Balsam等[23]研究显示HSCs始终是向造血细胞系不断分化的，提示观察到的功能改善可能不是其分化为心肌细胞的直接作用，而是其它间接作用所致。
1.3.3 脂肪干细胞
脂肪干细胞（adipose tissue-derived stem cells，ADSCs）有向多种细胞谱系分化的能力。重要的是，体外研究显示ADSCs有较强的增殖分化潜能[24]。ADSCs可以很容易地通过一个简单的吸脂分离术获得，与骨髓穿刺术相比，这是一种安全、微创的操作。已有研究报道了在脂肪干细胞上存在心肌细胞表型。大动物与小动物实验均显示，通过心肌内注射ADSCs可以改善心肌梗死后的心功能[25]。
1.3.4 心脏干细胞（cardiac stem cells，CSCs）
传统观念认为，成熟哺乳动物心脏是分化终末期器官，没有自我更新能力。然而越来越多的证据显示心肌自身存在干细胞，能诱导新生心肌细胞的产生[26]。CSCs被定义为具有多种表面标记物，包括C-kit, Sca-1等。Messina等[27]首次描述了体外分离和扩增成体CSCs的方法，并成功从心脏标本中分离出这种被称之为心肌球（cardiospheres，CSPs）的克隆。此外，作者也在免疫抑制小鼠模型上证明，心肌梗死后皮下或心肌内移植的CSCs有分化为心肌细胞和血管细胞的能力。在一项具有里程碑意义的研究[28]中，作者从心脏标本中分离和扩增出C-kit阳性的CSCs，显示人的心脏有一个提供心脏和血管细胞系的克隆干细胞池。另有研究从鼠类和人类心脏中分离出一种表达心脏祖细胞标志物islet-1，而不表达干细胞标志物Sca-1或C-kit的细胞，这种细胞可增殖并分化为心脏细胞[29]。而ISL1+细胞也会表达早期心脏分化标志物，如Nkx2.5和GATA-4，它们缺乏成熟肌细胞的转录产物。但当将ISL1+细胞与已分化肌细胞共培养时，会自发获得心肌细胞的特点，如电机械耦联。从临床的角度来看，CSCs或许可通过微创方式从人心脏上获得[26]。重要的是，自体取材的方式可以将免疫排斥反应和致畸胎瘤的风险降到最低。为了评估安全性和可行性，首项人体试验已经启动[30]。然而，迄今为止，CSCs的确切起源和频率仍未完全阐明。此外，CSCs促进心肌修复和再生的长期疗效和机制也需要进一步研究。
1.3.5 胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）
ESCs具有持续增殖和自我更新的能力，主要来自囊胚内细胞团及受精卵发育至桑椹胚之前的早期胚胎细胞。ESCs有很好的可塑性，是一种不需基因重组编程就可产生完整心肌细胞表型的又多潜能干细胞。经体外培养可以分化为心肌细胞。首个进行ESCs心肌移植的研究是由Klug等[31]报道的，研究采用经遗传学选择的ESCs诱导产生的心肌细胞可产生肌原纤维和邻近细胞间的缝隙连接，在体外的自发搏动能力可维持长达7周。结果显示ESCs诱导生成心肌细胞谱系并用于心肌再生可行。有研究对大鼠心肌梗死模型采用ESCs源性心肌细胞移植，结果显示心功能有改善[32]。尽管ESCs有很强的再生潜能，仍有一些局限性使其目前停留在临床前研究：在体内心肌中移植未分化的ESCs可能导致心脏畸胎瘤，此外，人ESCs的应用会带来伦理学问题，这也限制了其临床应用。在致瘤性、伦理学和免疫原性等关键问题解决之前，临床应用ESCs的前景有限。
1.3.6 诱导性多潜能干细胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）
iPSCs是指通过基因重排的方法，诱导普通细胞回到最原始的胚胎发育状态，能够像胚胎干细胞一样进行分化。它们可以通过干性转录因子如Oct 3/4，Klf4，Sox2和c-Myc的逆转录病毒转导产生[33]。iPSCs能够分化成全部三个胚层的细胞，这也包括了有功能的心肌细胞[34-35]。在临床前研究中，iPSCs移植于梗死的心肌可分化为心肌细胞，且这些细胞间可形成缝隙连接[36]。iPSCs还可通过重编程蛋白的方法获得，而无需DNA载体参与[37]。尽管自体来源的iPSCs可避免伦理学和免疫排斥的问题，与ESCs相比有独特优势，但iPSCs的安全性未得到充分验证，这限制了其临床应用[38]。近期有研究证实，心肌成纤维细胞在体外和体内可直接重编程为有功能的心肌细胞，这可能代表了一种不需要干细胞或祖细胞参与的新的心肌再生治疗策略[39-40]。
2 细胞移植治疗的途径
移植途径也是影响细胞能否充分发挥修复作用的重要因素，目前的研究常采用如下移植途径：（1）经冠状动脉输注：可使细胞弥散分布于心肌组织，但移植细胞驻留率低，如输注细胞量过大则有导致心肌梗死的风险，因此这种方法对细胞数量、浓度、输注速度等有较高要求。尽管如此，该法仍是目前临床试验常采用的方法之一。（2）经静脉注射：经静脉注射操作简单，创伤相对较小，但其移植效率较低。在心肌梗死急性期，大量炎性介质释放使梗死区及周边毛细血管通透性增加，这可能使干细胞经冠状动脉移植成功，但此期心肌炎症反应较强，又容易导致移植细胞死亡。（3）经心外膜注射：心肌内注射的靶部位可以是正常心肌、梗死边缘带或是以上二者的联合，适合与冠状动脉旁路移植术同时进行，与静脉注射相比，这种方法操作难度较高，创伤较大，但可保证局部心肌有足够的细胞数量。（4）经心内膜注射：通过介入手术的方法经心内膜注射，创伤小，安全性高，但移植的细胞分布不均匀，可能造成移植后心室运动不协调。（5）细胞与组织工程生物材料复合后植入：先在体外构建细胞-生物材料复合物，再将其植入体内心肌梗死部位，已有研究显示这种方法可显著提高梗死区域细胞存活率，提高细胞移植疗效，目前已成为细胞移植治疗的研究热点。
3 细胞移植治疗的局限性
虽然大多数临床研究已显示不同种类的细胞移植确实可改善心功能，但目前有临床试验显示，细胞移植改善心功能的疗效有限，而且有研究报道细胞移植可引起免疫排斥、心律失常、冠状动脉微梗死等不良反应。人们发现MSCs移植并不如人们先前认为的那样安全可靠，有研究发现冠状动脉内移植MSCs会引起冠状动脉微梗死风险；注射未分选的骨髓细胞到急性梗死心肌会诱导心肌严重钙化；骨髓细胞有形成肿瘤血管的可能；MSCs在体外经长期培养可自发形成肿瘤样细胞；移植干细胞源性心肌细胞，可因这些细胞迁移到正常心肌中而加重梗死区周边心肌细胞缺血，加重心肌细胞死亡。
在移植路径方面，各种移植方法均有其局限性，经心外膜注射最为直接可靠，但由于操作难度高、创伤大，对患者来讲可能难以接受，实际可操作性较差。
4 未来临床发展方向展望
尽管存在各种不足，但多项临床研究试验取得了令人鼓舞的结果，这显示出细胞移植治疗心肌梗死具有广阔应用前景。将来的临床发展方向可以归纳如下：（1）为了客观评价细胞移植治疗心肌梗死的有效性及安全性，需开展多中心、大样本、随机双盲对照临床试验；（2）移植对象可能由心肌梗死或严重缺血患者扩大到心力衰竭患者，严重心力衰竭患者可能受益最大；（3）细胞移植途径的选择方案应更加优化，经冠状动脉输注、经心内膜或心外膜注射、心肌组织工程材料植入等方法联合灵活应用不仅更易被患者接受，也能提高细胞移植疗效，更有利于改善心功能，提高患者的生活质量，延长寿命；静脉移植途径与内科传统治疗如血管紧张素酶抑制剂或血管紧张素受体抑制剂联合应用，也是一种可供尝试的治疗途径；（4）供体来源仍然主要是自体细胞，因为自体细胞移植具有不存在免疫排斥反应、来源充足和无伦理纠纷等优点；（5）细胞移植、心肌细胞周期调控治疗与促血管新生、增强细胞保护等基因治疗技术联合应用可能会拥有更重要的临床意义和更广阔的应用前景。虽然目前诱导性多潜能干细胞（iPSCs）移植治疗心肌梗死的研究尚处在初期阶段，但已成目前该领域的研究热点。通过建立完整的动物模型技术平台，探索各项技术在临床应用的可能性，使细胞移植治疗心血管疾病的手段有可能成为不同于内科传统药物治疗、介入治疗和外科手术治疗的又一全新治疗方法。
心肌梗死是现代社会严重威胁人类健康、导致死亡的一类疾病。现有内科药物治疗主要针对扩张冠状动脉、降低心脏前后负荷和增强心肌收缩力、抑制血小板聚集防止血栓形成等方法改善心脏功能。冠状动脉旁路移植术和介入治疗主要通过重建缺血心肌的血运以缓解心肌缺血。这些治疗方法对于冠状动脉末梢血管的闭塞和已经坏死的心肌缺乏治疗效果。由于心肌细胞在损伤以后缺乏自我修复和自我更新能力，具有收缩功能的心肌细胞数量减少和缺失成为心脏收缩功能降低的重要原因之一。
自上世纪九十年代中期起，许多研究显示细胞移植可以改善梗死心肌的收缩功能[1]。目前，评价细胞移植的安全性和可靠性的临床试验正在进行。本文对近年来用于治疗心肌梗死的细胞类型、移植途径及目前存在的局限性进行综述。
1 应用于心肌梗死治疗的细胞类型
1.1 肌细胞
1.1.1 胚胎或新生儿心肌细胞
早期的细胞移植研究主要采用胎鼠或新生鼠的心肌细胞，这些细胞有心肌细胞特有的电生理特征、结构和收缩特性。研究显示胎鼠心肌细胞移植后与受体细胞间可形成细胞间连接。另有研究[2]证实新生儿心肌细胞、胚胎心肌细胞和成熟心肌细胞均可以移植入受损心脏，由于胎儿或新生儿心肌细胞在体内的存活率更高，所以效果要优于成熟心肌细胞。Muller-Ehmsen等[3]对健康心脏内移植细胞存活时间进行了研究。他们把新生大鼠心肌细胞分离注射入成体母鼠的左心室壁内。研究结果显示在慢性心肌梗死模型上这些细胞可以存活并改善心脏功能，时间长达6个月。
有研究已经证实对小面积的梗死区域进行心肌细胞移植可阻止梗死后心脏扩张和心室重构，改善心脏功能[4]。然而，移植心肌组织在细胞移植后数月面积就会减小。电子显微镜显示细胞坏死和凋亡。目前进行采用人心肌细胞移植的临床试验尚不现实。因此，需要寻找新的细胞和方法来克服胚胎心肌细胞移植的缺点，以减少免疫抑制剂的应用。此外，胚胎心肌细胞对缺血非常敏感，在体外不易培养扩增，以及胚胎心肌细胞不易获得和伦理学上的争议，限制了胚胎心肌细胞的应用。
1.1.2 骨骼肌成肌细胞（skeletal myoblast，SMs）
SMs通常位于成熟肌纤维的基底膜上，处于静止状态。Koh等[5]首次报道将SMs移植至正常小鼠心脏，发现这种成肌细胞能形成具有成熟骨骼肌细胞特征的多核肌管。随后数项动物实验均证实SMs移植能促进梗死或缺血心肌的再生[6]。Pagani等[7]将SMs植入缺血性心脏病患者的心肌，经活检发现移植的SMs能存活并分化为成熟肌管，表达骨骼肌特异性蛋白-肌球蛋白重链, 促进心脏小血管形成，但移植细胞与邻近宿主细胞之间缺乏电机械耦联。动物实验发现，这些SMs虽然能形成新的肌肉组织（肌管），但是不能表达钙粘连素和连接蛋白43。这两种蛋白质是心肌细胞之间的缝隙连接蛋白，缺乏这些蛋白，心肌细胞之间就不能实现电机械耦联。生理学研究也显示移植的SMs与宿主心肌细胞的搏动不同步。Shudo等[8]研究显示将骨髓间充质干细胞和SMs共同培养后植入鼠梗死心肌可显著改善心功能。目前临床应用SMs的局限性主要有：缺少心肌细胞表型，一些研究显示在移植术后初期受体会发生致命性的室性心律失常；卫星细胞活力低，老年患者的肌肉卫星细胞活力低；有效性较低，移植的方法需要改进，以提高细胞移植的有效性和存活率，疗效尚有争议。
1.2 血管原性细胞
1.2.1 成纤维细胞
血管化在组织修复过程中起关键作用。在受损部位，表型改变的成纤维细胞样细胞与纤维组织形成有关。由于这些细胞含有α-平滑肌肌动蛋白微丝，有收缩性，因而被称为肌成纤维细胞。研究发现成纤维细胞样细胞含有合成血管紧张素肽和血管紧张素Ⅱ的必要成分。而血管紧张素Ⅱ通过自分泌和旁分泌作用来调节胶原合成，从而促进组织生成。人表皮成纤维细胞已被应用于小鼠左心室梗死的心肌修复，以刺激血管重建和改善左心室功能[9]。研究显示表皮成纤维细胞可以减缓梗死后左心室功能下降，这可能与心肌血管重建相关。
1.2.2 内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）
EPCs存在于骨骼和外周血液中，具有成熟内皮细胞的表型。研究发现，在炎症介导的大鼠心肌病模型上，EPCs由骨骼动员至外周血，并具有与纤连蛋白粘连的能力。与健康大鼠相比，成熟内皮细胞数量显著下降。结果提示EPCs可应用于急性心肌梗死，以减少心肌重构，改善心功能。这可能是由于它可以促进新生血管形成，从而改善了心肌血供。由于来源丰富、易于获得和较好的安全性，EPCs应用于临床有较大的潜力。EPCs移植后的主要作用机制是旁分泌，而对于EPCs是否能转分化为心肌细胞，目前尚有争议。EPCs向心肌细胞分化的能力很低，并不能解释其对梗死心肌的治疗作用[10]。作为最常应用于临床试验的细胞类型，近期研究显示采用EPCs治疗可使急性心肌梗死和慢性缺血的长期死亡率显著下降[11]。但大多数研究只强调了阳性结果却忽视了阴性结果，多个Meta分析都表明可能存在发表偏倚，因此应谨慎看待这些研究结果[12]。
1.3 干细胞
1.3.1 骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）
MSCs是骨髓间质细胞的一个亚型，具有很强的增殖能力和多向分化潜能。许多体外和体内的细胞研究已经证实MSCs可以分化成心肌细胞[13-14]。MSCs可以通过三个标准来定义：粘附，特定表面标志物的表达（如CD105，CD73，CD90），以及具有分化为脂肪细胞、软骨细胞和成骨细胞谱系的能力[13, 15]。MSCs的主要优点是取材方便，扩增能力强，应用于临床的可行性高。此外，MSCs一直被认为具有免疫豁免的特性。体外实验已经证明，MSCs可分泌大量的促血管生成和抗凋亡因子，包括血管内皮生长因子（VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子B、肝细胞生长因子和肾上腺髓质素（一种抗凋亡肽）[13]。此外，MSCs产生胰岛素样生长因子1（IGF-1，可调节心肌细胞生长）和胎盘生长因子（PGF，可促血管生成和募集单核细胞）。因此许多临床前动物研究显示，MSCs可改善心肌梗死后的射血分数[13, 16]，近期也开展了评估其安全性和可行性的临床试验[17]。尽管体外实验显示MSCs可分化为表达多种心脏标志物的心肌细胞样细胞，但能否分化为有功能的心肌细胞仍然不清楚。然而，最近有研究表明MSCs可以通过增加心脏表型来改善临床结果[18]。除了旁分泌效应这一主要功能（包括分泌抑制免疫应答、抑制纤维化和凋亡的细胞因子和生长因子），MSCs也可促进血管生成和刺激生成内源性前体细胞[13]。MSCs临床应用的有效性和长期安全性还有待于大样本、随机双盲对照研究的验证。
1.3.2 造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）
HSCs是存在于造血组织中的表面表达CD34和CD133的一组细胞群。HSCs具有高度的自我更新能力或自我复制能力，这样可以保持干细胞数量恒定；也有进一步分化为各系祖细胞及成熟血细胞的能力。临床前研究显示CD34细胞可改善心功能，而这与其促进血管新生和减少纤维化重构过程相关[19]。基于这些动物实验数据开展的随机临床研究也证实了其用于治疗难治性心绞痛的安全性和可行性[20]。而心肌内注射CD133细胞也可显著改善冠状动脉旁路移植术（CABG）患者的心功能[21]。由于HSCs来源于患者骨髓，因而可以通过相对简单的骨髓穿刺术获得，在体外进行扩增分化，再移植入患者体内，因此可以不使用免疫抑制剂。另一项近期的报告[22]提示心肌内注射并不能带来长期获益，对这些细胞在心肌再生中所起的作用提出了疑问。Balsam等[23]研究显示HSCs始终是向造血细胞系不断分化的，提示观察到的功能改善可能不是其分化为心肌细胞的直接作用，而是其它间接作用所致。
1.3.3 脂肪干细胞
脂肪干细胞（adipose tissue-derived stem cells，ADSCs）有向多种细胞谱系分化的能力。重要的是，体外研究显示ADSCs有较强的增殖分化潜能[24]。ADSCs可以很容易地通过一个简单的吸脂分离术获得，与骨髓穿刺术相比，这是一种安全、微创的操作。已有研究报道了在脂肪干细胞上存在心肌细胞表型。大动物与小动物实验均显示，通过心肌内注射ADSCs可以改善心肌梗死后的心功能[25]。
1.3.4 心脏干细胞（cardiac stem cells，CSCs）
传统观念认为，成熟哺乳动物心脏是分化终末期器官，没有自我更新能力。然而越来越多的证据显示心肌自身存在干细胞，能诱导新生心肌细胞的产生[26]。CSCs被定义为具有多种表面标记物，包括C-kit, Sca-1等。Messina等[27]首次描述了体外分离和扩增成体CSCs的方法，并成功从心脏标本中分离出这种被称之为心肌球（cardiospheres，CSPs）的克隆。此外，作者也在免疫抑制小鼠模型上证明，心肌梗死后皮下或心肌内移植的CSCs有分化为心肌细胞和血管细胞的能力。在一项具有里程碑意义的研究[28]中，作者从心脏标本中分离和扩增出C-kit阳性的CSCs，显示人的心脏有一个提供心脏和血管细胞系的克隆干细胞池。另有研究从鼠类和人类心脏中分离出一种表达心脏祖细胞标志物islet-1，而不表达干细胞标志物Sca-1或C-kit的细胞，这种细胞可增殖并分化为心脏细胞[29]。而ISL1+细胞也会表达早期心脏分化标志物，如Nkx2.5和GATA-4，它们缺乏成熟肌细胞的转录产物。但当将ISL1+细胞与已分化肌细胞共培养时，会自发获得心肌细胞的特点，如电机械耦联。从临床的角度来看，CSCs或许可通过微创方式从人心脏上获得[26]。重要的是，自体取材的方式可以将免疫排斥反应和致畸胎瘤的风险降到最低。为了评估安全性和可行性，首项人体试验已经启动[30]。然而，迄今为止，CSCs的确切起源和频率仍未完全阐明。此外，CSCs促进心肌修复和再生的长期疗效和机制也需要进一步研究。
1.3.5 胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）
ESCs具有持续增殖和自我更新的能力，主要来自囊胚内细胞团及受精卵发育至桑椹胚之前的早期胚胎细胞。ESCs有很好的可塑性，是一种不需基因重组编程就可产生完整心肌细胞表型的又多潜能干细胞。经体外培养可以分化为心肌细胞。首个进行ESCs心肌移植的研究是由Klug等[31]报道的，研究采用经遗传学选择的ESCs诱导产生的心肌细胞可产生肌原纤维和邻近细胞间的缝隙连接，在体外的自发搏动能力可维持长达7周。结果显示ESCs诱导生成心肌细胞谱系并用于心肌再生可行。有研究对大鼠心肌梗死模型采用ESCs源性心肌细胞移植，结果显示心功能有改善[32]。尽管ESCs有很强的再生潜能，仍有一些局限性使其目前停留在临床前研究：在体内心肌中移植未分化的ESCs可能导致心脏畸胎瘤，此外，人ESCs的应用会带来伦理学问题，这也限制了其临床应用。在致瘤性、伦理学和免疫原性等关键问题解决之前，临床应用ESCs的前景有限。
1.3.6 诱导性多潜能干细胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）
iPSCs是指通过基因重排的方法，诱导普通细胞回到最原始的胚胎发育状态，能够像胚胎干细胞一样进行分化。它们可以通过干性转录因子如Oct 3/4，Klf4，Sox2和c-Myc的逆转录病毒转导产生[33]。iPSCs能够分化成全部三个胚层的细胞，这也包括了有功能的心肌细胞[34-35]。在临床前研究中，iPSCs移植于梗死的心肌可分化为心肌细胞，且这些细胞间可形成缝隙连接[36]。iPSCs还可通过重编程蛋白的方法获得，而无需DNA载体参与[37]。尽管自体来源的iPSCs可避免伦理学和免疫排斥的问题，与ESCs相比有独特优势，但iPSCs的安全性未得到充分验证，这限制了其临床应用[38]。近期有研究证实，心肌成纤维细胞在体外和体内可直接重编程为有功能的心肌细胞，这可能代表了一种不需要干细胞或祖细胞参与的新的心肌再生治疗策略[39-40]。
2 细胞移植治疗的途径
移植途径也是影响细胞能否充分发挥修复作用的重要因素，目前的研究常采用如下移植途径：（1）经冠状动脉输注：可使细胞弥散分布于心肌组织，但移植细胞驻留率低，如输注细胞量过大则有导致心肌梗死的风险，因此这种方法对细胞数量、浓度、输注速度等有较高要求。尽管如此，该法仍是目前临床试验常采用的方法之一。（2）经静脉注射：经静脉注射操作简单，创伤相对较小，但其移植效率较低。在心肌梗死急性期，大量炎性介质释放使梗死区及周边毛细血管通透性增加，这可能使干细胞经冠状动脉移植成功，但此期心肌炎症反应较强，又容易导致移植细胞死亡。（3）经心外膜注射：心肌内注射的靶部位可以是正常心肌、梗死边缘带或是以上二者的联合，适合与冠状动脉旁路移植术同时进行，与静脉注射相比，这种方法操作难度较高，创伤较大，但可保证局部心肌有足够的细胞数量。（4）经心内膜注射：通过介入手术的方法经心内膜注射，创伤小，安全性高，但移植的细胞分布不均匀，可能造成移植后心室运动不协调。（5）细胞与组织工程生物材料复合后植入：先在体外构建细胞-生物材料复合物，再将其植入体内心肌梗死部位，已有研究显示这种方法可显著提高梗死区域细胞存活率，提高细胞移植疗效，目前已成为细胞移植治疗的研究热点。
3 细胞移植治疗的局限性
虽然大多数临床研究已显示不同种类的细胞移植确实可改善心功能，但目前有临床试验显示，细胞移植改善心功能的疗效有限，而且有研究报道细胞移植可引起免疫排斥、心律失常、冠状动脉微梗死等不良反应。人们发现MSCs移植并不如人们先前认为的那样安全可靠，有研究发现冠状动脉内移植MSCs会引起冠状动脉微梗死风险；注射未分选的骨髓细胞到急性梗死心肌会诱导心肌严重钙化；骨髓细胞有形成肿瘤血管的可能；MSCs在体外经长期培养可自发形成肿瘤样细胞；移植干细胞源性心肌细胞，可因这些细胞迁移到正常心肌中而加重梗死区周边心肌细胞缺血，加重心肌细胞死亡。
在移植路径方面，各种移植方法均有其局限性，经心外膜注射最为直接可靠，但由于操作难度高、创伤大，对患者来讲可能难以接受，实际可操作性较差。
4 未来临床发展方向展望
尽管存在各种不足，但多项临床研究试验取得了令人鼓舞的结果，这显示出细胞移植治疗心肌梗死具有广阔应用前景。将来的临床发展方向可以归纳如下：（1）为了客观评价细胞移植治疗心肌梗死的有效性及安全性，需开展多中心、大样本、随机双盲对照临床试验；（2）移植对象可能由心肌梗死或严重缺血患者扩大到心力衰竭患者，严重心力衰竭患者可能受益最大；（3）细胞移植途径的选择方案应更加优化，经冠状动脉输注、经心内膜或心外膜注射、心肌组织工程材料植入等方法联合灵活应用不仅更易被患者接受，也能提高细胞移植疗效，更有利于改善心功能，提高患者的生活质量，延长寿命；静脉移植途径与内科传统治疗如血管紧张素酶抑制剂或血管紧张素受体抑制剂联合应用，也是一种可供尝试的治疗途径；（4）供体来源仍然主要是自体细胞，因为自体细胞移植具有不存在免疫排斥反应、来源充足和无伦理纠纷等优点；（5）细胞移植、心肌细胞周期调控治疗与促血管新生、增强细胞保护等基因治疗技术联合应用可能会拥有更重要的临床意义和更广阔的应用前景。虽然目前诱导性多潜能干细胞（iPSCs）移植治疗心肌梗死的研究尚处在初期阶段，但已成目前该领域的研究热点。通过建立完整的动物模型技术平台，探索各项技术在临床应用的可能性，使细胞移植治疗心血管疾病的手段有可能成为不同于内科传统药物治疗、介入治疗和外科手术治疗的又一全新治疗方法。