成體心臟的再生能力極其有限，傳統治療方法并不能解決心肌梗死后心肌細胞缺失及心室重構的問題。利用細胞移植治療心肌梗死的研究日益興起，許多動物實驗研究顯示細胞移植可以促進心肌細胞及血管再生、改善梗死心肌的收縮功能。目前，評價細胞移植的安全性和可靠性的臨床試驗正在進行。本文將近年來用于治療心肌梗死的各類細胞的優缺點和已開展的臨床試驗進行了綜述。
引用本文： 侯江龍, 武忠. 細胞移植治療心肌梗死的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2015, 22(5): 486-490. doi: 10.7507/1007-4848.20150126 復制
心肌梗死是現代社會嚴重威脅人類健康、導致死亡的一類疾病。現有內科藥物治療主要針對擴張冠狀動脈、降低心臟前后負荷和增強心肌收縮力、抑制血小板聚集防止血栓形成等方法改善心臟功能。冠狀動脈旁路移植術和介入治療主要通過重建缺血心肌的血運以緩解心肌缺血。這些治療方法對于冠狀動脈末梢血管的閉塞和已經壞死的心肌缺乏治療效果。由于心肌細胞在損傷以后缺乏自我修復和自我更新能力，具有收縮功能的心肌細胞數量減少和缺失成為心臟收縮功能降低的重要原因之一。
自上世紀九十年代中期起，許多研究顯示細胞移植可以改善梗死心肌的收縮功能[1]。目前，評價細胞移植的安全性和可靠性的臨床試驗正在進行。本文對近年來用于治療心肌梗死的細胞類型、移植途徑及目前存在的局限性進行綜述。
1 應用于心肌梗死治療的細胞類型
1.1 肌細胞
1.1.1 胚胎或新生兒心肌細胞
早期的細胞移植研究主要采用胎鼠或新生鼠的心肌細胞，這些細胞有心肌細胞特有的電生理特征、結構和收縮特性。研究顯示胎鼠心肌細胞移植后與受體細胞間可形成細胞間連接。另有研究[2]證實新生兒心肌細胞、胚胎心肌細胞和成熟心肌細胞均可以移植入受損心臟，由于胎兒或新生兒心肌細胞在體內的存活率更高，所以效果要優于成熟心肌細胞。Muller-Ehmsen等[3]對健康心臟內移植細胞存活時間進行了研究。他們把新生大鼠心肌細胞分離注射入成體母鼠的左心室壁內。研究結果顯示在慢性心肌梗死模型上這些細胞可以存活并改善心臟功能，時間長達6個月。
有研究已經證實對小面積的梗死區域進行心肌細胞移植可阻止梗死后心臟擴張和心室重構，改善心臟功能[4]。然而，移植心肌組織在細胞移植后數月面積就會減小。電子顯微鏡顯示細胞壞死和凋亡。目前進行采用人心肌細胞移植的臨床試驗尚不現實。因此，需要尋找新的細胞和方法來克服胚胎心肌細胞移植的缺點，以減少免疫抑制劑的應用。此外，胚胎心肌細胞對缺血非常敏感，在體外不易培養擴增，以及胚胎心肌細胞不易獲得和倫理學上的爭議，限制了胚胎心肌細胞的應用。
1.1.2 骨骼肌成肌細胞（skeletal myoblast，SMs）
SMs通常位于成熟肌纖維的基底膜上，處于靜止狀態。Koh等[5]首次報道將SMs移植至正常小鼠心臟，發現這種成肌細胞能形成具有成熟骨骼肌細胞特征的多核肌管。隨后數項動物實驗均證實SMs移植能促進梗死或缺血心肌的再生[6]。Pagani等[7]將SMs植入缺血性心臟病患者的心肌，經活檢發現移植的SMs能存活并分化為成熟肌管，表達骨骼肌特異性蛋白-肌球蛋白重鏈, 促進心臟小血管形成，但移植細胞與鄰近宿主細胞之間缺乏電機械耦聯。動物實驗發現，這些SMs雖然能形成新的肌肉組織（肌管），但是不能表達鈣粘連素和連接蛋白43。這兩種蛋白質是心肌細胞之間的縫隙連接蛋白，缺乏這些蛋白，心肌細胞之間就不能實現電機械耦聯。生理學研究也顯示移植的SMs與宿主心肌細胞的搏動不同步。Shudo等[8]研究顯示將骨髓間充質干細胞和SMs共同培養后植入鼠梗死心肌可顯著改善心功能。目前臨床應用SMs的局限性主要有：缺少心肌細胞表型，一些研究顯示在移植術后初期受體會發生致命性的室性心律失常；衛星細胞活力低，老年患者的肌肉衛星細胞活力低；有效性較低，移植的方法需要改進，以提高細胞移植的有效性和存活率，療效尚有爭議。
1.2 血管原性細胞
1.2.1 成纖維細胞
血管化在組織修復過程中起關鍵作用。在受損部位，表型改變的成纖維細胞樣細胞與纖維組織形成有關。由于這些細胞含有α-平滑肌肌動蛋白微絲，有收縮性，因而被稱為肌成纖維細胞。研究發現成纖維細胞樣細胞含有合成血管緊張素肽和血管緊張素Ⅱ的必要成分。而血管緊張素Ⅱ通過自分泌和旁分泌作用來調節膠原合成，從而促進組織生成。人表皮成纖維細胞已被應用于小鼠左心室梗死的心肌修復，以刺激血管重建和改善左心室功能[9]。研究顯示表皮成纖維細胞可以減緩梗死后左心室功能下降，這可能與心肌血管重建相關。
1.2.2 內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs）
EPCs存在于骨骼和外周血液中，具有成熟內皮細胞的表型。研究發現，在炎癥介導的大鼠心肌病模型上，EPCs由骨骼動員至外周血，并具有與纖連蛋白粘連的能力。與健康大鼠相比，成熟內皮細胞數量顯著下降。結果提示EPCs可應用于急性心肌梗死，以減少心肌重構，改善心功能。這可能是由于它可以促進新生血管形成，從而改善了心肌血供。由于來源豐富、易于獲得和較好的安全性，EPCs應用于臨床有較大的潛力。EPCs移植后的主要作用機制是旁分泌，而對于EPCs是否能轉分化為心肌細胞，目前尚有爭議。EPCs向心肌細胞分化的能力很低，并不能解釋其對梗死心肌的治療作用[10]。作為最常應用于臨床試驗的細胞類型，近期研究顯示采用EPCs治療可使急性心肌梗死和慢性缺血的長期死亡率顯著下降[11]。但大多數研究只強調了陽性結果卻忽視了陰性結果，多個Meta分析都表明可能存在發表偏倚，因此應謹慎看待這些研究結果[12]。
1.3 干細胞
1.3.1 骨髓間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）
MSCs是骨髓間質細胞的一個亞型，具有很強的增殖能力和多向分化潛能。許多體外和體內的細胞研究已經證實MSCs可以分化成心肌細胞[13-14]。MSCs可以通過三個標準來定義：粘附，特定表面標志物的表達（如CD105，CD73，CD90），以及具有分化為脂肪細胞、軟骨細胞和成骨細胞譜系的能力[13, 15]。MSCs的主要優點是取材方便，擴增能力強，應用于臨床的可行性高。此外，MSCs一直被認為具有免疫豁免的特性。體外實驗已經證明，MSCs可分泌大量的促血管生成和抗凋亡因子，包括血管內皮生長因子（VEGF）、堿性成纖維細胞生長因子（FGF）、轉化生長因子B、肝細胞生長因子和腎上腺髓質素（一種抗凋亡肽）[13]。此外，MSCs產生胰島素樣生長因子1（IGF-1，可調節心肌細胞生長）和胎盤生長因子（PGF，可促血管生成和募集單核細胞）。因此許多臨床前動物研究顯示，MSCs可改善心肌梗死后的射血分數[13, 16]，近期也開展了評估其安全性和可行性的臨床試驗[17]。盡管體外實驗顯示MSCs可分化為表達多種心臟標志物的心肌細胞樣細胞，但能否分化為有功能的心肌細胞仍然不清楚。然而，最近有研究表明MSCs可以通過增加心臟表型來改善臨床結果[18]。除了旁分泌效應這一主要功能（包括分泌抑制免疫應答、抑制纖維化和凋亡的細胞因子和生長因子），MSCs也可促進血管生成和刺激生成內源性前體細胞[13]。MSCs臨床應用的有效性和長期安全性還有待于大樣本、隨機雙盲對照研究的驗證。
1.3.2 造血干細胞（hematopoietic stem cells，HSCs）
HSCs是存在于造血組織中的表面表達CD34和CD133的一組細胞群。HSCs具有高度的自我更新能力或自我復制能力，這樣可以保持干細胞數量恒定；也有進一步分化為各系祖細胞及成熟血細胞的能力。臨床前研究顯示CD34細胞可改善心功能，而這與其促進血管新生和減少纖維化重構過程相關[19]。基于這些動物實驗數據開展的隨機臨床研究也證實了其用于治療難治性心絞痛的安全性和可行性[20]。而心肌內注射CD133細胞也可顯著改善冠狀動脈旁路移植術（CABG）患者的心功能[21]。由于HSCs來源于患者骨髓，因而可以通過相對簡單的骨髓穿刺術獲得，在體外進行擴增分化，再移植入患者體內，因此可以不使用免疫抑制劑。另一項近期的報告[22]提示心肌內注射并不能帶來長期獲益，對這些細胞在心肌再生中所起的作用提出了疑問。Balsam等[23]研究顯示HSCs始終是向造血細胞系不斷分化的，提示觀察到的功能改善可能不是其分化為心肌細胞的直接作用，而是其它間接作用所致。
1.3.3 脂肪干細胞
脂肪干細胞（adipose tissue-derived stem cells，ADSCs）有向多種細胞譜系分化的能力。重要的是，體外研究顯示ADSCs有較強的增殖分化潛能[24]。ADSCs可以很容易地通過一個簡單的吸脂分離術獲得，與骨髓穿刺術相比，這是一種安全、微創的操作。已有研究報道了在脂肪干細胞上存在心肌細胞表型。大動物與小動物實驗均顯示，通過心肌內注射ADSCs可以改善心肌梗死后的心功能[25]。
1.3.4 心臟干細胞（cardiac stem cells，CSCs）
傳統觀念認為，成熟哺乳動物心臟是分化終末期器官，沒有自我更新能力。然而越來越多的證據顯示心肌自身存在干細胞，能誘導新生心肌細胞的產生[26]。CSCs被定義為具有多種表面標記物，包括C-kit, Sca-1等。Messina等[27]首次描述了體外分離和擴增成體CSCs的方法，并成功從心臟標本中分離出這種被稱之為心肌球（cardiospheres，CSPs）的克隆。此外，作者也在免疫抑制小鼠模型上證明，心肌梗死后皮下或心肌內移植的CSCs有分化為心肌細胞和血管細胞的能力。在一項具有里程碑意義的研究[28]中，作者從心臟標本中分離和擴增出C-kit陽性的CSCs，顯示人的心臟有一個提供心臟和血管細胞系的克隆干細胞池。另有研究從鼠類和人類心臟中分離出一種表達心臟祖細胞標志物islet-1，而不表達干細胞標志物Sca-1或C-kit的細胞，這種細胞可增殖并分化為心臟細胞[29]。而ISL1+細胞也會表達早期心臟分化標志物，如Nkx2.5和GATA-4，它們缺乏成熟肌細胞的轉錄產物。但當將ISL1+細胞與已分化肌細胞共培養時，會自發獲得心肌細胞的特點，如電機械耦聯。從臨床的角度來看，CSCs或許可通過微創方式從人心臟上獲得[26]。重要的是，自體取材的方式可以將免疫排斥反應和致畸胎瘤的風險降到最低。為了評估安全性和可行性，首項人體試驗已經啟動[30]。然而，迄今為止，CSCs的確切起源和頻率仍未完全闡明。此外，CSCs促進心肌修復和再生的長期療效和機制也需要進一步研究。
1.3.5 胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）
ESCs具有持續增殖和自我更新的能力，主要來自囊胚內細胞團及受精卵發育至桑椹胚之前的早期胚胎細胞。ESCs有很好的可塑性，是一種不需基因重組編程就可產生完整心肌細胞表型的又多潛能干細胞。經體外培養可以分化為心肌細胞。首個進行ESCs心肌移植的研究是由Klug等[31]報道的，研究采用經遺傳學選擇的ESCs誘導產生的心肌細胞可產生肌原纖維和鄰近細胞間的縫隙連接，在體外的自發搏動能力可維持長達7周。結果顯示ESCs誘導生成心肌細胞譜系并用于心肌再生可行。有研究對大鼠心肌梗死模型采用ESCs源性心肌細胞移植，結果顯示心功能有改善[32]。盡管ESCs有很強的再生潛能，仍有一些局限性使其目前停留在臨床前研究：在體內心肌中移植未分化的ESCs可能導致心臟畸胎瘤，此外，人ESCs的應用會帶來倫理學問題，這也限制了其臨床應用。在致瘤性、倫理學和免疫原性等關鍵問題解決之前，臨床應用ESCs的前景有限。
1.3.6 誘導性多潛能干細胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）
iPSCs是指通過基因重排的方法，誘導普通細胞回到最原始的胚胎發育狀態，能夠像胚胎干細胞一樣進行分化。它們可以通過干性轉錄因子如Oct 3/4，Klf4，Sox2和c-Myc的逆轉錄病毒轉導產生[33]。iPSCs能夠分化成全部三個胚層的細胞，這也包括了有功能的心肌細胞[34-35]。在臨床前研究中，iPSCs移植于梗死的心肌可分化為心肌細胞，且這些細胞間可形成縫隙連接[36]。iPSCs還可通過重編程蛋白的方法獲得，而無需DNA載體參與[37]。盡管自體來源的iPSCs可避免倫理學和免疫排斥的問題，與ESCs相比有獨特優勢，但iPSCs的安全性未得到充分驗證，這限制了其臨床應用[38]。近期有研究證實，心肌成纖維細胞在體外和體內可直接重編程為有功能的心肌細胞，這可能代表了一種不需要干細胞或祖細胞參與的新的心肌再生治療策略[39-40]。
2 細胞移植治療的途徑
移植途徑也是影響細胞能否充分發揮修復作用的重要因素，目前的研究常采用如下移植途徑：（1）經冠狀動脈輸注：可使細胞彌散分布于心肌組織，但移植細胞駐留率低，如輸注細胞量過大則有導致心肌梗死的風險，因此這種方法對細胞數量、濃度、輸注速度等有較高要求。盡管如此，該法仍是目前臨床試驗常采用的方法之一。（2）經靜脈注射：經靜脈注射操作簡單，創傷相對較小，但其移植效率較低。在心肌梗死急性期，大量炎性介質釋放使梗死區及周邊毛細血管通透性增加，這可能使干細胞經冠狀動脈移植成功，但此期心肌炎癥反應較強，又容易導致移植細胞死亡。（3）經心外膜注射：心肌內注射的靶部位可以是正常心肌、梗死邊緣帶或是以上二者的聯合，適合與冠狀動脈旁路移植術同時進行，與靜脈注射相比，這種方法操作難度較高，創傷較大，但可保證局部心肌有足夠的細胞數量。（4）經心內膜注射：通過介入手術的方法經心內膜注射，創傷小，安全性高，但移植的細胞分布不均勻，可能造成移植后心室運動不協調。（5）細胞與組織工程生物材料復合后植入：先在體外構建細胞-生物材料復合物，再將其植入體內心肌梗死部位，已有研究顯示這種方法可顯著提高梗死區域細胞存活率，提高細胞移植療效，目前已成為細胞移植治療的研究熱點。
3 細胞移植治療的局限性
雖然大多數臨床研究已顯示不同種類的細胞移植確實可改善心功能，但目前有臨床試驗顯示，細胞移植改善心功能的療效有限，而且有研究報道細胞移植可引起免疫排斥、心律失常、冠狀動脈微梗死等不良反應。人們發現MSCs移植并不如人們先前認為的那樣安全可靠，有研究發現冠狀動脈內移植MSCs會引起冠狀動脈微梗死風險；注射未分選的骨髓細胞到急性梗死心肌會誘導心肌嚴重鈣化；骨髓細胞有形成腫瘤血管的可能；MSCs在體外經長期培養可自發形成腫瘤樣細胞；移植干細胞源性心肌細胞，可因這些細胞遷移到正常心肌中而加重梗死區周邊心肌細胞缺血，加重心肌細胞死亡。
在移植路徑方面，各種移植方法均有其局限性，經心外膜注射最為直接可靠，但由于操作難度高、創傷大，對患者來講可能難以接受，實際可操作性較差。
4 未來臨床發展方向展望
盡管存在各種不足，但多項臨床研究試驗取得了令人鼓舞的結果，這顯示出細胞移植治療心肌梗死具有廣闊應用前景。將來的臨床發展方向可以歸納如下：（1）為了客觀評價細胞移植治療心肌梗死的有效性及安全性，需開展多中心、大樣本、隨機雙盲對照臨床試驗；（2）移植對象可能由心肌梗死或嚴重缺血患者擴大到心力衰竭患者，嚴重心力衰竭患者可能受益最大；（3）細胞移植途徑的選擇方案應更加優化，經冠狀動脈輸注、經心內膜或心外膜注射、心肌組織工程材料植入等方法聯合靈活應用不僅更易被患者接受，也能提高細胞移植療效，更有利于改善心功能，提高患者的生活質量，延長壽命；靜脈移植途徑與內科傳統治療如血管緊張素酶抑制劑或血管緊張素受體抑制劑聯合應用，也是一種可供嘗試的治療途徑；（4）供體來源仍然主要是自體細胞，因為自體細胞移植具有不存在免疫排斥反應、來源充足和無倫理糾紛等優點；（5）細胞移植、心肌細胞周期調控治療與促血管新生、增強細胞保護等基因治療技術聯合應用可能會擁有更重要的臨床意義和更廣闊的應用前景。雖然目前誘導性多潛能干細胞（iPSCs）移植治療心肌梗死的研究尚處在初期階段，但已成目前該領域的研究熱點。通過建立完整的動物模型技術平臺，探索各項技術在臨床應用的可能性，使細胞移植治療心血管疾病的手段有可能成為不同于內科傳統藥物治療、介入治療和外科手術治療的又一全新治療方法。
心肌梗死是現代社會嚴重威脅人類健康、導致死亡的一類疾病。現有內科藥物治療主要針對擴張冠狀動脈、降低心臟前后負荷和增強心肌收縮力、抑制血小板聚集防止血栓形成等方法改善心臟功能。冠狀動脈旁路移植術和介入治療主要通過重建缺血心肌的血運以緩解心肌缺血。這些治療方法對于冠狀動脈末梢血管的閉塞和已經壞死的心肌缺乏治療效果。由于心肌細胞在損傷以后缺乏自我修復和自我更新能力，具有收縮功能的心肌細胞數量減少和缺失成為心臟收縮功能降低的重要原因之一。
自上世紀九十年代中期起，許多研究顯示細胞移植可以改善梗死心肌的收縮功能[1]。目前，評價細胞移植的安全性和可靠性的臨床試驗正在進行。本文對近年來用于治療心肌梗死的細胞類型、移植途徑及目前存在的局限性進行綜述。
1 應用于心肌梗死治療的細胞類型
1.1 肌細胞
1.1.1 胚胎或新生兒心肌細胞
早期的細胞移植研究主要采用胎鼠或新生鼠的心肌細胞，這些細胞有心肌細胞特有的電生理特征、結構和收縮特性。研究顯示胎鼠心肌細胞移植后與受體細胞間可形成細胞間連接。另有研究[2]證實新生兒心肌細胞、胚胎心肌細胞和成熟心肌細胞均可以移植入受損心臟，由于胎兒或新生兒心肌細胞在體內的存活率更高，所以效果要優于成熟心肌細胞。Muller-Ehmsen等[3]對健康心臟內移植細胞存活時間進行了研究。他們把新生大鼠心肌細胞分離注射入成體母鼠的左心室壁內。研究結果顯示在慢性心肌梗死模型上這些細胞可以存活并改善心臟功能，時間長達6個月。
有研究已經證實對小面積的梗死區域進行心肌細胞移植可阻止梗死后心臟擴張和心室重構，改善心臟功能[4]。然而，移植心肌組織在細胞移植后數月面積就會減小。電子顯微鏡顯示細胞壞死和凋亡。目前進行采用人心肌細胞移植的臨床試驗尚不現實。因此，需要尋找新的細胞和方法來克服胚胎心肌細胞移植的缺點，以減少免疫抑制劑的應用。此外，胚胎心肌細胞對缺血非常敏感，在體外不易培養擴增，以及胚胎心肌細胞不易獲得和倫理學上的爭議，限制了胚胎心肌細胞的應用。
1.1.2 骨骼肌成肌細胞（skeletal myoblast，SMs）
SMs通常位于成熟肌纖維的基底膜上，處于靜止狀態。Koh等[5]首次報道將SMs移植至正常小鼠心臟，發現這種成肌細胞能形成具有成熟骨骼肌細胞特征的多核肌管。隨后數項動物實驗均證實SMs移植能促進梗死或缺血心肌的再生[6]。Pagani等[7]將SMs植入缺血性心臟病患者的心肌，經活檢發現移植的SMs能存活并分化為成熟肌管，表達骨骼肌特異性蛋白-肌球蛋白重鏈, 促進心臟小血管形成，但移植細胞與鄰近宿主細胞之間缺乏電機械耦聯。動物實驗發現，這些SMs雖然能形成新的肌肉組織（肌管），但是不能表達鈣粘連素和連接蛋白43。這兩種蛋白質是心肌細胞之間的縫隙連接蛋白，缺乏這些蛋白，心肌細胞之間就不能實現電機械耦聯。生理學研究也顯示移植的SMs與宿主心肌細胞的搏動不同步。Shudo等[8]研究顯示將骨髓間充質干細胞和SMs共同培養后植入鼠梗死心肌可顯著改善心功能。目前臨床應用SMs的局限性主要有：缺少心肌細胞表型，一些研究顯示在移植術后初期受體會發生致命性的室性心律失常；衛星細胞活力低，老年患者的肌肉衛星細胞活力低；有效性較低，移植的方法需要改進，以提高細胞移植的有效性和存活率，療效尚有爭議。
1.2 血管原性細胞
1.2.1 成纖維細胞
血管化在組織修復過程中起關鍵作用。在受損部位，表型改變的成纖維細胞樣細胞與纖維組織形成有關。由于這些細胞含有α-平滑肌肌動蛋白微絲，有收縮性，因而被稱為肌成纖維細胞。研究發現成纖維細胞樣細胞含有合成血管緊張素肽和血管緊張素Ⅱ的必要成分。而血管緊張素Ⅱ通過自分泌和旁分泌作用來調節膠原合成，從而促進組織生成。人表皮成纖維細胞已被應用于小鼠左心室梗死的心肌修復，以刺激血管重建和改善左心室功能[9]。研究顯示表皮成纖維細胞可以減緩梗死后左心室功能下降，這可能與心肌血管重建相關。
1.2.2 內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs）
EPCs存在于骨骼和外周血液中，具有成熟內皮細胞的表型。研究發現，在炎癥介導的大鼠心肌病模型上，EPCs由骨骼動員至外周血，并具有與纖連蛋白粘連的能力。與健康大鼠相比，成熟內皮細胞數量顯著下降。結果提示EPCs可應用于急性心肌梗死，以減少心肌重構，改善心功能。這可能是由于它可以促進新生血管形成，從而改善了心肌血供。由于來源豐富、易于獲得和較好的安全性，EPCs應用于臨床有較大的潛力。EPCs移植后的主要作用機制是旁分泌，而對于EPCs是否能轉分化為心肌細胞，目前尚有爭議。EPCs向心肌細胞分化的能力很低，并不能解釋其對梗死心肌的治療作用[10]。作為最常應用于臨床試驗的細胞類型，近期研究顯示采用EPCs治療可使急性心肌梗死和慢性缺血的長期死亡率顯著下降[11]。但大多數研究只強調了陽性結果卻忽視了陰性結果，多個Meta分析都表明可能存在發表偏倚，因此應謹慎看待這些研究結果[12]。
1.3 干細胞
1.3.1 骨髓間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）
MSCs是骨髓間質細胞的一個亞型，具有很強的增殖能力和多向分化潛能。許多體外和體內的細胞研究已經證實MSCs可以分化成心肌細胞[13-14]。MSCs可以通過三個標準來定義：粘附，特定表面標志物的表達（如CD105，CD73，CD90），以及具有分化為脂肪細胞、軟骨細胞和成骨細胞譜系的能力[13, 15]。MSCs的主要優點是取材方便，擴增能力強，應用于臨床的可行性高。此外，MSCs一直被認為具有免疫豁免的特性。體外實驗已經證明，MSCs可分泌大量的促血管生成和抗凋亡因子，包括血管內皮生長因子（VEGF）、堿性成纖維細胞生長因子（FGF）、轉化生長因子B、肝細胞生長因子和腎上腺髓質素（一種抗凋亡肽）[13]。此外，MSCs產生胰島素樣生長因子1（IGF-1，可調節心肌細胞生長）和胎盤生長因子（PGF，可促血管生成和募集單核細胞）。因此許多臨床前動物研究顯示，MSCs可改善心肌梗死后的射血分數[13, 16]，近期也開展了評估其安全性和可行性的臨床試驗[17]。盡管體外實驗顯示MSCs可分化為表達多種心臟標志物的心肌細胞樣細胞，但能否分化為有功能的心肌細胞仍然不清楚。然而，最近有研究表明MSCs可以通過增加心臟表型來改善臨床結果[18]。除了旁分泌效應這一主要功能（包括分泌抑制免疫應答、抑制纖維化和凋亡的細胞因子和生長因子），MSCs也可促進血管生成和刺激生成內源性前體細胞[13]。MSCs臨床應用的有效性和長期安全性還有待于大樣本、隨機雙盲對照研究的驗證。
1.3.2 造血干細胞（hematopoietic stem cells，HSCs）
HSCs是存在于造血組織中的表面表達CD34和CD133的一組細胞群。HSCs具有高度的自我更新能力或自我復制能力，這樣可以保持干細胞數量恒定；也有進一步分化為各系祖細胞及成熟血細胞的能力。臨床前研究顯示CD34細胞可改善心功能，而這與其促進血管新生和減少纖維化重構過程相關[19]。基于這些動物實驗數據開展的隨機臨床研究也證實了其用于治療難治性心絞痛的安全性和可行性[20]。而心肌內注射CD133細胞也可顯著改善冠狀動脈旁路移植術（CABG）患者的心功能[21]。由于HSCs來源于患者骨髓，因而可以通過相對簡單的骨髓穿刺術獲得，在體外進行擴增分化，再移植入患者體內，因此可以不使用免疫抑制劑。另一項近期的報告[22]提示心肌內注射并不能帶來長期獲益，對這些細胞在心肌再生中所起的作用提出了疑問。Balsam等[23]研究顯示HSCs始終是向造血細胞系不斷分化的，提示觀察到的功能改善可能不是其分化為心肌細胞的直接作用，而是其它間接作用所致。
1.3.3 脂肪干細胞
脂肪干細胞（adipose tissue-derived stem cells，ADSCs）有向多種細胞譜系分化的能力。重要的是，體外研究顯示ADSCs有較強的增殖分化潛能[24]。ADSCs可以很容易地通過一個簡單的吸脂分離術獲得，與骨髓穿刺術相比，這是一種安全、微創的操作。已有研究報道了在脂肪干細胞上存在心肌細胞表型。大動物與小動物實驗均顯示，通過心肌內注射ADSCs可以改善心肌梗死后的心功能[25]。
1.3.4 心臟干細胞（cardiac stem cells，CSCs）
傳統觀念認為，成熟哺乳動物心臟是分化終末期器官，沒有自我更新能力。然而越來越多的證據顯示心肌自身存在干細胞，能誘導新生心肌細胞的產生[26]。CSCs被定義為具有多種表面標記物，包括C-kit, Sca-1等。Messina等[27]首次描述了體外分離和擴增成體CSCs的方法，并成功從心臟標本中分離出這種被稱之為心肌球（cardiospheres，CSPs）的克隆。此外，作者也在免疫抑制小鼠模型上證明，心肌梗死后皮下或心肌內移植的CSCs有分化為心肌細胞和血管細胞的能力。在一項具有里程碑意義的研究[28]中，作者從心臟標本中分離和擴增出C-kit陽性的CSCs，顯示人的心臟有一個提供心臟和血管細胞系的克隆干細胞池。另有研究從鼠類和人類心臟中分離出一種表達心臟祖細胞標志物islet-1，而不表達干細胞標志物Sca-1或C-kit的細胞，這種細胞可增殖并分化為心臟細胞[29]。而ISL1+細胞也會表達早期心臟分化標志物，如Nkx2.5和GATA-4，它們缺乏成熟肌細胞的轉錄產物。但當將ISL1+細胞與已分化肌細胞共培養時，會自發獲得心肌細胞的特點，如電機械耦聯。從臨床的角度來看，CSCs或許可通過微創方式從人心臟上獲得[26]。重要的是，自體取材的方式可以將免疫排斥反應和致畸胎瘤的風險降到最低。為了評估安全性和可行性，首項人體試驗已經啟動[30]。然而，迄今為止，CSCs的確切起源和頻率仍未完全闡明。此外，CSCs促進心肌修復和再生的長期療效和機制也需要進一步研究。
1.3.5 胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）
ESCs具有持續增殖和自我更新的能力，主要來自囊胚內細胞團及受精卵發育至桑椹胚之前的早期胚胎細胞。ESCs有很好的可塑性，是一種不需基因重組編程就可產生完整心肌細胞表型的又多潛能干細胞。經體外培養可以分化為心肌細胞。首個進行ESCs心肌移植的研究是由Klug等[31]報道的，研究采用經遺傳學選擇的ESCs誘導產生的心肌細胞可產生肌原纖維和鄰近細胞間的縫隙連接，在體外的自發搏動能力可維持長達7周。結果顯示ESCs誘導生成心肌細胞譜系并用于心肌再生可行。有研究對大鼠心肌梗死模型采用ESCs源性心肌細胞移植，結果顯示心功能有改善[32]。盡管ESCs有很強的再生潛能，仍有一些局限性使其目前停留在臨床前研究：在體內心肌中移植未分化的ESCs可能導致心臟畸胎瘤，此外，人ESCs的應用會帶來倫理學問題，這也限制了其臨床應用。在致瘤性、倫理學和免疫原性等關鍵問題解決之前，臨床應用ESCs的前景有限。
1.3.6 誘導性多潛能干細胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）
iPSCs是指通過基因重排的方法，誘導普通細胞回到最原始的胚胎發育狀態，能夠像胚胎干細胞一樣進行分化。它們可以通過干性轉錄因子如Oct 3/4，Klf4，Sox2和c-Myc的逆轉錄病毒轉導產生[33]。iPSCs能夠分化成全部三個胚層的細胞，這也包括了有功能的心肌細胞[34-35]。在臨床前研究中，iPSCs移植于梗死的心肌可分化為心肌細胞，且這些細胞間可形成縫隙連接[36]。iPSCs還可通過重編程蛋白的方法獲得，而無需DNA載體參與[37]。盡管自體來源的iPSCs可避免倫理學和免疫排斥的問題，與ESCs相比有獨特優勢，但iPSCs的安全性未得到充分驗證，這限制了其臨床應用[38]。近期有研究證實，心肌成纖維細胞在體外和體內可直接重編程為有功能的心肌細胞，這可能代表了一種不需要干細胞或祖細胞參與的新的心肌再生治療策略[39-40]。
2 細胞移植治療的途徑
移植途徑也是影響細胞能否充分發揮修復作用的重要因素，目前的研究常采用如下移植途徑：（1）經冠狀動脈輸注：可使細胞彌散分布于心肌組織，但移植細胞駐留率低，如輸注細胞量過大則有導致心肌梗死的風險，因此這種方法對細胞數量、濃度、輸注速度等有較高要求。盡管如此，該法仍是目前臨床試驗常采用的方法之一。（2）經靜脈注射：經靜脈注射操作簡單，創傷相對較小，但其移植效率較低。在心肌梗死急性期，大量炎性介質釋放使梗死區及周邊毛細血管通透性增加，這可能使干細胞經冠狀動脈移植成功，但此期心肌炎癥反應較強，又容易導致移植細胞死亡。（3）經心外膜注射：心肌內注射的靶部位可以是正常心肌、梗死邊緣帶或是以上二者的聯合，適合與冠狀動脈旁路移植術同時進行，與靜脈注射相比，這種方法操作難度較高，創傷較大，但可保證局部心肌有足夠的細胞數量。（4）經心內膜注射：通過介入手術的方法經心內膜注射，創傷小，安全性高，但移植的細胞分布不均勻，可能造成移植后心室運動不協調。（5）細胞與組織工程生物材料復合后植入：先在體外構建細胞-生物材料復合物，再將其植入體內心肌梗死部位，已有研究顯示這種方法可顯著提高梗死區域細胞存活率，提高細胞移植療效，目前已成為細胞移植治療的研究熱點。
3 細胞移植治療的局限性
雖然大多數臨床研究已顯示不同種類的細胞移植確實可改善心功能，但目前有臨床試驗顯示，細胞移植改善心功能的療效有限，而且有研究報道細胞移植可引起免疫排斥、心律失常、冠狀動脈微梗死等不良反應。人們發現MSCs移植并不如人們先前認為的那樣安全可靠，有研究發現冠狀動脈內移植MSCs會引起冠狀動脈微梗死風險；注射未分選的骨髓細胞到急性梗死心肌會誘導心肌嚴重鈣化；骨髓細胞有形成腫瘤血管的可能；MSCs在體外經長期培養可自發形成腫瘤樣細胞；移植干細胞源性心肌細胞，可因這些細胞遷移到正常心肌中而加重梗死區周邊心肌細胞缺血，加重心肌細胞死亡。
在移植路徑方面，各種移植方法均有其局限性，經心外膜注射最為直接可靠，但由于操作難度高、創傷大，對患者來講可能難以接受，實際可操作性較差。
4 未來臨床發展方向展望
盡管存在各種不足，但多項臨床研究試驗取得了令人鼓舞的結果，這顯示出細胞移植治療心肌梗死具有廣闊應用前景。將來的臨床發展方向可以歸納如下：（1）為了客觀評價細胞移植治療心肌梗死的有效性及安全性，需開展多中心、大樣本、隨機雙盲對照臨床試驗；（2）移植對象可能由心肌梗死或嚴重缺血患者擴大到心力衰竭患者，嚴重心力衰竭患者可能受益最大；（3）細胞移植途徑的選擇方案應更加優化，經冠狀動脈輸注、經心內膜或心外膜注射、心肌組織工程材料植入等方法聯合靈活應用不僅更易被患者接受，也能提高細胞移植療效，更有利于改善心功能，提高患者的生活質量，延長壽命；靜脈移植途徑與內科傳統治療如血管緊張素酶抑制劑或血管緊張素受體抑制劑聯合應用，也是一種可供嘗試的治療途徑；（4）供體來源仍然主要是自體細胞，因為自體細胞移植具有不存在免疫排斥反應、來源充足和無倫理糾紛等優點；（5）細胞移植、心肌細胞周期調控治療與促血管新生、增強細胞保護等基因治療技術聯合應用可能會擁有更重要的臨床意義和更廣闊的應用前景。雖然目前誘導性多潛能干細胞（iPSCs）移植治療心肌梗死的研究尚處在初期階段，但已成目前該領域的研究熱點。通過建立完整的動物模型技術平臺，探索各項技術在臨床應用的可能性，使細胞移植治療心血管疾病的手段有可能成為不同于內科傳統藥物治療、介入治療和外科手術治療的又一全新治療方法。