隨著干細胞研究的深入，人們發現心臟像皮膚、腦、肝臟等組織一樣，也屬于可再生器官，自身也存在干細胞即心臟干細胞，具有干細胞共有的自我更新、克隆形成、定向分化成心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞的特性。由于具有組織特異性及心系定向分化潛能，心臟干細胞在心血管疾病治療方面較其他干細胞具有明顯的優勢，但存在心臟干細胞移植率低等問題。為了克服上述不足，近年來，人們又開始探索將細胞療法與一些新技術相結合治療心血管疾病，如細胞療法與組織工程、基因療法、心臟干細胞外泌體的聯合應用等，為心血管疾病的治療提供了新思路。本文主要針對心臟干細胞治療心血管疾病機制及目前心臟干細胞與新技術的聯合應用進展進行綜述。
引用本文： 呂井井, 施國丞, 陳會文. 心臟干細胞治療心血管疾病的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2017, 24(12): 983-987. doi: 10.7507/1007-4848.201608018 復制
心臟曾一直被認為是終末分化器官，心肌梗死后心肌細胞不可再生，但后來的研究對這一觀點提出了質疑。2003 年 Beltrami 等[1]從成年大鼠心臟中分離出一種表達 c-kit 且有自我更新，克隆及多向分化能力，能分化成心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞的心臟干細胞，移植后可以改善心肌梗死后心臟功能。Messina 等[2]在 2004 年首先發現心肌球和心肌球源性細胞。3 年后，Smith 等[3]提出經皮心肌活檢體外培養獲得心肌球，進而獲取心肌球源性細胞，注射入梗死小鼠模型后可以促進心肌再生，提高心臟功能。隨后陸續有人發現不同表面標志的干細胞：酪氨酸蛋白激酶生長因子受體（tyrosine kinase growth factor receptor，c-kit）+心臟干細胞、胚胎抗原-1（stage specific embryonic antigen-1，SSEA-1）+心臟干細胞[4]、干細胞抗原-1（stem cell antigen-1，Sca-1）+心臟干細胞[5]、胰島素增強子結合蛋白-1（insulin gene enhancer protein-1，Isl1）+心臟干細胞[6]、側群細胞[7]、心肌球源性干細胞（cardiosphere-derived stem celss，CDCs）[8]和心肌球細胞[9]、心外膜源性細胞[10]。研究者[11-12]發現心臟干細胞存在于干細胞巢中，干細胞巢是存在于組織深處由細胞和細胞外間質共同組成的結構，通過連接蛋白等與心肌細胞和成纖維細胞連接起來。心臟干細胞在心臟中許多部位均有分布，如心耳[13]、心房、心室、房室溝[14]、心外膜[15]，但分布比例不同，比例與組織所受壓力成反比，心房多于心室[16]，Itzhaki-Alfia等[17]發現從右心耳分離出來的 c-kit+心臟干細胞比心臟其他部位多。Sandstedt 等[18]研究發現右心房 c-kit+CD45-細胞多于左心房。
1 心臟干細胞治療心血管疾病機制
現已證實心臟內存在原位干細胞，并且干細胞療法能改善心臟功能，但其具體機制仍存在爭議。目前主要有兩種觀點：干細胞的直接分化作用和旁分泌作用。
1.1 干細胞的直接分化作用
許多研究表明分離擴增的心臟干細胞體外可以分化為心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞，移植到缺血梗死心臟后能夠促進心臟功能的提高[3, 19]。Dawn 等[20-21]的研究結果表明當心臟干細胞被移植入受損心臟中時，心臟干細胞能夠分化成內皮細胞并表達心肌特異蛋白。而 Tang 等[22]在研究心臟干細胞對陳舊性心肌梗死后心臟組織再生和減少心肌梗死后左室重塑是否有效時，發現心臟干細胞處理組大鼠梗死區域存活心肌更多，左心功能增加，但是能定向分化為心肌細胞的干細胞數量太少，不足以解釋左室功能提高的程度，推測心臟干細胞直接分化可能不是促使心臟功能提高的唯一途徑。
1.2 旁分泌作用
近年來，越來越多的觀點認為移植的心臟干細胞是通過分泌一些細胞因子或生長因子，如血管內皮細胞生長因子（VEGF）、肝細胞生長因子（HGF）、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）等對心血管疾病治療發揮作用的，研究[23-26]表明，這些因子在體外可以促進干細胞的遷移、增殖、分化和血管形成等，移植到體內后可以促進內源性心臟干細胞的募集，抑制梗死區細胞的凋亡，抗心肌重塑，改善心臟功能。內源性干細胞可能表達細胞或生長因子受體，在旁分泌信號的刺激下，干細胞遷移至損傷梗死區域后分化[27]。
為了進一步研究旁分泌機制，研究者們直接利用細胞或生長因子進行了許多研究。例如，Yeghiazarians 等[28]將骨髓細胞提取物直接注射到梗死后的心臟中，發現可以促進血管形成，減少細胞凋亡，提高心臟功能。Zhang等[29]在小型豬心肌梗死后心肌內注射堿性成纖維細胞生長因子（bFGF），發現可以促進心臟 c-kit+心臟干細胞增殖分化，修復梗死心肌。Ellison 等[30]也發現 IGF-1/HGF 在體內、外能夠激活 c-kit+CD45-心臟干細胞并促進其心肌增殖分化。Linke 等[31]進行了犬的實驗，心肌梗死后將干細胞因子和胰島素樣生長因子注入心臟中，刺激原位心臟干細胞，發現可以促進梗死區心肌細胞和冠狀動脈血管的形成。Rota 等[32]將心臟祖細胞和生長因子分別注入梗死后心臟中，發現二者對心肌細胞再生、減少心室重塑和保護心臟功能方面作用相似。有研究者[33]將胰島素樣生長因子與心臟祖細胞一起注射入大鼠梗死心肌后，發現可以刺激自身和原位心臟干細胞的分化，且與單獨注射心臟祖細胞或胰島素樣生長因子組比較，其修復梗死心肌能力更強。
干細胞的旁分泌作用受一些其他因素的影響（如缺氧、細胞聯合培養等）。Tan 等[34]研究發現在低氧環境下心肌球源性干細胞的增殖速度較常氧下提高了 1.4 倍，表達的心臟多能性表面標志增多，端粒酶、相關細胞因子/配體（SDF/CXCR-4）、促紅細胞生成素及血管內皮生長因子等的表達均增加，可以增強干細胞的治療作用。研究發現當將骨髓來源的間充質干細胞注射入心肌梗死后心臟中時能夠促進內源性心臟干細胞的增殖和分化[35]。后來 Williams 等[36]將間充質干細胞與心臟干細胞聯合移植治療心肌梗死，結果發現聯合治療組較單一干細胞組在減少梗死面積和提高心室功能上更有效，這一研究結果提示聯合治療更有效。2015 年 Avolio 等[37]將隱靜脈源性的外周細胞與心臟干細胞聯合移植入心肌梗死模型中，發現聯合細胞移植可以更好地促進梗死心肌的修復。由此看來，在心肌梗死后的心肌再生中，既有心臟干細胞的直接分化作用，也有旁分泌作用的參與。但目前看來，可能旁分泌發揮更重要的作用。
2 心臟干細胞療法與心血管疾病治療
近年來，心臟干細胞再生療法治療心血管疾病取得了很大進步，其發揮作用的方式及機制研究也越來越清楚，仍存在許多問題，如心臟干細胞的移植存活率低、定植率低等問題，制約心臟干細胞的應用前景。為了解決這些問題，基于前期的研究成果，人們開始將心臟干細胞與其他新技術相結合，以尋求治療心臟疾病的新的思路。
2.1 心臟干細胞結合組織工程治療心血管疾病
心肌組織工程概念的提出及其發展使人們發現可以利用干細胞和生長因子聯合生物材料來治療疾病，生物材料為干細胞提供結構和生物性能上的支持，促進干細胞的定植、生長、分化等，克服了細胞移植率低等問題，從而有效治療疾病，因而基于組織工程的干細胞療法被認為是更具研究前景的方向。
干細胞結合組織工程治療心血管疾病的各種技術及應用主要包括：（1）細胞片層技術，它是將細胞種植在溫敏材料培養皿上，在培養皿溫度降低時，可以將細胞層完整分離下來，然后直接移植到缺血梗死部位以達到治療疾病的目的。溫敏材料的應用使體外培養的細胞層獲取時避免了酶的消化，不會破壞細胞間連接[38]。實驗研究[39]表明將 c-kit+心臟干細胞的細胞片移植入心肌梗死大鼠心臟模型中后（三層較一層治療效果好），可以抗纖維化，提高左心室射血分數。這一技術的應用具有巨大的潛力，一方面由于細胞聚集在一起，可以保證足夠的細胞移植和定植數量；同時由于無人工合成材料的應用，能有效減少炎癥相關的反應[38]。但血管重建仍是心肌組織工程的一個關鍵問題，缺氧缺血部位氧氣和營養的不足限制了細胞移植的數量和組織工程化的較大較厚心臟組織的移植。有研究報道[40]單層內皮細胞層體內可以促進毛細血管的形成，因此在組織工程化心肌細胞層之間加入內皮細胞層可能促進血管形成。但目前合成臨床可用的心臟組織所需要的充足血管方面仍需要進一步研究探索。（2）可注射水凝膠是由不溶于水的多聚物制成的。包括多種天然（如殼聚糖、膠原纖維、纖維蛋白、透明質酸）以及合成（如聚乙烯二醇）材料等，由于它們具有良好的粘彈性，可以較好地進行理化性質改造，這些特點使它們成為心肌再生很有吸引力的材料選擇[41]。目前基于水凝膠的細胞療法主要有兩種方式：第一，直接注射水凝膠可促進內源性細胞募集、再生與組織修復[42]；第二，體外形成支架材料作為攜帶細胞或生物活性分子的載體移植到體內從而提高心臟功能[43]。這一材料的應用可提高細胞的移植率、滯留率和生存率，也可以對藥物起到控釋的作用[44]。（3）有孔材料的應用，模擬細胞提供細胞外基質成分，利于細胞的定植、遷移、增殖、分化等。Liu 等[45]將心血管祖細胞種植在有孔納米纖維支架材料上，發現這一支架材料可以促進細胞的粘附、擴增及分化；雖然這一材料可以促進心血管祖細胞的分化以及與周圍組織的相互作用，但將細胞種植在這種材料上長期是否能夠形成有功能心肌組織需要進一步研究；而且這一材料降解速率的優化可能促進細胞間連接等仍需進一步研究。（4）微型膠囊技術，即利用材料將細胞或因子包裹，可以提高對移植細胞的保護作用，同時確保因子的緩慢釋放，提高干細胞移植率和滯留率[46]。這些技術在某種程度上解決了干細胞體內移植靶向特異性差、定植困難、滯留時間短、生存率低等問題。盡管心肌組織工程研究取得了較大進展，仍存在許多問題，如天然材料生物活性較好，機械性能卻較差，且易與宿主產生免疫反應；合成材料雖然可以控制改變其理化性質，但其生物性能卻又較差。所以如何提高天然材料的組織相容性及機械性能，合成材料的生物活性，研制生物相容性、生物力學特性等性能均優良的新一代仿生型材料用于治療心血管疾病，需要進一步探索。
2.2 心臟干細胞結合基因療法治療心血管疾病
干細胞與基因療法相結合治療心血管疾病，主要分為兩種方式，第一種是直接通過心肌內或靜脈注射的方法，將病毒載體攜帶的基因注入體內以治療疾病。Yaniz-Galende 等[47]將載有干細胞因子（SCF）基因的腺病毒注射入大鼠心肌后，發現能夠促進 c-kit+原位干細胞募集和增殖，然而這種直接注射的方式屬于侵入性治療，靶向特異性較低，只有一小部分載體攜帶基因到達缺血部位。第二種是在體外將干細胞通過轉染目的基因后進行移植，雖然需要經過體外分離擴增的復雜過程，卻可以將基因轉入特定細胞，轉染效率較高[48]。Hu 等[49]通過將 3 個不同 microRNA 轉染進心臟干細胞后，發現移植后可提高心臟干細胞的生存率，改善心臟功能。基因療法由于其可以通過一次治療即可以在病變部位不斷釋放出具有治療作用的蛋白或分子而具有獨特優勢。目前已有許多前臨床試驗和臨床試驗研究證明了通過基因療法治療缺血性心臟疾病的有效性及安全性，通過導入特定基因發揮促進血管形成、抗氧化、抑制凋亡等達到治療疾病的目的[50]。而且近年來基因轉染技術的提高也使基因轉染效率更高，同時一些轉染效率較高的非病毒載體如可降解脂質改性聚合物[51]和納米微粒[52]的提出消除了基于病毒載體轉染的安全性考慮。盡管基因療法取得了極大進展，仍需進一步研究疾病通路的不同靶點及不斷提高基因治療的安全性和有效性。
2.3 心臟干細胞與外泌體結合治療心血管疾病
外泌體是大多數細胞分泌的包含蛋白質和核酸信息的脂質雙層微囊泡，在細胞旁分泌和信號轉導過程中扮演重要角色[53]。Ibrahim 等[54]研究發現心肌球來源的外泌體含有豐富的 MicroRNA，體外可抑制心肌細胞凋亡，促進心肌細胞增殖和新生血管的形成，外泌體移植后可改善梗死后心臟功能。Gray[55]發現低氧預處理可使心臟干細胞分泌的外泌體中的 MicroRNA 發生變化，移植后較常氧組干細胞外泌體的心肌損傷修復作用更強。Khan 等[56]利用胚胎干細胞來源的外泌體與心臟干細胞共培養發現可促進其存活，增殖，移植后顯著提高其存活，增強分化成心肌與血管的能力，提高心臟功能。為心血管疾病的治療提供了新的思路。外泌體作為新出現的一種無細胞療法，不存在干細胞致瘤、生存率低等問題。但外泌體的分離純化過程較復雜，且分離純度不高，需要進一步探索。
綜上所述，隨著干細胞研究的不斷深入及拓展，干細胞治療心血管疾病的作用機制越來越明確；人們在干細胞治療心血管疾病方面進行了諸多嘗試，從單純干細胞治療到細胞聯合組織工程和因子治療，細胞聯合基因治療以及近幾年出現的干細胞與外泌體治療，仍然面臨許多挑戰，干細胞與其他新技術聯合應用治療心血管疾病的長期效果及其具體機制尚需進一步的研究。
心臟曾一直被認為是終末分化器官，心肌梗死后心肌細胞不可再生，但后來的研究對這一觀點提出了質疑。2003 年 Beltrami 等[1]從成年大鼠心臟中分離出一種表達 c-kit 且有自我更新，克隆及多向分化能力，能分化成心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞的心臟干細胞，移植后可以改善心肌梗死后心臟功能。Messina 等[2]在 2004 年首先發現心肌球和心肌球源性細胞。3 年后，Smith 等[3]提出經皮心肌活檢體外培養獲得心肌球，進而獲取心肌球源性細胞，注射入梗死小鼠模型后可以促進心肌再生，提高心臟功能。隨后陸續有人發現不同表面標志的干細胞：酪氨酸蛋白激酶生長因子受體（tyrosine kinase growth factor receptor，c-kit）+心臟干細胞、胚胎抗原-1（stage specific embryonic antigen-1，SSEA-1）+心臟干細胞[4]、干細胞抗原-1（stem cell antigen-1，Sca-1）+心臟干細胞[5]、胰島素增強子結合蛋白-1（insulin gene enhancer protein-1，Isl1）+心臟干細胞[6]、側群細胞[7]、心肌球源性干細胞（cardiosphere-derived stem celss，CDCs）[8]和心肌球細胞[9]、心外膜源性細胞[10]。研究者[11-12]發現心臟干細胞存在于干細胞巢中，干細胞巢是存在于組織深處由細胞和細胞外間質共同組成的結構，通過連接蛋白等與心肌細胞和成纖維細胞連接起來。心臟干細胞在心臟中許多部位均有分布，如心耳[13]、心房、心室、房室溝[14]、心外膜[15]，但分布比例不同，比例與組織所受壓力成反比，心房多于心室[16]，Itzhaki-Alfia等[17]發現從右心耳分離出來的 c-kit+心臟干細胞比心臟其他部位多。Sandstedt 等[18]研究發現右心房 c-kit+CD45-細胞多于左心房。
1 心臟干細胞治療心血管疾病機制
現已證實心臟內存在原位干細胞，并且干細胞療法能改善心臟功能，但其具體機制仍存在爭議。目前主要有兩種觀點：干細胞的直接分化作用和旁分泌作用。
1.1 干細胞的直接分化作用
許多研究表明分離擴增的心臟干細胞體外可以分化為心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞，移植到缺血梗死心臟后能夠促進心臟功能的提高[3, 19]。Dawn 等[20-21]的研究結果表明當心臟干細胞被移植入受損心臟中時，心臟干細胞能夠分化成內皮細胞并表達心肌特異蛋白。而 Tang 等[22]在研究心臟干細胞對陳舊性心肌梗死后心臟組織再生和減少心肌梗死后左室重塑是否有效時，發現心臟干細胞處理組大鼠梗死區域存活心肌更多，左心功能增加，但是能定向分化為心肌細胞的干細胞數量太少，不足以解釋左室功能提高的程度，推測心臟干細胞直接分化可能不是促使心臟功能提高的唯一途徑。
1.2 旁分泌作用
近年來，越來越多的觀點認為移植的心臟干細胞是通過分泌一些細胞因子或生長因子，如血管內皮細胞生長因子（VEGF）、肝細胞生長因子（HGF）、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）等對心血管疾病治療發揮作用的，研究[23-26]表明，這些因子在體外可以促進干細胞的遷移、增殖、分化和血管形成等，移植到體內后可以促進內源性心臟干細胞的募集，抑制梗死區細胞的凋亡，抗心肌重塑，改善心臟功能。內源性干細胞可能表達細胞或生長因子受體，在旁分泌信號的刺激下，干細胞遷移至損傷梗死區域后分化[27]。
為了進一步研究旁分泌機制，研究者們直接利用細胞或生長因子進行了許多研究。例如，Yeghiazarians 等[28]將骨髓細胞提取物直接注射到梗死后的心臟中，發現可以促進血管形成，減少細胞凋亡，提高心臟功能。Zhang等[29]在小型豬心肌梗死后心肌內注射堿性成纖維細胞生長因子（bFGF），發現可以促進心臟 c-kit+心臟干細胞增殖分化，修復梗死心肌。Ellison 等[30]也發現 IGF-1/HGF 在體內、外能夠激活 c-kit+CD45-心臟干細胞并促進其心肌增殖分化。Linke 等[31]進行了犬的實驗，心肌梗死后將干細胞因子和胰島素樣生長因子注入心臟中，刺激原位心臟干細胞，發現可以促進梗死區心肌細胞和冠狀動脈血管的形成。Rota 等[32]將心臟祖細胞和生長因子分別注入梗死后心臟中，發現二者對心肌細胞再生、減少心室重塑和保護心臟功能方面作用相似。有研究者[33]將胰島素樣生長因子與心臟祖細胞一起注射入大鼠梗死心肌后，發現可以刺激自身和原位心臟干細胞的分化，且與單獨注射心臟祖細胞或胰島素樣生長因子組比較，其修復梗死心肌能力更強。
干細胞的旁分泌作用受一些其他因素的影響（如缺氧、細胞聯合培養等）。Tan 等[34]研究發現在低氧環境下心肌球源性干細胞的增殖速度較常氧下提高了 1.4 倍，表達的心臟多能性表面標志增多，端粒酶、相關細胞因子/配體（SDF/CXCR-4）、促紅細胞生成素及血管內皮生長因子等的表達均增加，可以增強干細胞的治療作用。研究發現當將骨髓來源的間充質干細胞注射入心肌梗死后心臟中時能夠促進內源性心臟干細胞的增殖和分化[35]。后來 Williams 等[36]將間充質干細胞與心臟干細胞聯合移植治療心肌梗死，結果發現聯合治療組較單一干細胞組在減少梗死面積和提高心室功能上更有效，這一研究結果提示聯合治療更有效。2015 年 Avolio 等[37]將隱靜脈源性的外周細胞與心臟干細胞聯合移植入心肌梗死模型中，發現聯合細胞移植可以更好地促進梗死心肌的修復。由此看來，在心肌梗死后的心肌再生中，既有心臟干細胞的直接分化作用，也有旁分泌作用的參與。但目前看來，可能旁分泌發揮更重要的作用。
2 心臟干細胞療法與心血管疾病治療
近年來，心臟干細胞再生療法治療心血管疾病取得了很大進步，其發揮作用的方式及機制研究也越來越清楚，仍存在許多問題，如心臟干細胞的移植存活率低、定植率低等問題，制約心臟干細胞的應用前景。為了解決這些問題，基于前期的研究成果，人們開始將心臟干細胞與其他新技術相結合，以尋求治療心臟疾病的新的思路。
2.1 心臟干細胞結合組織工程治療心血管疾病
心肌組織工程概念的提出及其發展使人們發現可以利用干細胞和生長因子聯合生物材料來治療疾病，生物材料為干細胞提供結構和生物性能上的支持，促進干細胞的定植、生長、分化等，克服了細胞移植率低等問題，從而有效治療疾病，因而基于組織工程的干細胞療法被認為是更具研究前景的方向。
干細胞結合組織工程治療心血管疾病的各種技術及應用主要包括：（1）細胞片層技術，它是將細胞種植在溫敏材料培養皿上，在培養皿溫度降低時，可以將細胞層完整分離下來，然后直接移植到缺血梗死部位以達到治療疾病的目的。溫敏材料的應用使體外培養的細胞層獲取時避免了酶的消化，不會破壞細胞間連接[38]。實驗研究[39]表明將 c-kit+心臟干細胞的細胞片移植入心肌梗死大鼠心臟模型中后（三層較一層治療效果好），可以抗纖維化，提高左心室射血分數。這一技術的應用具有巨大的潛力，一方面由于細胞聚集在一起，可以保證足夠的細胞移植和定植數量；同時由于無人工合成材料的應用，能有效減少炎癥相關的反應[38]。但血管重建仍是心肌組織工程的一個關鍵問題，缺氧缺血部位氧氣和營養的不足限制了細胞移植的數量和組織工程化的較大較厚心臟組織的移植。有研究報道[40]單層內皮細胞層體內可以促進毛細血管的形成，因此在組織工程化心肌細胞層之間加入內皮細胞層可能促進血管形成。但目前合成臨床可用的心臟組織所需要的充足血管方面仍需要進一步研究探索。（2）可注射水凝膠是由不溶于水的多聚物制成的。包括多種天然（如殼聚糖、膠原纖維、纖維蛋白、透明質酸）以及合成（如聚乙烯二醇）材料等，由于它們具有良好的粘彈性，可以較好地進行理化性質改造，這些特點使它們成為心肌再生很有吸引力的材料選擇[41]。目前基于水凝膠的細胞療法主要有兩種方式：第一，直接注射水凝膠可促進內源性細胞募集、再生與組織修復[42]；第二，體外形成支架材料作為攜帶細胞或生物活性分子的載體移植到體內從而提高心臟功能[43]。這一材料的應用可提高細胞的移植率、滯留率和生存率，也可以對藥物起到控釋的作用[44]。（3）有孔材料的應用，模擬細胞提供細胞外基質成分，利于細胞的定植、遷移、增殖、分化等。Liu 等[45]將心血管祖細胞種植在有孔納米纖維支架材料上，發現這一支架材料可以促進細胞的粘附、擴增及分化；雖然這一材料可以促進心血管祖細胞的分化以及與周圍組織的相互作用，但將細胞種植在這種材料上長期是否能夠形成有功能心肌組織需要進一步研究；而且這一材料降解速率的優化可能促進細胞間連接等仍需進一步研究。（4）微型膠囊技術，即利用材料將細胞或因子包裹，可以提高對移植細胞的保護作用，同時確保因子的緩慢釋放，提高干細胞移植率和滯留率[46]。這些技術在某種程度上解決了干細胞體內移植靶向特異性差、定植困難、滯留時間短、生存率低等問題。盡管心肌組織工程研究取得了較大進展，仍存在許多問題，如天然材料生物活性較好，機械性能卻較差，且易與宿主產生免疫反應；合成材料雖然可以控制改變其理化性質，但其生物性能卻又較差。所以如何提高天然材料的組織相容性及機械性能，合成材料的生物活性，研制生物相容性、生物力學特性等性能均優良的新一代仿生型材料用于治療心血管疾病，需要進一步探索。
2.2 心臟干細胞結合基因療法治療心血管疾病
干細胞與基因療法相結合治療心血管疾病，主要分為兩種方式，第一種是直接通過心肌內或靜脈注射的方法，將病毒載體攜帶的基因注入體內以治療疾病。Yaniz-Galende 等[47]將載有干細胞因子（SCF）基因的腺病毒注射入大鼠心肌后，發現能夠促進 c-kit+原位干細胞募集和增殖，然而這種直接注射的方式屬于侵入性治療，靶向特異性較低，只有一小部分載體攜帶基因到達缺血部位。第二種是在體外將干細胞通過轉染目的基因后進行移植，雖然需要經過體外分離擴增的復雜過程，卻可以將基因轉入特定細胞，轉染效率較高[48]。Hu 等[49]通過將 3 個不同 microRNA 轉染進心臟干細胞后，發現移植后可提高心臟干細胞的生存率，改善心臟功能。基因療法由于其可以通過一次治療即可以在病變部位不斷釋放出具有治療作用的蛋白或分子而具有獨特優勢。目前已有許多前臨床試驗和臨床試驗研究證明了通過基因療法治療缺血性心臟疾病的有效性及安全性，通過導入特定基因發揮促進血管形成、抗氧化、抑制凋亡等達到治療疾病的目的[50]。而且近年來基因轉染技術的提高也使基因轉染效率更高，同時一些轉染效率較高的非病毒載體如可降解脂質改性聚合物[51]和納米微粒[52]的提出消除了基于病毒載體轉染的安全性考慮。盡管基因療法取得了極大進展，仍需進一步研究疾病通路的不同靶點及不斷提高基因治療的安全性和有效性。
2.3 心臟干細胞與外泌體結合治療心血管疾病
外泌體是大多數細胞分泌的包含蛋白質和核酸信息的脂質雙層微囊泡，在細胞旁分泌和信號轉導過程中扮演重要角色[53]。Ibrahim 等[54]研究發現心肌球來源的外泌體含有豐富的 MicroRNA，體外可抑制心肌細胞凋亡，促進心肌細胞增殖和新生血管的形成，外泌體移植后可改善梗死后心臟功能。Gray[55]發現低氧預處理可使心臟干細胞分泌的外泌體中的 MicroRNA 發生變化，移植后較常氧組干細胞外泌體的心肌損傷修復作用更強。Khan 等[56]利用胚胎干細胞來源的外泌體與心臟干細胞共培養發現可促進其存活，增殖，移植后顯著提高其存活，增強分化成心肌與血管的能力，提高心臟功能。為心血管疾病的治療提供了新的思路。外泌體作為新出現的一種無細胞療法，不存在干細胞致瘤、生存率低等問題。但外泌體的分離純化過程較復雜，且分離純度不高，需要進一步探索。
綜上所述，隨著干細胞研究的不斷深入及拓展，干細胞治療心血管疾病的作用機制越來越明確；人們在干細胞治療心血管疾病方面進行了諸多嘗試，從單純干細胞治療到細胞聯合組織工程和因子治療，細胞聯合基因治療以及近幾年出現的干細胞與外泌體治療，仍然面臨許多挑戰，干細胞與其他新技術聯合應用治療心血管疾病的長期效果及其具體機制尚需進一步的研究。