概述：近年來，干細胞的再生特性已在多種疾病的背景下進行了研究，例如神經退行性疾病、骨關節炎和牙周炎。除了具有再生潛力外，干細胞還具有免疫調節特性，對炎癥狀況有有益的作用。心血管疾病（CVD）是導致死亡的主要原因。

本綜述的目的是提出并討論有關干細胞在心血管疾病治療中作用的當前證據。我們將重點關注間充質干細胞（MSC）的使用。目前，間充質干細胞似乎是心臟再生領域最有吸引力的細胞。然而，大量研究探討了增強間充質干細胞功能的潛在機制；因此，我們還將討論進一步增強其有益效果的方法。

干細胞在治療心血管疾病中的作用

心血管疾病——特點及當前治療策略

心血管疾病是一大類具有重大全球負擔的疾病。2019年，心血管疾病患者超過5億人。該術語包括一組心臟和血管疾病，包括動脈粥樣硬化、冠狀動脈疾病 (CAD)、中風和腦出血、心肌病和心力衰竭 (HF)。CVD經常同時存在，并且它們的發病機制是相關的。CVD的主要行為危險因素包括不良飲食、缺乏身體活動、吸煙和飲酒。這些因素可能導致高血壓、高膽固醇血癥、高血糖和肥胖，這些都與心臟病、中風和心力衰竭的風險增加有關。

• 冠狀動脈疾病是一種與動脈壁上動脈粥樣硬化斑塊積聚相關的疾病。它導致動脈血流量減少、心肌缺氧和冠狀動脈供血不足。CAD涵蓋多種臨床病癥，包括無癥狀動脈粥樣硬化、穩定型心絞痛和急性冠狀動脈綜合征（不穩定型心絞痛（UA）、非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）、ST段抬高型心肌梗死（STEMI））。穩定型心絞痛的癥狀包括胸痛，尤其是與壓力或體育鍛煉有關的胸痛，放射至頸部、下頜或手臂。休息時或服用硝酸甘油后1-3分鐘內疼痛就會減輕。重要的是，穩定型心絞痛不會導致心肌細胞壞死。加拿大心血管學會（CCS）根據疾病癥狀對CAD患者進行了四級分級。這些癥狀通常與運動能力有關，其中第一階段是最溫和的，不限制日常活動，第四階段甚至與休息時癥狀的發生有關。

目前CAD的治療策略基于血管內介入治療、冠狀動脈搭橋手術 (CABG) 、藥物和非藥物治療。侵入性治療更有效，但保守治療方法也有好處。它們減緩動脈粥樣硬化的進展，緩解癥狀，并預防動脈粥樣硬化血栓事件。這些方法基于抗缺血藥物（主要是β受體阻滯劑或鈣通道抑制劑）和硝酸鹽的特殊使用的組合。具有抗血小板特性的藥物，例如乙酰水楊酸或氯吡格雷，可以降低主要血管事件的風險。此外，用他汀類藥物和其他降脂藥治療高膽固醇血癥可減少動脈粥樣硬化斑塊的積累。改變生活方式對于減少心血管危險因素至關重要，包括改變飲食、鍛煉和戒煙。

• 心肌病是相對罕見的疾病，分為主要類型（遺傳性、混合性或獲得性）和次要類型，導致各種表型，例如擴張型、肥厚型和限制型。擴張型心肌病 (DCM) 的診斷是在收縮功能障礙和左心室 (LV) 擴張但沒有CAD的情況下進行的。多種因素可能導致DCM的發生，包括感染、毒素、炎癥和代謝因素。

• 心力衰竭是一種以結構性或功能性心臟缺陷引起的癥狀為特征的疾病，通過高利尿鈉肽水平和/或肺部或全身充血的客觀證據證實。心力衰竭分為急性或慢性。最常見的原因包括高血壓、冠心病、心肌病、瓣膜缺陷和心包疾病。此外，其他心外疾病也可能導致心力衰竭的發生，例如糖尿病、腎衰竭、感染。
  • 慢性心力衰竭由左心室射血分數 (LVEF) 定義，分為三組：射血分數降低 (LVEF≤40%)；射血分數輕度降低（LVEF41–49%）；和射血分數保留（LVEF≥50%）。慢性心力衰竭主要癥狀為呼吸困難、運動受限、腿部腫脹、腹圍增大等。心力衰竭患者按紐約心臟協會分級（NYHA量表）。該量表根據運動能力將患者分為四組。

心力衰竭的藥物治療基于四類主要藥物。第一種是腎素-血管緊張素-醛固酮系統抑制劑（RAASi），包括ACE抑制劑（ACE-I）、血管緊張素受體阻滯劑（ARB）和血管緊張素受體/腦啡肽酶抑制劑（ARNI）。其他治療方法包括β受體阻滯劑 (BB)、鹽皮質激素受體拮抗劑 (MRA) 和鈉葡萄糖協同轉運蛋白2抑制劑 (SGLT2i) 。盡管過去幾十年來在心力衰竭創新藥物治療方面取得了重大進展，但過早死亡的預防僅略有改善。環境因素惡化、飲食不良和人口老齡化導致受這些疾病影響的人數不斷增加。

目前的治療方法不能誘導心臟組織再生，并且不足以減少纖維化組織。因此，需要盡快制定新的治療策略并將其實施到日常實踐中。干細胞或繼承旁分泌因子的使用可能成為一種新的治療策略。

干細胞與冠狀動脈疾病

干細胞和動脈粥樣硬化——巨噬細胞

動脈粥樣硬化是一種常見的炎癥性血管疾病，其特征是大動脈內壁內脂蛋白、脂質、纖維成分的積累和鈣化。由于動脈粥樣硬化的患病率不斷增加及其與不良反應的相關性，用現有藥物調節血脂水平是不夠的。

在血管動脈粥樣硬化的背景下，間充質干細胞表現出抗凋亡和抗炎特性。它們具有免疫調節特性，可調節免疫細胞（包括巨噬細胞）的行為，巨噬細胞在動脈粥樣硬化中發揮重要作用。巨噬細胞通常分為兩種主要亞型：M1（經典激活）和M2（選擇性激活）巨噬細胞。然而，最近的研究表明這些細胞有更多的亞群。在動脈粥樣硬化斑塊中，檢測到促炎細胞、泡沫狀抗炎細胞以及駐留巨噬細胞。

研究表明間充質干細胞具有通過介導巨噬細胞極化來調節動脈粥樣硬化進展的能力。

范等人證明AD-MSCs移植降低了動脈粥樣硬化大鼠血清中甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的水平。表格1：總結了有關MSC通過調節巨噬細胞功能抑制動脈粥樣硬化進展的臨床前模型和研究結果。

干細胞和動脈粥樣硬化——內皮細胞

除巨噬細胞外，內皮細胞是動脈粥樣硬化發病機制中另一個非常重要的細胞群。由于血流紊亂、oxLDL和促炎細胞因子等多種因素，內皮細胞無法維持體內平衡，從而導致其功能障礙。因此，這些細胞被激活，血管壁刺激包括血小板激活、白細胞粘附、血管收縮和脂質積累在內的過程。

多項研究已經證明干細胞在減少內皮細胞炎癥方面的功效，從而緩解動脈粥樣硬化。具體來說，旁分泌產物，例如細胞外囊泡，在此過程中發揮重要作用。例如，高葡萄糖條件會損害人臍靜脈內皮細胞 (HUVEC) 的功能，例如遷移和管破裂。MSC的條件培養基可以顯著改善這些過程。
間充質干細胞與心肌梗塞和缺血性心臟病

缺血性心臟病（IHD）是一種以心肌細胞氧氣和營養供應不足為特征的臨床綜合征。冠狀動脈粥樣硬化被認為是IHD的主要原因，它通過供應心肌的心外膜動脈管腔變窄而導致缺血。長期以來，缺血性心臟病一直是全球主要死亡原因，其在公共衛生中的重要性不斷增強。缺血性心臟病引起的死亡大致可分為心源性猝死和急性心肌梗死（AMI）引起的死亡。由于AMI后許多患者的心肌細胞遭到破壞，導致LVEF降低并導致缺血性心力衰竭的發生。

需要強調的是，盡管目前PCI（經皮冠狀動脈介入治療）等再灌注療法的應用具有廣泛的可能性，但MI急性期LVEF降低仍然是不良結局的最關鍵的獨立預后因素。由于心肌細胞的再生能力有限，研究人員正在仔細研究干細胞的潛在用途及其在心肌缺血治療中的再生和抗炎特性。

間充質干細胞在心肌梗死后心肌再生中的作用多年來一直是研究和討論的主題。潛在的修復機制包括刺激血管生成、影響微環境以促進心臟組織修復、調節免疫反應、減少炎癥和減少疤痕組織以潛在地增強心肌梗死后心臟的功能恢復。

臨床前研究已經證明，通過調節各種途徑和細胞過程，使用干細胞治療缺血和梗塞具有重要的潛在益處。間充質干細胞分泌的旁分泌因子在誘導有益效果方面發揮著重要作用。例如，MSC條件培養基可以通過增加基質金屬蛋白酶的活性并抑制基質金屬蛋白酶的組織抑制劑來影響心臟成纖維細胞的功能，從而影響細胞外基質重塑。

在一項研究中，Zhang及其同事報告說，lncRNA Mir9-3hg在源自BM-MSC的外泌體中大量表達。它可以結合并抑制PUM2，從而抑制心肌細胞的鐵死亡（圖1）。在MSC衍生的外泌體中檢測到的其他對心肌細胞產生有益作用的分子包括miR-23a-3p、miR-214、miR-205和HAD2-AS1。

干細胞也在臨床環境中進行了研究（表2）。干細胞移植可以是自體的或同種異體的。

在2004-2005年進行的一項多中心臨床試驗中，德國研究人員在成功再灌注治療和支架植入后3-7天，向研究組的101名個體靜脈注射自體BM-MSC。四個月后，觀察到研究組的LVEF顯著高于安慰劑組。初始LVEF最低的個體左心室收縮力的改善最為顯著。

CHART-1是一項前瞻性、隨機性、規模最大的臨床試驗之一，調查心臟生成干細胞的安全性和有效性。一百二十名患者接受了基于細胞的治療，一百五十一名患者屬于假手術隊列。主要終點是多個函子綜合指標的改善，包括死亡率、心力衰竭惡化和六分鐘步行測試結果。總體人群未達到主要終點。然而，在LVEDV為200-370mL的患者亞組中觀察到更好的結果。重要的是，在晚期左心室擴大的患者隊列中，觀察到生活質量顯著改善。此外，最近的臨床試驗并未證明AD-MSCs治療MI后患者能夠取得先前預期的改善。

2017年發表的一項靜脈輸注臍帶間充質干細胞（UC-MSC）治療心臟病的隨機臨床試驗中，心力衰竭和射血分數降低的患者被隨機分為兩組，每組n=15：靜脈輸注同種異體UC-MSCs (1×106細胞/kg)或安慰劑。UC-MSCs治療的患者未出現與細胞注射相關的不良事件。

在隨訪的第3、6和12個月時經胸超聲心動圖和心臟MRI評估，只有經UC-MSCs治療組顯示出左心室射血分數的顯著改善。兩組間超聲心動圖左心室射血分數從基線到第12個月的變化差異顯著。

結果表明心力衰竭和射血分數降低的患者靜脈輸注UC-MSC是安全的，且可觀察到接受UC-MSCs治療的患者在左心室功能、功能狀態和生活質量的改善。

在另一項隨機臨床試驗中，研究了WJ-MSC在MI后患者的冠狀動脈內應用。五十八名患者接受了細胞治療。重要的是，同種異體細胞治療促進了心臟功能并減少了梗塞面積。此外，WJ-MSC影響LVEDV和LVESV，從而防止心臟重塑。重要的是，兩個隊列在主要不良心臟事件方面沒有差異。

干細胞和擴張型心肌病

擴張型心肌病的特點是在沒有CAD跡象的情況下出現心室擴張或收縮功能障礙，從而導致心力衰竭或患者死亡。當前的治療策略并不總能提供所需的療效。干細胞為多種心臟病的組織再生開辟了非凡的新途徑。由于其分化特性，間充質干細胞可能在擴張型心肌病中發揮治療作用。臨床前觀察表明它們在治療心臟纖維化中的作用。

心臟纖維化是由上皮間質轉化和肌成纖維細胞活性引起的，參與DCM 的發病機制。重要的是，這個過程與心源性猝死的發生有關。干細胞具有很強的抗纖維化特性，可用于治療DCM。張等人的一項研究。證明UC-MSC治療可減少DCM大鼠模型的心臟纖維化。從機制上講，干細胞被發現可以抑制TGF-β1、III 型膠原和p-ERK1/2的表達。

如何提高干細胞在心臟病中的活性？

干細胞療法是治療心血管疾病的一個有前途的概念，但移植細胞的存活率低可能與其療效降低有關。然而，干細胞的活性和活力或其向心肌細胞的分化可以通過用天然和藥物制劑進行預處理以及基因轉染來增強，以增加干細胞治療的益處。此外，當心力衰竭患者表現出功能改變的細胞時，對其環境的刺激或改變可以進一步增強其活性。

已經研究了用經典藥物預處理MSC的影響：這包括廣泛用于降低膽固醇濃度的他汀類藥物。已發現阿托伐他汀刺激干細胞可促進促血管生成機制。此外，預處理與動物MI模型中CXC趨化因子受體4 (CXCR4) 的上調和干細胞心臟歸巢的改善以及療效的提高、炎癥和纖維化的減少有關。阿托伐他汀可以通過改變外泌體的負載來調節MSC的分泌組。具體來說，正如Huang和合作者所證明的那樣，阿托伐他汀增強了干細胞來源的外泌體中lncRNA H19的分泌，這可能是預處理干細胞的有益活性的原因。

多項研究已證明H19對各種心臟疾病模型中的心臟功能具有有益影響。在另一份報告中，阿托伐他汀刺激顯著下調了外泌體中的6個miRNA分子并上調了3個miRNA。上調的miR-139-3p可以刺激巨噬細胞向M2抗炎表型極化，從而改善其在MI模型中的效果（圖2）。這些有希望的臨床前研究結果為臨床試驗鋪平了道路；楊等人比較了阿托伐他汀強化治療聯合單核細胞移植的療效。與接受強效阿托伐他汀治療的組相比，聯合治療組獲得了顯著更高的LVEF值，表明這些方法之間存在重要的協同作用。

相反，他汀類藥物還可能通過降低iPSC來源的心肌細胞的活力和代謝活性來對其功能產生負面影響。用各種其他藥物預處理MSC與提高療效相關。總體而言，用多種各自的試劑和基因對干細胞進行預處理或轉染與改善CVD治療的療效有關。圖3，表3）。

結論和未來展望

總而言之，干細胞和外泌體療法代表了MI后心肌病或HF患者令人興奮的治療策略，可誘導心臟組織再生并改善器官功能。多項研究表明，在CVD中加入MSC和iPSC衍生的心肌細胞以及干細胞衍生的細胞外囊泡進行治療可產生有益的結果。其中一些細胞已經過臨床檢查，但臨床試驗表明這些療法的功效較為有限。可以考慮幾個因素來改善臨床試驗的結果，例如包括同質研究組、施用具有不同生物活性的MSC以及遞送方法。

此外，可以通過改善干細胞的存活、植入、心臟歸巢和促血管生成能力以及刺激心肌細胞分化來增強干細胞的有效性。這些過程可以通過調節循環脂肪因子、用天然或藥物制劑預處理干細胞以及基因轉染來實現。這些修飾可能會顯著改變MSC的表達譜和分泌組，從而影響其免疫調節和再生特性。未來的研究需要調查干細胞誘導的有益機制以及如何改善其心臟保護和再生特性。

參考資料：Bakinowska E, Kie?bowski K, Boboryko D, et al. The Role of Stem Cells in the Treatment of Cardiovascular Diseases. International Journal of Molecular Sciences. 2024 Mar;25(7):3901. DOI: 10.3390/ijms25073901. PMID: 38612710; PMCID: PMC11011548.

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