干细胞治疗心肌梗死的抗凋亡作用及机制研究进展

[中图分类号] R542.22　[文献标识码] A　[文章编号] 1672-4208(2009103-0030-02

目前，心肌梗死的治疗包括药物治疗、介入、外科手术等治疗，这些能够改善心肌缺血和心力衰竭的症状，使闭塞的血管再通，但要使病损的心脏恢复功能，仍没有有效的方法。心脏移植虽然能够取代受损的心脏，但由于供体较难选择，且费用昂贵，临床难以推广应用。最近研究表明，应用干细胞移植可能取代坏死的心肌细胞，增加有功能心肌细胞数量，改善心功能。干细胞的发现让人们对从根本上治疗心肌梗死有了希望，为临床上治疗心肌梗死提供了一种新方法。多项动物实验表明骨髓干细胞移植可改善心功能和抑制心室重构，但其作用机制尚不十分明确。抗凋亡机制的提出和验证给骨髓干细胞治疗心肌梗死作用机制的研究注入了新的活力。以下就骨髓干细胞改善心功能的抗凋亡机制进行简要综述。

1 心肌凋亡的影响

凋亡(Apoptosis)是指细胞的程序性死亡，为一由基因控制的自主性的有序死亡过程。其主要特征为细胞皱缩、细胞膜完整并发泡、细胞器完整、染色质固缩和凋亡小体形成。细胞凋亡在正常的生长发育及许多疾病的发生中起着非常重要的作用。在冠状动脉结扎的急性心肌梗死大鼠模型中发现，结扎后2小时内，心肌细胞发生凋亡，而且心肌细胞凋亡的数量远远超过细胞坏死的数量。结扎后6小时内，细胞凋亡为细胞死亡的主要形式。心肌梗死后的7天内仍有相当数量的心肌细胞凋亡。在急性心肌梗死病人中也观察到了心肌细胞凋亡。AMI后左室重塑可人为地分为早期和晚期重塑，前者主要是指梗死区重塑，后者则指非梗死区的重塑。梗死区除因大量心肌细胞死亡丧失功能外，还引起心肌细胞束间的滑移，导致梗死区局部膨出，室壁变薄和心室扩大。虽然凋亡和坏死在早期重塑中各自所占的比重难以确定，但由于凋亡心肌细胞数量大，也是引起早期重塑的重要因素。非梗死区心肌细胞凋亡则主要影响晚期重塑。AMI后非梗死区心肌细胞也可发生凋亡，使存活心肌细胞可以产生侧滑移，导致心室进行性扩张，发生心力衰竭。由此可见，AMI后梗死区和非梗死区的心肌细胞凋亡对早期和晚期心室重塑乃至心力衰竭的产生和恶化均起重要的促发作用。因此，抑制心肌细胞凋亡可以减少心肌细胞丢失，改善心功能。

2 干细胞治疗心肌梗死具有抗凋亡作用

Dmender K.Smglat研究表明，用鼠胚胎干细胞移植于梗死后模型，可见梗死周边区肥大心肌细胞凋亡降低，能抑制凋亡，抗纤维化和心肌肥厚；其机制并非是由于心肌再生作用，而是来自逆转心肌重塑。大鼠AMI 1周后BMMNCs移植可以增加梗死局部血管新生，改善心梗后心功能，减少非缺血区域心肌细胞凋亡，其心功能改善及血管新生与骨髓间充质干细胞(BMMNCs)的横向转化无关。脐血间质干细胞成年杂种犬急性心肌梗死模型区域，移植组和对照组心肌梗死区域均有凋亡的心肌细胞分布，但移植组凋亡细胞明显低于非移植组。脐血间质干细胞移植梗死心肌除能形成心肌再生外，尚能减少心肌梗死后梗死区域的心肌细胞凋亡，达到延缓心室重构的目的。

3 干细胞治疗心肌梗死抗凋亡作用的机制

从最近几年的研究结果来看，其机制大致有以下几个方面。

3.1 上调Bcl－2基因表达 机体内存在多条细胞凋亡的信号转导途径，其中“线粒体途径”是最重要的途径之一，Bcl－2家族蛋白是该途径的关键调节因素。Bcl－2是第一个被发现与凋亡有关的基因。Bcl－2基因表达产物位于细胞凋亡过程调节的中下游，是心肌细胞凋亡的主要通路之一。Bcl－2家族成员有自身或相互结成二聚体/多聚体的能力，以蛋白/蛋白相互作用的方式调节细胞存活或凋亡。目前已知Bcl－2家族大约有15个成员，按其功能可分为抗凋亡的Bcl－2亚族(包括Bcl－2、Bcl－xL和Bcl－1等)和促凋亡的Bax家族(包括Bax、Bak、Bid和Bad等)，Bcl-2和Bax是其中最重要的成员。Bcl－2是一种关键的细胞凋亡抑制基因，Bcl-2表达增强时，细胞凋亡减弱；Bcl－2表达减弱时，细胞凋亡增强。骨髓间充质干细胞心肌移植可促进心肌梗死区Bcl－2蛋白表达，并减轻大鼠心肌梗死后细胞凋亡，其机制可能与对Bcl－2表达的调节有关。Bcl－2基因抑制细胞凋亡的机制，主要是通过防止受损的DNA激活凋亡的诱导基因如P53来防止细胞凋亡的。Bcl－2和C－myc可协同封闭P53进入核中，以阻断P53诱导的细胞凋亡和生长停止。Bcl－2也可以和Bax结合，拮抗Bax的促凋亡作用。此外它还可以通过抑制Ca外流和增加CGMP含量而抑制细胞凋亡。

3.2 抑制Fas、FasL基因表达 Fas抗原是一种属于肿瘤坏死因子受体超家族的Ⅱ型跨膜糖蛋白，FasL是一种属于肿瘤坏死因子P神经生长因子超家族的Ⅱ型跨膜糖蛋白，主要表达于活化的T细胞和B细胞。FasL以三聚体形式与Fas结合可诱导神经鞘磷脂酶活化，分解神经鞘磷脂生成神经酰胺，继而引发一系列生化反应，介导心肌细胞凋亡发生。研究发现，BMMNCs移植术后4周移植组大鼠Fas、FasL蛋白水平下调，故认为同种异体BM MNCs移植对心肌梗死后心肌细胞凋亡有明显的抑制作用。可能机制是通过上调Bcl-2基因表达并抑制Fas、FasL基因表达，减少心肌细胞凋亡的发生，从而达到保护心肌、改善AMI后心脏功能的作用。

3.3 血管活性生长因子 干细胞移植后可能调节宿主心肌细胞的微环境和自分泌，可形成和分泌许多血管活性生长因子促进血管新生，而生长因子亦对细胞凋亡有重要作用，如血管内皮生长因子(VEGF)、促红细胞生成素(EPO)、血小板生长素(TPO)等。

3.3.1 血管内皮生长因子(VEGF) 研究发现骨髓间充质干细胞心肌移植后心肌梗死区毛细血管密度增加，进一步发现骨髓间充质干细胞心肌移植后细胞凋亡减轻。考虑与血管新生后，有效侧支循环建立，存活心肌细胞的氧及营养物质改善有关。有报道还提出VEGF有抗心肌细胞凋亡作用，它不仅可刺激内皮细胞的增殖和迁移，同时还可抑制内皮细胞凋亡。他们用VEGF165基因治疗大鼠心肌梗死，结果显示VEGF治疗组的凋亡细胞阳性指数较对照组有明显减少。他们还进一步提出其抗细胞凋亡机制是抑制了缺血区心肌细胞p53、Fas、Bax蛋白的表达和增加Bcl一2蛋白的表达。另有实验表明血管内皮生长因子通过ras信号通路，激活P13K/Akt和上调抗凋亡蛋白Bcl－2的水平发挥抑制细胞凋亡作用的。

3.3.2 促红细胞生成素(eryttwopoietin，EPO) EPO预处理能明显缩小家兔心肌缺血再灌注模型的心肌梗死面积，减少凋亡细胞数。EPO的心肌细胞抗凋亡信号转导通路可能主要与磷酸酰肌醇3激酶/丝/苏氨酸激酶有关，后者可能通过直接使凋亡蛋白Bad失活，或通过激活细胞核因子的控制蛋白激酶，使内源性抑制蛋白磷酸化，核因子kB激活，上调Bcl－2及Bcl－xL等抗凋亡基因的表达而产生抗凋亡效应。

3.3.3 血小板生长素(thrombopoietin，TPO) 目前7PO对心肌细胞的保护作用研究还很少，但是了PO与EPO在受体结构域中具有高度的同源性，各自的受体TPOR和EPOR也属于同一个细胞因子受体超家族。这些都决定了TPO的生物活性与EPO有高度的相似性。

3.4 其他因素 ARC(带有caspase富集功能域的凋亡抑制因子)是新近发现的唯一在心脏大量且特异表达的抗凋亡蛋白。ARC可被持续性磷酸化并参与阻断凋亡发生途径的多个层面。因此，ARC是一种强大的抗心肌凋亡蛋白，具有抑制心肌细胞凋亡，保护心肌免受凋亡相关因子损伤的功能。此外，干细胞移植后减少心肌细胞核转录因子KB表达，同时肿瘤坏死因子α等炎性因子释放也不同程度的减少，从而减轻心肌细胞凋亡。

因此，迄今为止，干细胞治疗心肌梗死的分子机制尚存在一定的争议，有时甚至得出一些看似矛盾的结论。况且，干细胞治疗心肌梗死的抗凋亡作用的机制并不能截然分开，许多环节可能存在交叉。干细胞通过上述机制中的一个或几个方面来实现抗凋亡作用，也就是说在不同类型的干细胞甚至是同种干细胞可表现出不同的抗凋亡机制，这可能与干细胞抗凋亡具有某些特异的靶点有关，然而其中的具体机制至今尚未完全研究清楚。鉴于干细胞在治疗心肌梗死上有着巨大的潜在价值，相信随着对其抗凋亡机制研究的进一步深入，干细胞将具有更加广阔的应用前景。

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