曹丰 中国人民解放军总医院
干细胞治疗为缺血性心脏病带来机遇和挑战
世界卫生组织报告显示，缺血性心脏病是人类死亡的首位死因（12%）。目前，有很多治疗缺血性心脏病的方法，包括药物治疗、经皮冠状动脉介入治疗、冠状动脉旁路移植术等，对缓解患者症状，提高生存率有很大帮助。但尽管技术和医疗水平发展，缺血性心脏病晚期及终末期一旦发生心肌梗死或心力衰竭，远期死亡率仍居高不下。2001年Cell和Nature上均发表了采用干细胞治疗心肌梗死以挽救坏死心肌的文章，为心肌再生带来希望，但也面临挑战。过去近20年，人们在干细胞治疗方面进行了大量探索研究，然而真正应用到临床的却寥寥可数，大多数针对的是骨髓干细胞的血液系统进行治疗，在心肌再生方面，还存在很大困惑，尤其细胞在体内的存活、机制和功能是否真正能达到预期目标。
分子影像学是干细胞在体研究新的得力工具
2008年，Timm Schroeder等发表于Nature的文中提出一种新理念——分子影像学能为干细胞和组织再生研究带来新机遇。分子影像学是将现代影像学和分子生物学相结合，可以在分子、细胞水平对生理病理过程进行定性、定量与可视化，是干细胞在体研究的有力工具。早期对干细胞的示踪，采用的方法有荧光蛋白标记和成像探针直接标记，前者是一种离体示踪，可准确判断细胞在体内定位，但很难活体长程示踪；后者是一种在体示踪，但探针半衰期和巨噬细胞吞噬可能产生一些混杂因素，使在体研究存在困扰。而近些年来发展起来的报告基因成像，为客观评估细胞的存活和增殖带来希望。
报告基因成像方法简述
过去11年曹教授课题组开展了一系列研究工作，即采用分子影像方法评估细胞在体内的增殖、存活、生物学行为和生理学作用。首先建立三重融合报告基因的载体，携带3个报告基因，采用分子克隆技术，包括RFP红色荧光蛋白、Fluc生物发光的报告基因和TK正电子发射断层扫描（PET）的报告基因，转染到胚胎干细胞中，使细胞稳定表达，获得稳定表达的细胞株，通过细胞株进行体内观察，通过红色荧光成像、生物发光成像和PET成像观察细胞的增殖和存活。由于该报告基因整合在染色体DNA内，随着细胞增殖和死亡，产生的报告蛋白数量增加或减少，报告蛋白与体外给予的底物/探针结合后，产生信号，这样就有助于我们对干细胞进行连续长程的示踪。
成体干细胞临床研究显示了其应用前景
我们在研究中发现，将细胞注射入心肌组织，仍有部分少量细胞会渗入心室，导致心脏及周围的组织，会导致畸胎瘤的形成，这也是胚胎干细胞在临床应用非常大的困扰。我们发现，TK报告基因可抑制胚胎干细胞的致瘤性。由于胚胎干细胞的这种恶性增殖作用使其使用受限，目前很多的临床研究集中在成体干细胞上。2004年我们进行了一项自体骨髓单个核细胞（BMMNC）用于ST段抬高心肌梗死（STEMI）的长期观察研究，纳入86例STEMI患者，分为BMMNC组（41例）和生理盐水对照组（45例），第7天时注射BMMNC或生理盐水，观察超声心动图（UCG）、单光子发射断层扫描（SPECT）和冠状动脉造影（CAG），随访4年。研究显示，细胞治疗可改善左室收缩功能，射血分数较对照组增加3.2%，但是SPECT功能成像提示细胞治疗不缩小心肌梗死面积（P=0.06），具体原因还需进一步研究观察。
Vincent F于2008年发表于Nature的文中提出，外源性细胞导入心肌缺血组织中会受到心肌微环境抑制，细胞本身的状态是主要因素，还包括炎症、纤维化和血管新生不足导致缺血引起的细胞状态较差，最后功能发挥不良。我们也开展研究探讨是否可通过细胞表面受体或微环境调控改变细胞在体内的存活状态和微环境，最后达到梗死后心脏修复目的。通过转基因小鼠，观察脂肪干细胞源性骨髓干细胞（AD-MSCs）体内增殖情况。研究发现成体干细胞在缺血组织中移植后存活减少。另有研究显示，PI3K-Akt-mTOR调控移植细胞的存活。有研究发现，干细胞参与缺血组织的功能修复，干细胞移植可促进缺血组织血管新生。