心衰年会

沈振亚教授：干细胞治疗心力衰竭的困境与希望

点击量：   时间：2020-03-13 18:00
 
 

心血管疾病——人类健康的头号杀手

• 全国心血管病患者约 2.9 亿

• 占城乡居民死亡原因的首位
   农村45.5%，城市43.2%
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重症心血管疾病共同转归——心力衰竭

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干细胞治疗——心衰患者新的希望

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干细胞治疗——国际生命科学研究的热点

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国家政策的演变

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干细胞来源

• 理想的细胞来源

— 易获取
— 免疫原性低
— 安全（无成瘤性、无致癌性、无心律失常）
— 有效（可明显提升心脏功能）

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干细胞治疗20年进程——困境与希望共存

✦ 干细胞治疗的发展

• 第一代

— 成肌细胞、MSCs等
— 已经进入临床I/II期
• 第二代
— 有心脏细胞分化潜能的干细胞
（CSCs、ESCs、iPSCs）
— 进入临床前和临床I期

 

✦ 下一代细胞治疗
• 起步阶段

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MSCs（间充质干细胞）——第一代细胞治疗

• MSCs是最早进入临床研究的干细胞类型

• 属于成体干细胞，具有自我更新和分化能力，可分化为包括成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、神经元以及肌细胞等在内的多种细胞

• 多重来源（骨髓、脂肪、脐带血、子宫内膜等）

• 优点：

— 便于取材
— 易于分离、扩增和保存
— 自体移植时无排斥反应
— 不涉及伦理问题
— 低免疫原性，可用于异体移植
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困境——MSCs治疗效果有差异

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• 58项动物实验研究、 6个临床试验荟萃分析MSC对急性心梗和慢性缺血性心肌病的影响
• MSC移植后梗死面积总体缩小约7%，EF增加约11%
• 不同的MSCs的移植途径对结果有差异（心内膜注射效果最佳，静脉注射、冠脉移植效果不稳定）
 
 
 
 

细胞群体异质性导致心脏修复效果不稳定

• 原因
— 未分选的干细胞群体表现出不同的再生能力和基因表达谱
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MSCs样亚群具有更好的心脏修复能力

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• SCA-1+/CD45+/CD31+ MSCs样干细胞是更适用于心血管疾病治疗的MSCs样亚群细胞

• MSCs的表面标记物是否需要重新定义？

 
 
 
 

MSCs改善心功能的机制——微环境改造

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今后MSCs研究的方向将着眼于寻找新的MSCs亚群及表面标记，增加其旁分泌效应的有效方法，而淡化其自身向心肌分化的研究
 
 
 
 

MSCs旁分泌

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MSCs旁分泌效应的应用

• MSCs来源外泌体（Exosomes）调节心梗后心肌微环境
— MSC-Exosomes抑制心梗周边区炎症，降低心肌纤维化，促进微血管化，使干细胞疗效显著提升

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CSCs（心脏干细胞）—— 第二代细胞治疗

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• 一群认为来源于心脏自身，并可刺激分化为心肌细胞的一类固有干细胞
— c-kit+细胞
— Sca-1+细胞
— Islet-1+细胞
— 边缘群细胞（SP）
— 心肌球样细胞（CDC）
 
 
 
 

困境——关于细胞分化的争议

• Anversa提出心肌中的c-kit+干细胞有再生心肌功能，本次造假事件让CSCs受到质疑与挑战。

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心脏干细胞被彻底否定了吗？

• c-kit+细胞心肌分化功能被否定，旁分泌功能及其他种群的心脏干细胞仍有研究价值

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ESCs和iPSCs——具有心肌替代治疗的潜力

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困境——ESCs和iPSCs存在的问题

• 致瘤性
— 动物实验表明，心脏内环境不仅无法诱导未分化ESCs向心肌细胞分化，ESCs还会在心肌内形成畸胎瘤

• 免疫原性

• 伦理问题

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ESCs临床前研究及世界首例临床应用

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• 用骨形态发生蛋白(BMP)-2和成纤维细胞生长因子(FGF)受体抑制剂SU-5402处理ESCs，进行免疫磁珠分选，获取阶段特异性胚胎抗原(SSEA)1阳性细胞，强表达isl1
 
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• 临床前动物实验，ESCs治疗组EF值从47.37%上升至51.43%，较空白组及对照组有明显统计学差异（P=0.004）
 
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• 2015年，第一例患者移植后无心律失常、肿瘤形成等并发症，LVEF增加10%，症状得到改善，NYHA分级III级到I级
 
NCT02057900
Menasché P et al, France
Eur Heart J 2015;36:743–750
Eur Heart J 2015;36:2011–2017
 
 
 
 

国内最新ESCs研究

• 研究人胚胎干细胞（hESCs）衍生的心血管前体细胞（CVPCs）移植对非人灵长类（NHP）心梗模型心脏的保护作用

• 国际上首个NHP心血管领域的大样本研究

• 比较了不同免疫抑制方案对移植细胞存活、安全性的影响

• 间接提示旁分泌效应可能在hPSC-CVPCs心肌保护作用中发挥重要作用

• 140天后无法检测到移植细胞
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iPSCs临床前研究

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• 将iPSCs分化的心肌细胞、平滑肌细胞、内皮细胞通过3D纤维蛋白贴片移植入心梗周边区域

• 移植后在受体内存活

• 改善左心室功能、心肌代谢和小动脉密度

• 减少梗死面积、室壁应力和凋亡
• 不诱发室性心律失常
 
 
 
 

如何解决iPSCs基因组不稳定性及低诱导效率？

• 非整合基因传递
— 腺病毒载体
— 质粒
— episomal vectors
— piggyBac transposition
— 单个多蛋白表达载体
• 蛋白质引入

• 合成的修饰mRNA

• microRNAs

• 小分子混合物化学诱导

 
Science 2008;322:945–949
Stem Cells 2009;27:2667–2674
Science 2009;324:797–801
Nature 2009;458:766–770
Nature 2009;458:771–775
Cell Stem Cell;2009;4:472–476
Cell Stem Cell 2010;7:618–630
Cell Stem Cell;2011;8:633–638
Science;2013;341:651–654
 
 
 
 

非病毒非基因微环诱导

• 创新诱导iPSCs新方法——非病毒非基因随机插入微环诱导

— 微环诱导的重编程因子不整合入基因组

— 使分化的iPSCs成瘤风险极低

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microRNA-302 高效诱导

• 利用microRNA-302高效诱导iPSCs
— 筛选多种microRNA联合Oct4, Sox2, Klf4 ,c-Myc重编程因子进行iPSCs诱导，发现miR-302可以使重编程效率达到传统方法的4倍以上

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• 该高效诱导的方法可为心血管疾病临床应用提供大量iPSCs
 
Hu SJ, Joseph C Wu et al, Stem Cells. 2013;31(2):259-268
 
 
 
 

成体干细胞治疗心衰的启示

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• 大量临床前动物试验证明了干细胞治疗心脏疾病的可行性和安全性

• 实际疗效差异较大，2000-2016年29项随机对照临床试验、7篇系统回顾和荟萃分析报告结果显示，干细胞移植后心脏功能改善在2% – 5.5%之间不等。
 
• 启示
— 细胞异质性影响细胞疗效
— 单一细胞仅能改善部分心脏功能
— 移植效率低、细胞功能差是干细胞治疗的主要障碍

 

JAMA Cardiol 2016;1:831–841.

 
 
 
 

希望——下一代细胞治疗

方向：Cell enhancement

• 干细胞预处理增强生物功能
— 基因修饰 (基因组编辑，DNA)或转录后基因调控(miRNA, siRNA)
— 物理(高温、低氧)、药物和细胞因子/生长因子预处理

• 靶向措施提高细胞滞留率

• 结合生物材料

• 个性化细胞治疗——合适的受体选择

 

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干细胞预处理

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miRNA在干细胞预处理中的作用

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• miRNAs参与细胞分化及凋亡调控，被用来提高移植后干细胞的存活率

• 利用miRNA鸡尾酒组合（miR-21，miR-24，miR-221）抑制多种促凋亡分子，显著减少移植后干细胞的丢失

 

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• miRNA鸡尾酒组合评为2011年度美国心脏学会心血管基础研究三大尖端进展之一

 
Hu SJ, Joseph C Wu et al
Hu SJ, Joseph C Wu et al
Cardiovasc Res. 2012 Mar 15;93(4):614-22
Circulation. 2010; 122(11):S124-31
 
 
 
 

细胞靶向措施

• 心脏是高动力高流量器官，90-99%的移植细胞通常在1-2小时内丢失，细胞滞留率低

• 干细胞疗效与注射部位保留的细胞数量密切相关

 

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用超顺磁性氧化物纳米颗粒标记干细胞，通过磁场使细胞固位率提高3倍，增强心肌性能和毛细血管密度。同时，磁性纳米颗粒的应用提供了通过MRI追踪细胞的可能性
 

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通过在干细胞表面覆盖微泡结合ICAM-1抗体，干细胞有效地定位于心脏梗死区域，心功能获得改善
 
Stem Cell Res Ther 2013;4:149
StemBells. Stem Cell Res 2016;17:6–15
 
 
 
 

结合生物材料

• 可注射生物材料（纤维蛋白、基质凝胶、壳聚糖和合成水凝胶）——保护细胞免受恶劣环境的伤害，并防止移植后细胞大量丢失。
• 细胞贴片——避免了针刺注射的风险
• 3D 微组织——iPSCs分化的心肌细胞、平滑肌细胞、内皮细胞细胞组合，优势互补

• 组织工程心脏——暂用于疾病模型及药物测试

 

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Biomaterials 2018;154:12–23.
Circ Res 2017;120:1318–1325.
Biotechnol Adv 2017;35:77–94.
Biomaterials 2018;163:116–127.
 
 
 
 

个性化细胞治疗——合适的受体选择

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• Not All Stem Cells Are Created Equal

• 患者不同的状态（年龄、糖尿病、高血压、高胆固醇血症、吸烟、炎症等）不仅影响内源性干细胞的治疗潜力，还影响移植干细胞的组织微环境，从而影响移植效果
 

需要开发一套患者反应预测系统，以确定哪些患者将从干细胞治疗中获益最多。

——这是一个个性化医疗的概念。

 
Circulation Research. 2018;123:944–946
BMC Bioinformatics 2016;17:21
 
 
 
 

下一代干细胞治疗面临的挑战

• 细胞质量——建立细胞质控标准

• 安全性——临床前研究+临床试验

• 有效性——基础研究（机制）+临床研究

• 规范化的临床研究

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总结——困境与希望同在，机遇与挑战并存

• 干细胞治疗心力衰竭市场潜力巨大

• 心脏再生课题仍是国际热点研究领域

• 基础研究仍需努力发掘，临床转化需要解决瓶颈

• 国家政策支持，但需进一步规范和监督
 

 

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沈振亚

苏州大学心血管病研究所

苏州大学附属第一医院心脏大血管外科

 

教授、主任医师、博士生导师。现任苏州大学心血管病研究所所长、国家临床重点专科、江苏省医学重点学科——苏州大学附属第一医院心脏大血管外科主任、江苏省心血管外科临床医学研究中心主任、国家心血管病中心苏州大学分中心执行主任。获国务院特殊津贴、江苏省有突出贡献的中青年专家、江苏省医学领军人才、姑苏卫生领军人才、苏州市创新创业市长奖等殊荣。 
 
主持各类科研课题20余项，其中包括国家自然科学基金重大项目、十二五科技支撑计划牵头单位项目、863子课题等重大项目等国家重大项目。科研成果获国家技术发明奖、教育部科技进步奖、中华医学科技奖等重大奖项15项。发表SCI论文73篇，被Circulation、Circulation Research、Nature Reviews Cardiology等著名杂志收录。
 
江苏省医学会心血管外科分会主任委员、江苏省医师协会心血管外科分会主任委员、中华医学会胸心血管外科学分会全国委员、中华医学会组织再生与修复分会副主任委员、中国医药教育协会副会长 。

 



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