基于诱导多能干细胞（iPSC）治疗急性心肌梗死的临床前研究进展

《中国心血管健康与疾病报告2022》显示，截至2022年我国心血管疾病患病人数约3.3亿，位居所有疾病之首，其中冠心病患病人数达1139万。冠状动脉的急性、持续性缺血缺氧可使该区域心肌细胞血流受限和广泛死亡，从而引起急性心肌梗死。由于人心肌细胞的再生能力有限，梗死的心肌组织最终被纤维化的瘢痕组织所取代，发生病理性重塑，导致心脏收缩能力较差，从而发展为心力衰竭。

目前，传统的治疗方法包括溶栓、经皮冠脉介入、冠脉旁路移植术和抗血栓治疗等，但这些方法通常只能控制症状，延缓心脏病理性重塑的进程，而不能挽救心肌的不可逆损伤，长期预后效果不佳。对于终末期缺血性心肌病，心脏移植是唯一治疗方法，但供体资源稀缺，难以满足临床需求。此外，心脏移植术后并发症严重影响患者的生活质量。

近年来，iPSC领域的深入研究为急性心肌梗死的治疗提供了新的思路，成为心血管医学中的一个变革性发展。

iPSC的重编程方法总体上取得了很大的进展，2006年，Takahashi等首次将Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc（OSKM）四种重编程因子导入小鼠成纤维细胞，成功诱导出iPSC。2007年，研究者分别将OSKM因子以及Oct4、Sox2、Nanog、Lin28等四种重编程因子导入人成纤维细胞，成功分离出hiPSC。

最初研究中使用逆转录病毒或慢病毒作为载体获得iPSC，但外源性基因可能会随机整合到宿主基因组DNA中，存在基因突变的风险。为了避免这类风险，一些研究者利用不能与宿主基因组整合的载体将重编程因子导入体细胞，如腺病毒、质粒、piggyBac转座子以及仙台病毒等。小分子物质具有很多优势，能自由通过细胞膜，容易合成和储存，更具成本效益；此外，其对特定蛋白的抑制和激活作用可逆，使用剂量和持续时间易控制，因此近年来研究者用小分子来替代重编程因子。

iPSC在形态、基因和蛋白表达、表观遗传学修饰、细胞增殖能力、拟胚体和畸胎瘤形成能力和分化能力等方面与胚胎干细胞均极为相似。

与胚胎干细胞比较，iPSC还具有一些明显优势：

可来自患者自身的体细胞，避免免疫排斥反应，不会带来伦理学问题。

iPSC-CM具有促进心脏组织的再生和修复、逆转心脏重塑以及恢复心脏功能的潜力。

2006年首次成功诱导出iPSC，至今不过十几年，研究者在这一领域进行了大量探索，并取得了突破性的进展，为iPSC-CM正式应用于临床提供了强有力的依据。

诱导多能干细胞衍生的心肌细胞的移植

研究发现，注射iPSC-CM能改善大鼠、猪、猴等心肌梗死动物模型的心脏功能］。将iPSC-CM直接注射到梗死心肌、经静脉或冠状动脉注射到患者体内的方法也已普遍应用。但是，移植细胞的形状、大小和位置难以控制，心肌内注射的iPSC-CM可能会从注射部位转移并积聚至肺部，导致细胞存活率降低。虽然生物支架已被用于许多组织和器官的再生，但很难在支架中形成致密的心肌组织，血管网络也难以构建，这使得无法给心肌细胞提供一个良好的代谢环境；此外，支架移植后常出现严重的炎症反应和心律失常，因此影响治疗结果。

为了克服这些问题，已有研究发现细胞片技术显示出对心肌梗死更有益的效果，在组织工程和再生医学领域有很大潜力。研究采用基于聚N-异丙基丙烯酰胺制备的温度响应性细胞培养表面，发现降低培养温度可促进表面从疏水性快速转变为亲水性，依据温度响应细胞培养表面的固有特性可形成单层细胞片。虽然细胞片移植具有较好的移植效果，并改善了心肌梗死后的心脏功能，但在梗死心肌缺氧的病理状态下，细胞片移植后由于缺氧或营养有限，细胞片可能会发生坏死，导致存活率下降。因此，Matsuo等在每个心血管细胞片之间插入明胶水凝胶微球，应用明胶水凝胶微球技术堆叠心血管细胞片并成功地生成厚实可存活的心脏结构，实现移植到心脏的细胞长期存活。

诱导多能干细胞衍生的心肌细胞在急性心肌梗死动物模型中的应用

Carpenter等将标记绿色荧光蛋白的iPSC-CM注射到急性心肌梗死大鼠中，这些心肌细胞能在注射部位长期存活，10周后出现大鼠心脏的重构程度减少。

Guan等在急性心肌梗死大鼠心肌内注射iPSC-CM，4周后心肌细胞在大鼠心脏中存活，并恢复了心肌功能。

Kawamura等将iPSC-CM片移植到急性心肌梗死猪中，证明iPSC分化的高纯度心肌细胞片可以促进由旁分泌作用引起的新生血管生成、抑制纤维化以及减弱心室重塑，从而改善心脏功能。

Ishida等发现移植hiPSC-CM可改善免疫抑制急性心肌梗死猪的心肌功能，且其改善梗死区域心肌收缩功能的效率优于其他体细胞来源的心肌细胞，在严重受损的心肌中临床效益更优。

Ishigami等将心脏组织片移植到急性心肌梗死猪中，减弱了模型动物的左心室重塑，改善了心脏功能。

Shiba等发现，在使用免疫抑制剂处理的前提下，hiPSC-CM移植后4、12周急性心肌梗死猴的心脏收缩功能得以改善。

综上可见，梗死心肌中移植iPSC-CM可以改善模型动物的心脏功能。

iPSC-CM为急性心肌梗死的治疗开辟了一条新的道路，已取得了突破性的进展。组织工程技术在心肌细胞大规模培养中的广泛应用为心肌的再生治疗带来了无限可能。

Kawamura等在接受传统治疗后左心室射血分数仍小于35%且美国纽约心脏病协会心功能分级Ⅲ级及以上的3例心衰患者体内移植hiPSC-CM片，并给予移植后3个月的免疫抑制剂治疗，在1年的观察期内未观察到移植细胞相关不良事件，其中2例观察到左心室收缩力和心肌血流的改善。

我国2例心力衰竭患者在进行冠状动脉搭桥术的同时接受了hiPSC-CM注射治疗，一例患者按计划接受了一个月的免疫抑制剂治疗，另一例患者则因免疫抑制剂的不良反应在一周后停止用药。2例患者临床症状均有改善，且未出现肿瘤等并发症。

Miyagawa等为一例心肌梗死患者植入临床级别条件下生产的异体hiPSC-CM片，术后6个月，患者临床症状得到了改善，移植部位的室壁运动功能也得到恢复，未出现重大不良事件，且在患者心脏或其他器官中均未发现肿瘤。这项研究是成功移植hiPSC-CM治疗严重缺血性心肌病的首例报告。

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现涵盖iPSC诱导多能干细胞，间充质干细胞、神经干细胞、血管内皮干细胞、软骨干细胞、羊膜干细胞、NK/NKT/CTL/CAR-T/CAR-NK/DC-CIK/INKT等免疫细胞；应用范围包括：疾病预防、两性生殖、神经系统疾病、脑部疾病、亚健康、免疫系统疾病、骨关节疾病等，同时可以通过个体化iPSC技术制备和分化成多种细胞，包括精原细胞、卵原细胞并形成精子/卵子。