南京大学附属鼓楼医院心脏科    徐标，花颖
　　心力衰竭已成为潜在的公共健康问题，其病理特征主要表现为心肌细胞的缺失。人类左心室含20-40亿心肌细胞，发生一次心肌梗死可导致25％的心肌细胞在数小时内死亡；即使心脏功能正常，随着年龄的增长，每年也将损失2千万心肌细胞^[1]。传统的观点认为心肌细胞很难再生，一旦发生损伤坏死，将被疤痕组织替代，继而导致左室重构和心脏扩大，最终发展为心力衰竭。而现今心衰的相关治疗由于技术及条件的限制，均不能达到满意的治疗效果。如果心肌细胞存在再生，那么即使是很小的再生反应，也可通过促进心肌细胞的再生来延缓和逆转心衰的过程。
　　近年来，如何促进心肌细胞再生已成为心脏研究的热点，而心肌坏死后心脏内源性的再生能力十分有限，因此干细胞治疗受到越来越多的关注^[2]。下面我们主要讨论不同动物模型及人类的心脏再生证据，讨论现今心脏再生领域所涉及的治疗方法及其未来的发展前景。
　　心脏再生在不同动物模型中的证据
　　1、 鱼类的心脏再生证据
　　与人类不同，鱼类在损伤后可再生附件和内脏器官。Poss等发现斑马鱼行左室心尖部切除术后（约切除20％的心肌组织），其缺损部分可完全由新生的心肌细胞代替，而无疤痕形成^[3]。这表明斑马鱼的心脏具有很强的再生能力。随后poss实验室就斑马鱼再生心肌细胞的来源问题进行了研究。起初，研究者认为再生的心肌细胞来源于未分化的祖细胞，而最近两个实验室同时发现斑马鱼新生心肌是由存留下来的心肌细胞分裂而来，而非来自心脏祖细胞^[4，5]。
　　2、 啮齿类动物的心脏再生能力
　　出生后的啮齿类动物也有一定程度的心脏再生能力。早在19世纪60年代，即有报道在出生后的啮齿类动物心肌细胞中，可观察到有丝分裂现象，但程度较低^[6]。Soonpaa等已估算出成年哺乳动物的心肌细胞分裂指数，在正常成年心脏中约为0.0006％，而在损伤的心脏中约为0.0083％^[6]。。最近有研究者借鉴斑马鱼心脏再生模型，切除出生后1天的乳鼠心室尖，结果发现其心肌再生的活跃程度与成年斑马鱼相似，并且其心肌收缩功能在术后8周恢复正常。但出生后7天的小鼠在行相同手术后却无法再生心肌组织，不能恢复正常的心脏收缩功能。进一步研究表明其再生心肌来源于分化后的心肌细胞^[7]。
　　这些研究表明哺乳动物在出生后非常短暂的时间窗内仍具有较强的心脏再生能力，但随着时间的推移，这种再生能力无论在正常还是损伤情况下均十分有限。
　　3、人类心肌细胞的再生证据
　　长期以来，研究者们一直认为成人心肌细胞存在DNA复制，但不出现核分裂及包质分裂，而呈现单核多倍体特征。但在1977年Rumyantsev PP在受损的成人心脏中观察到心肌细胞的有丝分裂的现象[8]。另外Adler， C. P.和Herget， G. W.等通过计算正常及病理状态下心肌细胞核数目的方法来证明心肌细胞存在再生^[9，10]。研究者发现当心脏的重量在50－350g范围内，心肌细胞核的数目稳定在20亿左右，当心脏体积超过450g时，心肌细胞核数目会随心脏重量的增加呈线性增长，当心脏重量达700－900g时，其数目大约增至40亿。假设心脏肥厚时仅表现为心肌细胞体积的增大，数目并不增加，那么此时额外增加的心肌细胞核数目则可认为是由新生心肌细胞产生的。
　　2009年Olaf Bergmann等应用更为直接的方法证明了人类心肌细胞的再生 ^[11]。他们利用冷战时期核反应产生的14C标记跟踪新合成的DNA。结果发现冷战前出生的受试者心肌细胞DNA中14C含量均高于冷战之前大气中14C含量，并且为排除14C含量的增多与DNA合成增多有关，而无核分裂及包质分裂的发生，所有检测的细胞核均为二倍体DNA细胞核，从而证明了人类心肌细胞存在再生。此外，该研究还发现心肌细胞再生速率与年龄呈负相关，在25岁时，约1％心肌细胞得以更新，而在75岁时则只有0.4%。以此推算在人的一生中，约45％的心肌细胞将得以更新，而另55％的心肌细胞将伴随一生。
　　干细胞治疗
　　近年来，干细胞技术发展迅速，已成为心脏再生领域的主力军，大量临床试验已初步证明其有效性。目前，多种候选细胞已成功应用于动物模型和人类临床实验中。其中包括：胚胎干细胞，可诱导的多能干细胞，新生的心肌细胞，骨骼肌细胞，内皮祖细胞，骨髓干细胞，间充质干细胞和定居于心脏的祖细胞，下面我们就对一些已进入临床实验或即将进入临床实验的各类候选细胞及干细胞治疗在临床应用方面所存在的问题进行简要的介绍。
　　1、各类候选细胞
　　骨髓干细胞
　　骨髓干细胞包括造血干细胞，内皮祖细胞和间充质干细胞。现已有超过1000名患者加入了骨髓干细胞的临床实验，然而这些实验结果表明骨髓干细胞改善心功能的治疗效果并不显著^[12]。并且有研究者指出骨髓干细胞并不能直接分化成心肌细胞，其改善心功能的作用是通过旁分泌方式来实现的。还有一些研究者认为这种旁分泌的方式事实上可理解为一种心梗后的炎症反应，即调节血管新生，促进心肌存活，及左室重构^[13]。
　　胚胎干细胞和可诱导的多能干细胞
　　胚胎干细胞（ESCs）有自我更新能力，能分化成人体的各种细胞。已有大量实验证明将人类胚胎干细胞分化的心肌细胞植入大鼠和猪的心梗模型中，形成有功能的心肌组织，提高了局部或整体的心功能。^[14，15]。但它存在重大缺陷，包括形成畸胎瘤的危险，免疫排斥反应和伦理学问题。近年来，研究者们应用细胞重编程理论创造了可诱导的多能干细胞（iPSCs）。由于它避免了胚胎干细胞的缺点，且可诱导分化成我们所需的各种细胞，从而成为一种潜在的理想治疗细胞。目前由于其分化成特异性细胞所需时间过长，分化率太低，费用大及致瘤性问题阻碍了可诱导的多能干细胞进入短期临床实验^[16]。现今与可诱导的多能干细胞的相关技术仍在发展中。
　　心脏祖细胞
　　心脏祖细胞（CPCs）于1999年首次被提及，2003－2004年Konstantinos Malliaras等完善了这一概念，认为成人心脏有自己的祖细胞，它可以分化成人类心脏中的3种主要类型细胞，包括心室肌细胞、平滑肌细胞和心血管内皮细胞。并且可以通过干细胞相关表型或其它生理性能来进行鉴别，包括：c-kit，Sca-1及成球能力。在心脏祖细胞中，c-kit阳性细胞被研究最多，一些研究表明c-kit阳性细胞植入梗死后心脏可重组心肌组织，减少疤痕产生^[17]。但并非所有结果都是阳性，来源于成年小鼠的c-kit阳性细胞在体外、体内均未分化成心肌细胞[18]。尽管CPCs为干细胞治疗提供了新的视角，但我们对其在心脏的生理及病理过程中所起到的作用知之甚少，因此需进一步的研究探索。