Brody Wehman, et al. Stem Cell Therapy For Congenital Heart Disease: Toward Translation. Cardiol Young 2015
干细胞疗法的乐观目标是使失去或破坏了的心肌再生。当应用于心力衰竭患者时，许多人将再生的定义混淆或限制为仅改善心肌功能和/或减少心肌瘢痕形成，这可能不是在这个有前途的分子医学领域实现的最重要的临床结果。许多不同的基于干细胞的治疗方法已经被测试，并且已经证明在成人心力衰竭患者中是安全和可行的，但报道的有效终点各不相同。虽然到目前为止还没有实现，但在成年心力衰竭患者中使用这些基于细胞的疗法仍然被认为是可以实现的，因为第一代疗法现在正在不同阶段的临床试验中进行测试。然而，促进干细胞疗法向心力衰竭儿童转化的类似努力是有限的。通过这篇综述，我们的目标是总结临床前模型和临床经验的发现，到目前为止，这些模型和临床经验主要集中在对心力衰竭儿童的干细胞治疗的评估上。最后，我们提出了与设计基于干细胞的儿童心力衰竭试验相关的方法学考虑因素，因为与成人患者相比，他们代表了具有非常不同问题集的患者群体。正如许多学识渊博的临床医生所教导的那样，孩子不是小大人！
关键词: 先天性心脏病, 干细胞, 左心发育不良综合征, 单心室
充血性心力衰竭的流行是一个日益增长的世界性问题，预计还会变得更加普遍。在成年人中，全世界约有1500万人患有充血性心力衰竭，美国有500万患者，仅在美国每年就有40万新病例。在过去十年中观察到患病率上升的儿童中也出现了同样令人震惊的趋势。与2000年相比，2006年儿童中与充血性心力衰竭相关的住院病例增加了近3000例，住院总费用增加了10亿美元以上。仅治疗患有充血性心力衰竭的儿童的这一成本，与管理所有癌症相关诊断(22.4亿美元)和心肌梗死(31.8亿美元)的总和相距不远。在接下来的十年里，随着先天性心脏病(CHD)患者的数量超过出生时的CHD患者，儿童中的这一数字只会增加。目前的治疗方法没有充分解决困扰冠心病和心肌病患者的病理生理谱，包括压力和容量超负荷、缺血和心律失常。
在过去的十年里，由于鼓励对人类患者进行临床前研究和早期临床试验，干细胞治疗作为恢复功能障碍心肌的一种选择，已经形成了相当乐观的态度。随着成人缺血性心脏病患者的研究进展，确定这些干细胞在冠心病患者中的潜力的努力正在稳步涌现。在这里，我们回顾相关的临床前研究，总结迄今干细胞治疗冠心病患者的临床经验，包括对最近发表的第一项临床试验的讨论，该试验旨在评估干细胞治疗左心发育不良综合征患者的安全性和可行性。此外，我们还讨论了干细胞输送的方法学考虑和临床试验的设计，因为它与冠心病患者有关。最后，我们提供了一个重要的未回答的翻译问题和即将到来的临床试验的概述。
干细胞治疗已经成为心血管医学翻译和临床研究的前沿。实验室的一系列进步推动了许多早期临床试验的实施，采用了广泛的干细胞类型、输送方法和治疗适应症。从这一分类的初步临床研究中涌现出几种干细胞类型，它们在临床前设置和早期临床试验中都产生了可靠、安全和有利的结果。这些细胞包括骨髓来源的单核细胞和间充质干细胞、心球层来源的细胞和c-kit+心脏干细胞。
在心肌梗死动物模型中，骨髓来源的单个核细胞代表着具有分化为多心脏谱系、分泌旁分泌因子和恢复左心室功能的前体细胞的异质性群体。最初，两个有希望的临床试验，Boost试验(骨髓移植促进ST段抬高梗死再生)和Repair-AMI(急性心肌梗死时丰富的祖细胞回输和梗死重塑)，在心肌梗死后左心室功能分别提高了6.7%和5.5%后，获得了极大的热情。在心肌梗死后，人们看到了两个有希望的临床试验：Boost试验(骨髓移植以增强ST段抬高的梗死再生)和Repair-AMI(急性心肌梗死后丰富的前体细胞的回输和梗死重构)。许多临床试验试图改进心肌梗死后冠状动脉内给药的最佳时机和这些细胞的剂量。然而，这些多项临床试验未能重现先前在Boost and Repair-MI研究中最初报道的成人缺血患者左心室功能的改善。甚至慢性缺血性心肌病患者在冠状动脉内注射这些细胞后也没有显示出左心室功能的改善。这种差异的原因尚不清楚，但骨髓来源的制剂中CD34+和CD133+细胞的百分比似乎对它们的再生能力至关重要。患者的特征，如衰老，可能会对这些自体干细胞的再生能力产生负面影响，需要进一步澄清。
不管左心室功能的改善如何，使用骨髓单个核细胞的临床试验已经证明在人类中是极其安全的，这是开发治疗心力衰竭儿童时要考虑的优势。此外，这些细胞的容易获取和输送在儿科人群中增加了这一优势。目前还不清楚的是，在患有心肌梗死的成年人中，这些细胞的最佳时间是什么时候。这一未知因素也可能直接影响心力衰竭儿童，因为这可能暗示这些细胞的再生能力可能会受到心肌疾病进展的影响。最后，这些骨髓来源的细胞并没有被证明能常规地改善成人的心肌功能和临床症状。目前正在进行一项多中心、随机对照的III期试验，以更确切地回答这个问题，即BAMI试验(冠脉内回输骨髓来源的单个核细胞对急性心肌梗死所有原因死亡率的影响)。该试验旨在确定与接受最佳药物治疗的对照组相比，输注单个核细胞是否能有效降低射血分数小于或等于45%的患者的所有原因死亡率。这项临床试验的结果将直接影响以心力衰竭儿童为重点的研究，因为在将这种细胞制剂应用于更脆弱的儿科人群之前，在成人中证明疗效是关键的第一步。
骨髓来源的祖细胞的另一个来源是间充质干细胞。在早期临床试验中，这些细胞在改善局部收缩性和生活质量以及减少瘢痕形成方面表现出安全性、可行性和初步疗效。间充质干细胞的独特优势包括自我复制和分化为各种组织系的能力，以及同种异体使用的潜力。间充质干细胞具有独特的免疫惰性，这是由于主要组织相容性复合体I类分子表达减少，缺乏主要组织相容性复合体II类分子和共刺激分子CD80(B7-1)、CD86(B7-2)和CD40。在 i 期，双盲随机临床试验中进行了测试。在最初的临床试验中，同种异体间充质干细胞的静脉注射在心肌梗死后被运送到患者体内，结果显示间充质干细胞并不引发免疫反应。此外，间充质干细胞促进了肺功能、左心室功能和症状性全面评估，减少了心律失常。随后，一个 i/ii 期随机试验，poseidon 试验(经皮干细胞注射对新肌发生的影响) ，旨在比较同种异体和自体间充质干细胞在慢性缺血性心肌病患者中的应用。研究人员发现同种异体骨髓间充质干细胞不会引起严重不良事件的相对增加，也不会引起明显的同种异体免疫反应。此外，在这项研究中，自体和异体干细胞注射都减少了大约33%的梗死面积，降低了左心室球形指数，改善了身体功能能力，并改善了生活质量。心肌功能恢复的确切机制尚不清楚，但可能包括分化为成熟的心肌细胞，减少炎症和瘢痕形成，减少心肌细胞凋亡，分泌旁分泌因子，刺激常驻的c-kit+心脏干细胞。
另一个备受关注的领域是两种类型的驻留心脏干细胞的治疗潜力：C-KIT+驻留心脏干细胞和心球来源细胞。C-kit+心脏干细胞以其多潜能、自我更新和克隆特性而被定义，并已在Scipio试验(缺血性心肌病患者应用心脏干细胞)中进行了临床研究，据报道，这是一项针对接受冠状动脉旁路血管重建术的缺血性心脏病患者的随机开放I期试验。通过冠状动脉内输送c-kit+心脏干细胞，没有报告严重的不良事件，尽管患者数量很少，但细胞治疗的患者在细胞移植的第一年中显示出瘢痕形成减少，左心室射血分数比基线平均改善12.3%。另一种被广泛研究的细胞类型是心脏球源性细胞，它是CD105+/CD45CD45−单核细胞的异质性群体。CADUCEUS试验(心球衍生的自体干细胞逆转心室功能障碍和心球衍生细胞)是一项针对梗死后左心室功能不全的成人患者的前瞻性、随机、Ib期安全试验。这项试验证明，经冠状动脉内输送心内膜活检衍生的心球衍生细胞不会导致心律失常、肿瘤形成、心肌梗死或其他严重的不良心脏事件。虽然心功能没有明显改善，但瘢痕质量显著减少，存活心脏质量增加，局部收缩力和收缩期壁增厚。有了这些令人鼓舞的结果，一项使用同种异体心肌细胞而不是自体细胞的1-2期试验正在成人缺血性心脏病患者中进行研究。
一些计划中的或正在进行的临床试验被设计用来评估干细胞疗法作为一种治疗冠心病的新疗法的安全性、可行性和初步疗效。有趣的是，每一项计划或正在进行的临床试验中，左心发育不良综合征患者都是感兴趣的人群，这证明了这一人群严重的未得到满足的医疗需求。
杜克大学(Duke University)和梅奥诊所(Mayo Clinic)的随机I期临床试验都旨在评估对左心发育不良综合征患者应用自体脐血干细胞的安全性和可行性。在梅奥诊所，脐血干细胞在II期姑息治疗时通过心肌内注射在手术中给予，次要目的是评估增强右心室功能的初步疗效。相比之下，杜克大学的试验利用静脉输注脐血干细胞，重点是改善神经结果。还招募了同样的TICAP试验的研究人员，为其后续的II期，Perseus试验(心脏祖细胞输注治疗单心室心脏病)24这是一项随机研究，旨在评估心脏球体衍生细胞对右心室左心室单心室病变患者的治疗效果。
我们的机构将很快开始参加 I 期试验，为接受 II 期姑息治疗的左心发育不全综合征患者在术中使用同种异体间充质干细胞。间充质干细胞在成人临床试验中具有长期且经过验证的安全记录。此外，当用作同种异体细胞产品时，间充质干细胞的再生功效不受影响。这是间充质干细胞的独特特征，可以消除自体细胞产品中存在的许多变量。一项大型动物研究也显示，间充质干细胞可以招募和激活内源性 c-kit +心脏干细胞池到心肌损伤区域。这对间充质干细胞治疗在 CHD 儿童中的应用具有重要意义，因为我们的实验室已经证明，与成人心肌相比，儿童心肌中存在的常驻 c-kit +心脏干细胞的数量和再生功效随年龄而下降。在我们计划的试验中，出于多种原因，我们选择了 II 期姑息性手术作为干细胞注射的时间。首先，根据对单心室重建试验的 426 名患者的随访，I 期手术后的分期死亡率风险高达 12%。因此，I 期手术后的高早期死亡率可能会掩盖 I 期研究的安全终点。其次，II 期手术的干预将允许平行研究全身右心室的自然病程。腔肺连接术。具体来说，除了评估间充质干细胞治疗对右心室功能的影响外，我们还将有机会使用心脏 MRI 评估在长时间随访中容量卸载对收缩和舒张功能的影响。最后，限制接受 II 期手术的患者将产生更同质的左心发育不良综合征患者群体，并在临床结果的最终分析中消除患者选择变量。
综上所述，干细胞治疗有望成为冠心病患者的一种新疗法，并有可能为这些患者的治疗提供一种新的范例。几项开创性的试验正在进行中，主要集中在左心发育不良综合征的治疗上，这将为冠心病患者的干细胞治疗奠定基础。随着临床前和临床研究的不断推进，基础科学和临床研究人员之间的定期对话对于以最安全和最有效的方式将这种疗法从工作台有效地转换到床边是至关重要的。
