在我國,由心血管疾病引發的死亡人數一直居於首位,這其中因心肌梗死引起的心肌細胞丟失而導致的心力衰竭,是心血管病總死亡率不斷上升的主要原因。長期以來,已有的治療手段依舊難以逆轉心梗後的心衰進程。
因此,「復活」或者「新生」心肌細胞,成為很多科學家試圖改變上述「不可逆」的重要手段。這個科學問題探討的關鍵是:如何減少心梗後心肌細胞丟失,促進功能重建,進而制約心衰發展和降低死亡率。
從左至右為倪騁、王建安教授、朱可揚、胡新央教授浙江大學醫學院附屬第二醫院王建安、胡新央團隊與中科院健康科學研究所楊黃恬教授團隊,新近在心血管領域權威期刊《循環研究》上發表了他們在心梗治療領域的最新研究發現。通過大樣本、長周期的研究,他們揭示了人胚胎幹細胞衍生的心血管前體細胞,移植非人靈長類心梗模型後對心臟的修復作用。這將為心梗的治療帶來新的技術方法。
解碼這項科學研究,王建安說,這需要從關注細胞的命運開始——
長周期實驗顯示,可以挽救因心梗垂死的「冬眠細胞」「撲通」「撲通」……人們常常用這樣詞彙形容心臟的跳動,這種跳動的原因來自於心臟收縮。當人發生心梗時,心肌細胞會成批死亡,在心臟上留下白色的疤痕。這些深淺不一的疤痕處,心臟將無法正常收縮,進而產生胸悶氣短等症狀,更可怕的是心梗患者五年生存率與惡性腫瘤相似。
在為期一年多的研究中,王建安團隊將人胚胎幹細胞衍生的心血管前體細胞,移植入非人靈長類心梗模型,試圖找出這將對遭受心梗後的心肌細胞產生什麼樣的影響。
於是,他們將探尋移植後的心血管前體細胞的命運。
他們去哪兒了——
在國際上,流行兩種觀點。一種是「替代說」,心血管前體細胞分化為心肌細胞,補充了原有因心梗丟失的細胞。還有一種觀點是「喚醒說」,心血管前體細胞分泌細胞因子營養物質,促進內源性的細胞增殖,進而減少因心梗瀕臨死亡的細胞。
浙江大學醫學院附屬第二醫院王建安研究團隊驗證了,在這場心肌細胞的「命運大轉折」中「喚醒說」勝出,後者才是細胞改善非人靈長類心梗模型後的命運的直接原因。課題組通過一系列的研究表明,當心肌細胞處於垂死的狀態,在植入的心血管前體細胞的「快速搶救下」被挽救回來。
這個推論還來自於實驗周期的拉長,課題組比較國外的相關研究,發現當時間刻度到第20周時,注入的心血管前體細胞找不到任何蛛絲馬跡。
「隨著注入細胞的消失殆盡,無法證明代替原有心肌細胞的觀點。」 王建安表示,團隊研究的細胞治療手段促進心功能恢復的理論機制,隨著將來研究的深入,幹細胞移植治療或可用於臨床,為心肌梗死病人減少衰竭提供新的治療方法。
人胚胎幹細胞衍生心血管前提細胞(hESCS-CVPCs)移植非人靈長類心梗模型後對心臟的保護作用。聯合免疫抑制劑細胞移植組(MI+MDR+CVPC)與無細胞移植組(MI+MDR)對比,內源性心肌細胞凋亡減少(A和B),心功能改善(C和D)。大樣本研究,奠定細胞治療心梗 的「靠譜」條件針對心肌梗死這一病症,現有的治療手段是通過支架治療。但壞死的部分依舊壞死,不能修復已經壞死的心肌細胞。
那麼,浙大團隊的這樣研究技術從實驗室到手術室還有多少路要走?
課題組胡新央教授介紹:這次以非人靈長類——猴作為實驗模型,就是從小鼠實驗向臨床轉化的重要一躍。
這個國際上首個非人靈長類心血管領域的大樣本研究。以猴為實驗對象更能接近人,但是不得不承認,人與猴到底還是有差別,因此實驗中要解決疾病模型的搭建和異種排斥的現實。
異種排斥,指的是人源移植細胞大多會被動物的免疫系統所排斥的現象,而這在非人靈長類中顯得尤為突出。
王建安課題組要把人胚胎幹細胞衍生的心血管前體細胞,移植到猴子模型中,必須要做到的是抗排斥。這個方法說起來容易,但做起來卻很難——兵來將擋水來土掩,既然有排斥,那麼就要抗排斥。
這時大樣本量的優勢發揮出來了,課題組對不同免疫抑制劑方案的相對有效性和安全性進行了對比研究並做了評價。科學家團隊比較了單用環孢黴素以及聯合使用環孢黴素、甲潑尼龍和CD25抗體舒萊兩種策略的效果。
研究團隊在集中討論而這時,一個相同的問題繼續叩問著王建安課題組——
心血管前體細胞的命運將會如何?
研究發現,在僅有單一環孢黴素的研究中,免疫細胞的大量浸潤,通過免疫反應「吃掉」了打入模型中的心血管前體細胞。實驗中,這場異種排斥的「戰役」中,心血管前體細胞只「扛了三天」,然後全軍覆沒。
實驗發現,單用環孢黴素打入模型的細胞第三天都被「吃掉」,無法找到其蹤跡。但由環孢黴素、甲潑尼龍和CD25抗體舒來組合形成的抗排斥藥物,在三天之後還能看到很多移植細胞存活著。
人胚胎幹細胞衍生心血管前體細胞(hESCS-CVPCs)在非人靈長類心臟組織中存留。圖為不同免疫抑制劑方案組中,移植細胞存留情況(A)以及在聯合免疫抑制劑細胞移植組 (MI+MDR+CVPC)中不同時間點細胞存留情況。一個多學科的保障團隊,一個「見不到紙箱」的實驗室對於非人靈長類心梗疾病模型的建立是實驗中的第二個難點,也是一種重要的創新點。
在猴子的心臟中通過灌脈的前降肢結紮,建立心肌梗死的模型,克服了國際上心臟壞死的面積比較小,對心臟功能的影響不大的弊端。同時,團隊還建立起了一系列評價心梗疾病模型的指標體系。
那麼,這個模型是由誰製作的呢?
心內科醫生、麻醉師、外科醫生、獸醫、研究生組成的攻關團隊,在克服困難、不斷摸索中實驗室尋找合適的結紮位點,建立穩定模型。
這只是王建安團隊的冰山一角。
該項研究共同一作:浙江大學醫學院2014級博士研究生朱可揚、中科院健康科學研究所博士研究生吳強、浙江大學醫學院2013級博士研究生倪騁。共同通訊:浙江大學醫學院附屬第二醫院王建安、胡新央教授,中科院健康科學研究所楊黃恬教授。
走進位於浙江大學醫學院附屬第二醫院的實驗室,給人的第一印象是整潔。第一作者朱可揚說,每位新生進入實驗室都會收到嚴格的培訓,考核通過後才能進去實驗操作。「從哪裡來,放哪裡去」,倉庫中每個實驗儀器以及耗材都有對應的存放位置。
實驗室一隅這種「強迫症」還表現在實驗室找不到紙箱子。「實驗室每種耗材都有專門的同學負責拆箱子後,存放到相應的位置。」朱可揚說,「打開冰箱不是一個個紙箱,而是整整齊齊的實驗耗材。」
這項研究受到國家重點基礎研究發展計劃(973)、國家高技術研究發展計劃(863計劃)和國家自然科學基金的資助。
(原題為《扭轉心梗患者命運!浙大這一成果揭開了幹細胞修復梗死心肌的奧秘!》)