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间充质干细胞（mesenchymal stem cell,MSCs）是中胚层来源的具有自我更新及多向分化能力的干细胞，主要存在于全身结缔组织和器官间质中，以骨髓组织中含量最为丰富。在一定的诱导条件下能分化为成骨细胞、成软骨细胞、肌腱细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、内皮细胞、神经细胞、骨骼肌细胞及心肌细胞等。近年来其在心肌梗死修复中的作用已有多方面的研究，多种细胞因子、骨髓间充质干细胞的培养代数、心肌梗死后的炎症因子及不同时间点的组织内环境等均可以影响移植的MSCs的增值与分化，本文就从以上几方面探讨移植时机对梗死心肌修复的影响。
1 骨髓间充质干细胞的生物学特性
结合目前研究，MSCs 具有如下特点: (1)MSCs容易在体外分离培养：将骨髓自髓腔取出后,接种至培养基进行细胞培养, 培养1h以上, 贴附于培养瓶壁的细胞即为MSCs。接种之前采用相应抗体除去骨髓中造血细胞和内皮细胞可提高分离方法的特异性［1］。（2）不受体内免疫系统的影响: Le Blanc 等［2］ 检测体外分离培养MSCs与T细胞的相互作用, 结果未发现增殖性抗原。Saito 等［3］人发现, 取自C57BL/6小鼠的MSCs经静脉植入成年Lewis大鼠体内, 至少3个月内, 预先标记的MSCs 向骨髓转移而并不引起排斥反应;(3）无特异性的表面标记: 现在所发现的一些表面标记并不适合用作为确认某种或某类干细胞的手段, 因为这些标记在非干细胞也能表达，或者一些特异的标记只在某种干细胞的某一特定阶段表达, 例如位于HSC 上的CD34。在MSC上, 发现了大量的表面标志物, 如CD13, CD29, CD44, CD51,CD58, CD71, CD73, CD90, CD123, CD124, CD126, CD127,CD166, TGFbIIR, HLA-A, B, C, SSEA-3, SSEA-4, D7 等等,接下来的工作是, 确认是否有MSCs表面标志物, 如有能否作为分析和检测干细胞, 并作细胞分离依据。
2 骨髓间充质干细胞移植修复梗死心肌的机制
MSCs移植修复心肌梗死的可能机制如下：(1) MSCs通过直接转化为心肌细胞修复梗死心肌组织［4］;(2)移植的MSCs在梗死心肌组织内形成浦肯野纤维,促进心肌修复［5］;(3)移植的MSCs形成心肌连接蛋白并且形成功能性的连接,促进梗死心肌修复［6］;(4)移植的MSCs通过促进梗死心肌血管增生的影响改善心肌功能［7］;(5)移植的MSCs通过旁分泌作用产生多种细胞因子,促进梗死心肌的修复作用［9］。MSCs移植的不同时期或多或少的都对以上机制产生影响,从而影响骨髓间充质干细胞在心肌梗死中的修复作用。
3 移植时期对梗死心肌修复功能的影响
3.1 细胞培养代数及是否纯化对梗死心肌修复的影响
比较不同时间贴壁细胞的生长增殖和形态的变化，目前广泛认为以选用早期贴壁—4～24h贴壁细胞进行培养最合适。在MSCs传代培养过程中发现：第4～5代之前的细胞增殖能力比较旺盛,以后其活力逐渐减弱,提示细胞脱离了体内环境之后,逐渐发生退化。 Mandana Mohyeddin Bonab［9］等通过试验研究发现：体外培养的MSCs，在体外培养6代以后，其分化为其他细胞的能力显著下降,因此,取用MSCs做实验研究时,细胞的传代次数不宜超过4～5代.；Farida Djouad［10］等分别将纯化的与未纯化的MSCs注射入小鼠的心肌组织，证明纯化的MSCs具有免疫耐受性,不用加免疫抑制剂即可在同种异体间进行移植,而未经纯化的MSCs则可引起免疫排斥反应,不能在同种异体间的正常心肌组织内存活。所以细胞的传代时期及是否纯化也对MSCs移植后的分化产生重要影响。
3.2 细胞因子及组织微环境对骨髓间充质细胞移植最佳时期的影响
Francisco［11～14］ 等人用实验观察了细胞因子对MSC增殖的影响，发现INF-γ（γ干扰素）、TNF-α（肿瘤坏死因子）、SCF（干细胞因子）和IGF-1（胰岛素样生长因子）明显促进细胞的增殖，而IL-4、IL-1，bFGF（碱性成纤维细胞生长因子）对细胞的生长无影响。
Abbott［15］等证明SCF作为一种作用于早期造血细胞的细胞因子，也加速MSCs的增殖并作为心肌梗死修复中一种重要的细胞因子，但不是单独足够的因子，还需要其他细胞因子的共同参与。Tao-Sheng Li［14］等发现干细胞转化生长因子B也可以促进MSCs在心脏组织中的分化及促进心肌梗死的重建作用，实验组心肌梗死后bFGF 产生量迅速增加,梗死区bFGF的表达在梗死后第7天达高峰,28 天开始下降,42 天和56 天时表达明显下降,新生毛细血管密度与两者产生量成正相关, 与对照组比较差异有统计学意义；Francisco［ 11、12、15、16］等发现干细胞因子可以增强MSCs表达心肌特异性肌节肌球蛋白重链（MHC）及肌钙蛋白T（TNT）的表达，从而可以促进MSCs向心肌细胞的分化：Yang JF［16］等通过实验证明在梗死心肌注射血管内皮细胞生长因子（VEGF165）及促血管生成素（Ang－1）可以显著改善心肌梗死大鼠心脏功能，其与干细胞的动员有密切关系，实验组心肌梗死区VEGF 及Ang－1的表达在梗死后第7天达高峰,28 天开始下降,42 天和56 天时表达明显下降。Ma J ［17］等发现，心肌梗死的急性期，机体启动自限性修复过程，局部血管内皮细胞在缺血状态下分泌可以促进MSCs向心肌梗死部位归巢的基质细胞因子（SDF-1），从而促进骨髓干向心肌梗死区归巢，改善心肌梗死区域的心室重构及血管再生，心肌梗死后1d SDF- 1表达最高，为（2.62±0.28）ng/ml，7d时为（0.24±0.11）ng/ml，浓度迅速降低，两者比较P<0.01，至14天时已检测不到SDF- 1 的表达。
3.3 其他正常心肌细胞存在的机械牵拉作用及正常与梗死心肌组织对MSCs分化为心肌组织的影响
Niu LL［18］等将分离纯化后的小鼠MSCs移植进入正常的与梗死的小鼠心肌组织内，发现在梗死的心肌组织内小鼠的MSCs分化为心肌细胞，而在正常的小鼠心肌组织内则不发生分化。Meifeng Xu［19］等用实验证明，当BMSCs与肌细胞一起培养时，BMSCs转化为既有心肌表型的细胞，分化的肌细胞表达心肌转录因子GATA-4和心肌加强因子2，而相应的没有与肌细胞一起培养的BMSCs则为阴性。Jan Kajstura［20］等证明BMSCs的分化需要心肌细胞之间的融合。Rangappa S［21］， Sunil Rangappa［22］等证明与CM直接接触前提下, CM对MSCs的机械牵拉为诱导MSCs分化为心肌细胞的必须条件，而单纯的心肌细胞条件培养液则非关键因素。 Gui-Rong Li ［23］等分别用四种培养基对MSCs进行培养，证明心肌细胞溶菌产物是一个理想的MSCs分化为心肌细胞的诱导物，其促分化作用比5－氮杂胞苷更为明显。
3.4 炎症反应对MSCs移植时期的影响
曹丰［24］等证明(1)心肌梗死后1周内炎症反应强烈,中性粒细胞及网状内皮吞噬系统功能活跃,非特异性杀伤自体及异体细胞,移植细胞的生存环境较差,对存活不利; （2）在梗死早期炎症反应尚未开始时（1h内）进行MSC 移植以及梗死后2～4周细胞移植,细胞存活率高。其2周组的左室收缩末压力，左室最大上升速率及瘢痕面积百分比的改善显著优于1h和4周移植组。
3.5 干细胞移植不同时期对梗死心肌血管生成的影响
Boyle［25］等阐述早期的临床实验认为是移植的干细胞本身的增值造成梗死心肌的修复，而新近的研究则认为是移植进入的外源干细胞通过新的血管形成作用刺激内源性的心肌细胞或者干细胞增殖，从而修复梗死的心肌组织。Strauer［26］等首次证明在临床条件下有选择性的经冠状动脉植入自体BMCs是安全和有效的，其显著的治疗功能归功于BMCs相关的心肌重建跟血管再生功能。Linke ［27］通过移植自体BMCs在狗心肌梗死自身修复与重建作用中的研究证明：成年动物的心脏属于自我更新器官，拥有强大的生长储备，可以逐渐修复被破坏的和已经失去的心肌组织。Oswald J［28］ ，Sheng XG ［29］ ，Fang LJ ［30］等通过在体内外的实验证明MSCs可以分化为血管内皮细胞，可以作为心肌细胞重建的基础，成为MSCs修复心肌细胞的机制之一。Jian-an Wang［31］等于梗死心肌内注射经BrdU标志的自体骨髓干细胞，4周后发现移植组坏死区内有大量的血管生成(24+-5/HPE),而对照组却较少发现血管生成（11＋－1/HP）；Luciano C. Amado ［32］在心肌梗死后3天将体外培养的MSCs移植进入梗死的心肌组织，结果发现与对照组相比，移植组的左室功能及收缩面积得到显著改善。吕菁君［33］等分别在心肌梗死后1周、2周、4周、8周、12周将BrdU标志的骨髓单个核细胞直接注射至梗死心肌周边区域，结果发现，在心肌梗死后4周内进行干细胞移植在心功能、心肌梗死面积方面优于AMI后8周、12周移植。证明AMI后1～4周可能是较佳的移植时间；其可能机制为BM-MNCs分化为血管平滑肌细胞和血管内皮细胞，直接形成新的血管以拯救濒临凋亡的心肌组织；并且BM-MNCs以自分泌或旁分泌的方式分泌多种促进血管生成的细胞因子，促进原始血管从已存在的血管形成新的毛细血管，以改善侧支循环。
综上所述，影响干细胞在心肌梗死后的存活及对梗死心肌的改善功能的方面可分为：（1）干细胞方面；（2）梗死的心肌所产生的组织微环境及各种细胞因子对移植后干细胞的影响等方面；（3）移植时间对梗死心肌血管生成方面等。选用早期贴壁、传代4～5代的细胞增殖能力较旺盛，也利于纯化；在心肌梗死后1周左右，患者血液中各种促进MSCｓ向梗死心肌归巢的细胞因子浓度达最高；在心肌梗死后早期（1周以内），尚未完全梗死的心肌细胞可对移植的MSCs产生牵拉作用，有利于梗死心肌的修复；在梗死早期炎症反应尚未开始时进行MSC 移植（1h内）以及梗死后2～4周行细胞移植,梗死区的炎症反应对移植的MSCs影响较小，细胞存活率高；AMI后1～4周进行MSCs移植，其对梗死区血管生成的作用最大，促进新生血管的形成，从而改善侧支循环，可能是较佳的移植时间；综合以上多种因素，在心肌梗死后1周左右进行MSCs移植，其对梗死心肌功能改善的作用最大。
4 问题与展望
目前干细胞移植时期存在的问题主要在于：（1）已经有较多的研究证明MSCs移植可以有效地改善梗死的心脏功能及可以有效改善心室重构，但是有关干细胞移植时期对梗死心脏组织修复影响方面的研究目前还较少。（2）关于心梗后影响MSCs移植定向与分化的各种细胞因子在受体心肌组织或血液中出现的具体时间目前还不完全清楚，各个实验室的检查结果之间也有差异。（3）虽然有试验证明正常的心肌组织的存在可以促进MSCs向心肌细胞的分化，但是也有试验证明梗死的心肌组织才更有效的促进MSCs的分化，是否这两种作用同时存在，哪一种作用较大，目前还不完全清楚。（4）虽然有研究证明心梗后的炎症可以影响心肌细胞的分化，但是具体的机制目前还不完全清楚。（5）目前虽有多种机制说明MSCs移植可以改善梗死心脏的功能，但到底是哪种/哪几种机制占主要作用，还不完全清楚。但是我们相信，随着有关方面研究的深入，以上问题均可以解决，MSCs必将成为治疗心肌梗死的一项有效的临床及实验室治疗手段。
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作者单位：350004 福建福州，福建医科大学2005级研究生