人诱导多能干细胞来源心肌细胞移植改善非人灵长类心肌梗死后的心脏功能恢复

《Stem Cell Research & Therapy》：Human induced pluripotent stem cell–derived cardiomyocytes improve recovery from myocardial infarction in non-human primates

本研究针对心肌梗死（MI）后心肌修复难题，系统评估了人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs）在非人灵长类（NHP）模型中的安全性、有效性和药代动力学。研究人员通过开胸手术对心肌梗死模型猴进行hiPSC-CMs（1×108）心肌内注射，发现其可显著改善左心室射血分数（LVEF）、缩小梗死面积、促进血管新生，且移植细胞在心脏内长期存活并形成人源心肌岛。尽管早期出现短暂性室性心动过速（VT），但均在2周内自行缓解。正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）追踪显示细胞主要滞留于心脏，未在其他器官中检测到异位分布。该研究为hiPSC-CMs的临床转化提供了关键 preclinical 证据。

　　

心血管疾病是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，其中心肌梗死（Myocardial Infarction, MI）后心肌细胞的不可逆损失是导致心力衰竭的核心问题。成年哺乳动物心脏的再生能力极其有限，这使得基于干细胞的疗法成为修复受损心肌的希望所在。在众多候选细胞类型中，人诱导多能干细胞来源的心肌细胞（human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, hiPSC-CMs）因其能够通过体细胞重编程获得，并分化为功能性的心肌细胞，而展现出巨大的治疗潜力。尽管在小型动物模型中已证实hiPSC-CMs移植的有效性，但其在更接近人类生理的非人灵长类（Non-Human Primates, NHP）模型中的安全性、有效性及移植后的细胞命运等问题，尚未得到系统评估，这成为其走向临床应用的必经之路。

为了填补这一转化空白，关旭敏等研究人员在符合药品生产质量管理规范（Good Manufacturing Practice, GMP）的条件下制备了hiPSC-CMs，并在食蟹猴心肌梗死模型中，通过多种先进技术手段，全面评估了细胞移植的治疗效果和潜在风险。该研究发表于《Stem Cell Research & Therapy》杂志。

研究人员开展本研究主要应用了以下几个关键技术方法：研究团队首先从健康供体外周血单核细胞（PBMCs）重编程获得hiPSC，并进一步诱导分化为hiPSC-CMs，通过免疫荧光染色、流式细胞术、多电极阵列、钙瞬变记录和膜片钳等技术对其表型和功能进行了系统鉴定。研究使用16只恒河猴构建了心肌梗死（通过左前降支冠状动脉结扎3小时后再灌注）模型，其中10只接受hiPSC-CMs心肌内注射，6只接受对照溶剂。术后通过超声心动图、心脏磁共振成像（MRI）评估心功能和梗死面积，利用可穿戴心电图设备持续监测心律失常事件。此外，研究还创新性地采用锆-89（⁸⁹Zr）预标记hiPSC-CMs并结合PET/CT成像，在另一组4只食蟹猴中动态追踪了移植细胞的体内分布。组织学分析（如Masson三色染色、免疫荧光染色）和分子生物学技术（如Western blot、qRT-PCR）被用于评估心肌重塑、血管新生、移植细胞存活及免疫细胞浸润等情况。

hiPSC-CMs enhanced cardiac function and reversed cardiac remodeling in ischemic NHP hearts

研究人员通过超声心动图和心脏MRI评估发现，与对照组相比，hiPSC-CMs移植显著改善了心肌梗死猴在术后4周和12周的心脏功能，包括左心室射血分数（LVEF）、左心室短轴缩短率（LVFS）、收缩末期容积（LVESV）和收缩末期内径（LVIDs）等指标。

延迟钆增强MRI显示，细胞移植组在12周时梗死面积显著减小，Masson三色染色也证实心肌纤维化程度降低。此外，hiPSC-CMs移植还逆转了心肌梗死引发的心肌细胞肥大（通过小麦胚芽凝集素WGA染色评估），并促进了梗死区域的血管新生（通过CD31染色评估）。研究人员还发现，细胞移植降低了心肌组织中血小板反应蛋白-1（Thrombospondin-1, TSP1）的表达水平，这可能有助于改善血管生成微环境。

Transplantation of hiPSC-CMs did not lead to severe arrhythmogenesis

安全性评估是临床前研究的关键环节。通过可穿戴心电图设备的持续监测，研究人员发现，hiPSC-CMs移植组在术后早期（第3天和第7天）有猴子出现了持续性室性心动过速（Sustained Ventricular Tachycardia, SVT）或非持续性室性心动过速（Non-Sustained Ventricular Tachycardia, NSVT），而对照组仅有一只猴子在术后第14天出现SVT。

重要的是，这些移植相关的室性心律失常均为自限性，在移植后2周内自行缓解，未进展为致命的室颤，且后期所有动物均恢复窦性心律，表明hiPSC-CMs移植并未导致严重的致心律失常副作用。

hiPSC-CMs were successfully engrafted and survived after transplantation in the monkey MI hearts

为了证实移植细胞在宿主心脏内的长期存活和整合，研究人员在移植后12周对心脏组织进行了详细的组织学分析。免疫荧光染色结果显示，在梗死区和边缘区发现了多个表达人特异性心肌肌钙蛋白I（human-specific cardiac troponin I, hcTnI）和cTnT的人源心肌细胞岛，证实了移植细胞的存活。

这些细胞大部分为心室肌细胞（表达MLC2v），部分为心房肌细胞（表达MLC2a）。移植细胞表达连接蛋白43（Connexin 43, CX43），提示其与宿主心肌可能存在电偶联。移植区域内有CD31阳性的新生血管形成，表明发生了血管化。同时，移植区域几乎检测不到CD3阳性的T细胞或CD20阳性的B细胞浸润，说明在免疫抑制方案下，移植细胞未引发严重的免疫排斥反应。

Bio-distribution of hiPSC-CMs following transplantation

研究团队利用⁸⁹Zr标记hiPSC-CMs并结合PET/CT成像，首次在非人灵长类模型中动态追踪了移植细胞的体内分布。结果显示，与注射游离⁸⁹Zr-oxine的对照组相比，注射⁸⁹Zr标记hiPSC-CMs的猴子心脏区域在移植后2周内仍保持较高的放射性信号，表明细胞在心脏内滞留。

在肝脏和脾脏也检测到持续的放射性积累，推测可能与免疫细胞对细胞碎片的吞噬有关。通过qRT-PCR检测人线粒体DNA进一步证实，除心脏外，在肝、脾、肺、肾、脑等其他主要器官以及血液中均未检测到人源细胞的存在，排除了细胞异位移植和全身性扩散的风险。

本研究得出结论，在免疫抑制方案下，通过心肌内注射移植临床级hiPSC-CMs能够安全有效地改善非人灵长类心肌梗死模型的心脏功能，促进心肌修复和血管新生，且移植细胞能够在宿主心脏内长期存活并形成功能整合。尽管移植早期存在一过性、自限性的室性心律失常风险，但并未导致严重临床后果。创新的⁸⁹Zr-PET/CT追踪技术为在体监测移植细胞分布提供了可靠手段。该研究系统地评估了hiPSC-CMs疗法在转化医学阶段的关键参数，包括疗效、安全性和药代动力学，为后续开展临床试验奠定了坚实的科学基础，显著推动了干细胞治疗心脏疾病向临床应用的迈进。讨论部分指出，hiPSC-CMs发挥治疗作用的机制可能包括直接替代坏死心肌和通过旁分泌效应（如下调TSP1）促进内源性修复的共同作用。未来研究需在更慢性的心衰模型以及合并代谢性疾病的动物模型中进一步验证其疗效，并优化细胞递送方式和免疫抑制策略。