人多能干细胞来源心肌细胞（hPSC-CM）治疗心力衰竭：从细胞递送到工程化心肌组织补片

《Current Treatment Options in Cardiovascular Medicine》：Human PSC-Derived Cardiac Cells for Heart Failure: From Cell Therapy to Engineered Tissue Patches

综述目的：本综述评估人多能干细胞来源心肌细胞（hPSC-CM）疗法在改善心力衰竭患者结局方面的近期进展，重点讨论递送途径、早期临床使用以及实现持续功能性心脏修复所面临的障碍。近期发现：心脏再肌肉化存在多种并行且互补的策略，包括单细胞悬液、多细胞球状体、心肌细胞片层和工程化心肌组织。早期临床转化已在多个平台验证可行性，而工程化心肌（EHM）提供了移植物持续滞留和心肌结构增强的最明确证据。心肌细胞片层已获得附条件监管批准，基于导管的球状体递送正在进入临床评估。然而，致心律失常性、免疫排斥、成熟不完全和制造复杂性仍是通往临床的主要挑战。总结：多能干细胞来源心脏产品正从实验概念转变为经临床检验的疗法。未来进展将取决于确定最佳患者人群、产品形式和递送途径，减少免疫抑制需求，并证明患者在住院、生活质量和生存方面获得有意义的改善。

观点陈述（Opinion Statement）：晚期心力衰竭仍是心血管医学的重大挑战。尽管药物和器械治疗取得进展，许多患者仍进展至终末期，心脏移植是唯一确定性选择。现有多数策略主要延缓疾病进展或缓解症状，而人多能干细胞（hPSC）来源产品旨在通过替换丢失的收缩组织实现心肌再生。心力衰竭具有显著异质性，涉及缺血性心脏病、瓣膜病、遗传性心肌病、心肌炎等，因此“一刀切”的再生策略并不合适，最佳细胞产品和递送方式应取决于基础疾病、心肌基质和临床情境。工程化心肌组织对存在区域性瘢痕或心室壁变薄的慢性患者尤具前景，其细胞滞留率高、组织结构有序，并可在植入前进行功能测试；现有临床数据提供了持久结构增强的初步证据。对于不适合心脏手术者，经导管心肌内递送人多能干细胞来源心肌细胞（hPSC-CM）球状体是近期最现实的选择；与单细胞悬液相比，多细胞球状体可针对移植后细胞滞留差这一主要限制。无论采用何种策略，移植后早期均需严密电生理监测，预防性抗心律失常药物可能降低移植物相关自律性；但长期成功更取决于改善移植细胞自身生物学特性，使心肌细胞（CM）更接近成熟成人心室表型，从而降低致心律失常性并改善与宿主心肌的耦联。在成熟细胞产品常规可用之前，患者选择、标准化监测和多学科随访仍至关重要。

引言（Introduction）：心血管疾病仍是全球首位死亡原因，心力衰竭是缺血性心脏病、心肌病、心肌炎和瓣膜病等心肌损伤的终末共同通路。射血分数降低的心力衰竭（HFrEF）治疗已引入血管紧张素受体-脑啡肽酶抑制剂、β受体阻滞剂、盐皮质激素受体拮抗剂和钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂等指南导向药物，并在关键试验中显示降低死亡和心衰住院；血运重建、植入式心律转复除颤器、心脏再同步治疗和机械循环支持亦可使部分患者获益。然而，这些干预主要降低血流动力学应激、预防并发症或延缓进展，不能替代不可逆损伤后丢失的CM。终末期患者仍以心脏移植为确定性治疗，但受供体稀缺、终身免疫抑制和移植并发症限制；心室辅助装置（VAD）可提供循环支持，但不修复心肌，并伴随出血、感染、血栓和神经系统事件风险。因此，再生疗法旨在恢复心脏结构和功能，而非仅延缓疾病进展。

当前再生治疗策略（Current Regenerative Therapeutic Strategies）：再生治疗针对现有治疗无法恢复功能性心肌的核心缺陷，主要分为两类：一是刺激内源性修复机制，促进心脏再生并限制不良重塑；二是以体外干细胞来源药物产品替换丢失的CM或心肌组织，以恢复收缩功能。内源性策略包括促进驻留CM增殖、将非心肌细胞转化为CM样细胞及改善新生血管形成；成人CM更新率低，不足以代偿心肌梗死后的大量细胞丢失，实验性激活发育通路或调控细胞周期可诱导动物模型CM增殖并改善功能，但临床转化需实现真正胞质分裂而非仅DNA合成或多倍化，并避免去分化、室性心律失常和失控生长；猪持续表达miR-199a后出现致死性心律失常，提示增殖策略治疗窗狭窄。干细胞来源心肌替换因可在植入前评估细胞身份、纯度、剂量和功能而更易控制；人诱导多能干细胞（hiPSC）衍生及化学定义心肌分化方案建立了理论上可再生的CM来源。关键转化问题已不再是能否生产hiPSC-CM，而是以何种成熟状态和递送途径安全给药，以实现持久、电机械整合的新生心肌，同时保护移植物免受宿主免疫反应。

干细胞来源心脏产品与递送策略（Stem Cell-Derived Cardiac Products and Delivery Strategies）：PSC-CM疗法疗效受给药形式显著影响，现有平台包括可注射单细胞悬液、多细胞聚集体和外科植入工程化组织，各在操作侵入性、细胞滞留、移植物血管化、结构组织、细胞成熟和功能整合间具有不同平衡，并非线性演进步骤，而是可能适用于不同适应证和疾病阶段的并行策略。直接心肌内注射最直接；猕猴移植超过10⁹个人胚胎干细胞来源心肌细胞（hESC-CM）可形成显著移植物并实现梗死心肌再肌肉化，同种异体iPSC-CM亦可获得类似植入；人心室祖细胞（HVP）可向心肌损伤部位迁移、减少纤维化反应并分化为CM和内皮谱系，在猪急性和慢性损伤模型中显示功能获益。但单细胞注射早期细胞滞留差，机械洗脱、失巢凋亡和缺血应激导致大量细胞丢失，仅少量细胞持久存留，需极高剂量才能达到治疗相关移植物大小，且移植物分布和大小异质，限制功能整合和电机械耦联。多细胞球状体保留细胞间相互作用和三维微环境，减少解离相关应激并提高早期滞留；非人灵长类（NHP）研究显示纯化人iPSC来源心脏球状体心肌内注射后可植入并改善心功能，且保持与微创和导管递送兼容。心脏组织工程则将治疗从孤立细胞递送推进至具有确定结构和功能特性的有序心肌构建体，CM可负载于细胞外基质水凝胶、含支架或无支架平台，并与基质或血管支持细胞组合，促进细胞耦联、组织排列、力学预处理和植入前功能评估；人iPSC来源工程化心脏组织（EHT）在豚鼠改善心室功能，大动物研究显示剂量依赖性再肌肉化和临床相关移植物尺寸的可行性。工程化心肌（EHM）心外膜移植可提高移植物滞留，并将功能性组织置于瘢痕或变薄心室壁上方，促进结构稳定并避免多次心肌内注射，但需外科进入，移植物存活依赖快速宿主血管化和充分机械电整合；2025年Jebran等将含CM和基质细胞的iPSC来源EHM同种异体移植至恒河猴，移植物持续至6个月、发生新生血管化、剂量依赖性增加左心室（LV）靶壁厚度，并改善局部和整体心脏功能，未观察到移植物相关心律失常或肿瘤。

临床转化（Clinical Translation）：在广泛临床前评估后，hPSC来源心脏疗法已进入临床测试，早期心血管祖细胞可行性研究之后，纯化CM、球状体、细胞片层和EHM试验相继开展；这些项目在细胞来源、剂量、递送途径、预期机制和临床背景上差异显著，应视为不同治疗平台的证据而非单一治疗类别的可互换结果。hESC来源产品早期临床经验：ESCORT项目为首个人hESC来源心脏产品首次人体应用，2013年治疗首例，严重缺血性左室功能不全患者在冠状动脉旁路移植术（CABG）中接受纤维蛋白补片包埋的hESC来源心血管祖细胞，6例队列中位剂量8.2百万（5–10×10⁶）细胞，验证了临床级hPSC来源心脏产品的制造和心外膜递送可行性，无肿瘤或移植物相关室性心律失常证据，但研究以可行性为主并与血运重建联合，移植物对功能恢复的具体贡献难以确定。HECTOR试验转为分化的hESC-CM，计划经心内膜导管注射5000万、1.5亿或3亿hESC-CM至18例慢性缺血性左室功能不全患者，主要评估安全性、可行性和剂量选择，重点关注室性心律失常风险。iPSC-CM片层：RiHEART项目将3片约1亿iPSC-CM植入严重缺血性心脏病患者，初始3例无肿瘤或严重移植物相关心律失常，后续多中心队列8例左心室射血分数（LVEF）≤35%、纽约心功能分级（NYHA）III或IV级；52周LVEF由28.7%升至33.0%（p=0.16），峰值氧耗由16.0升至19.1 mL/kg/min（p=0.05），全部患者改善至NYHA I或II级；2026年RiHEART?在日本获附条件、限时批准，成为首个获授权iPSC-CM心衰疗法。可注射细胞和球状体：HEAL-CHF为首项iPSC-CM随机比较，20例晚期缺血性心衰患者在CABG基础上随机接受单纯CABG或联合心肌内注射2亿同种异体iPSC-CM，12个月细胞治疗组六分钟步行距离、整体心肌灌注和区域壁增厚改善更明显，但LVEF、左室容积、瘢痕大小、NYHA分级和生活质量评分无显著组间差异；预设1–6个月安全窗内无持续室性心动过速（VT），12个月未检测到致瘤性，但细胞治疗组早期室性心律失常常见，包括2例临床显著VT。LAPiS评估高纯心室iPSC-CM产品HS-001以球状体经CABG时心外膜注射5000万或1.5亿细胞，10例，两个剂量队列均完成，详细结果尚未发表；EMERALD将球状体平台扩展至经心内膜导管递送。中国并行项目评估导管递送解离CM 1亿或4亿细胞，同一产品进入REVIVE-HEART，计划约80例比较单纯CABG与CABG联合心肌内注射1.5亿iPSC-CM。EHM与BioVAT-HF：BioVAT-HF旨在植入预形成收缩性人心肌而非细胞悬液，其转化基础为2025年Jebran等恒河猴心外膜iPSC-CM与基质细胞EHM研究；相应I–II期试验2026年报道，患者为晚期心衰、LVEF≤35%且至少一个左室节段运动低下或反常，EHM手术附着于功能障碍区域心外膜，剂量递增为5、10和20个组织单位，最大剂量约8亿细胞； interim分析20例，16例接受最大剂量，12例最大剂量完成3个月评估者靶壁厚度最小二乘均值增加4.5 mm，LVEF提高3.9个百分点，堪萨斯城心肌病问卷（KCCQ）总评分平均增加6.7分；随访中3例死亡、1例心脏移植，未建立移植物相关肿瘤或心律失常信号，但免疫抑制需求增加复杂性，移植物与宿主心肌电机械耦联程度尚待阐明；该研究为小样本、非对照、非盲 interim队列，应谨慎解读，影像和组织学支持移植物滞留的生物学合理性，但未证实临床疗效。

挑战与局限（Challenges and Limitations）：致心律失常性与电整合方面，成功心肌替换要求移植CM与宿主心肌稳定电耦联以实现同步收缩，同时避免未成熟CM持续增高自律性形成异位起搏灶并触发室性心律失常；临床前多种模型观察到移植物相关室性心律失常，机制多因素并主要反映PSC-CM未成熟电生理表型，包括自发自律性增高、钙处理不成熟、离子通道表达异质、静息膜电位去极化和与宿主不完全电耦联，早期可产生异位冲动和移植物内传导异质，血管化不足和成熟延迟可延长易损期；MEDUSA研究通过删除HCN4、CACNA1H、SLC8A1并过表达KCNJ2，生成电静息但可兴奋、自律性降低的CM，编辑细胞植入猪心肌并耦联而未诱导持续植入心律失常。免疫兼容性方面，多数临床先进iPSC来源心脏产品为同种异体并需免疫抑制；低免疫iPSC通过破坏B2M和CIITA降低HLA I/II类表达并过表达CD47，限制适应性和先天免疫识别，在完全同种异体免疫 competent恒河猴中存活16周；人胰腺胰岛细胞在1型糖尿病患者无系统免疫抑制下维持功能至14个月，但低免疫iPSC-CM尚未进入临床，需心脏特异性研究确定长期存活、基因组稳定性、致瘤性和充分免疫监视。CM成熟方面，PSC-CM成熟涉及结构、电生理、代谢和功能向成人表型进展，代谢调理联合纳米图案和电刺激等生物物理线索可改善肌节组织、氧化代谢、钙处理和电生理特性，但移植最佳成熟度仍不确定。制造、放大与肿瘤风险方面，临床转化需良好生产规范（GMP）合规、可重复生产数亿至数十亿PSC-CM，并保持身份、纯度、效力和基因组稳定性一致；Wnt激活联合减少细胞接触可实现hiPSC-CM大规模扩增，高密度和三维环境可克服接触依赖的增殖限制；NANOG驱动诱导型caspase-9系统可选择性清除残留未分化PSC超过6个数量级并保留分化后代，为降低畸胎瘤风险提供策略。

考虑与未来展望（Considerations and Future Perspectives）：未来方向取决于最佳细胞来源、自体与同种异体产品平衡、工程化组织 sophistication 以及心肌替换在再生医学中的定位。hESC和hiPSC均可提供稳健可规模化的心脏细胞来源；hESC产品用于最早临床研究，hiPSC因规避胚胎伦理问题并支持建立表征良好的供体细胞库而成为主流平台。自体hiPSC产品理论上免疫兼容，但个体化制造昂贵、耗时且难以放大；Jebran等恒河猴自体iPSC来源EHM移植物发生免疫排斥，提示遗传同一性本身不一定确保长期免疫耐受，因此多数项目采用标准化同种异体产品，并辅以HLA工程和低免疫细胞平台。未来心肌替换可能结合不同细胞群体优势：分化CM提供即时收缩功能，HVP保留发育可塑性，通过迁移、损伤感知、抗纤维化作用及分化为CM和血管细胞类型动态响应损伤心肌；EHM提供结构组织、机械支持和有利于移植物成熟与电机械整合的环境，HVP与EHM结合可能整合二者优势。异种移植通过替换整个衰竭心脏提供互补路径，猪基因组编辑已建立初步临床可行性，但免疫排斥、感染、免疫抑制和移植物耐久性等长期挑战仍未解决；异种移植与干细胞来源心肌替换应视为互补而非竞争策略，前者可能扩展终末期患者全器官替代可及性，后者旨在恢复自体心脏收缩组织并可能更早应用。最终临床转化需细胞工程、组织制造、免疫调节和患者选择共同进步，心衰再生医学将趋向按基础疾病机制和临床情境定制策略。

结论（Conclusion）：近年来iPSC-CM疗法已跨越重要转化阈值，CM片层获附条件监管批准，球状体产品正通过外科和导管递送测试，EHM在晚期心衰患者中显示移植物滞留、结构心肌增强和功能获益的早期证据，但持久疗效和长期安全性尚待确立。该代疗法与既往骨髓和间充质干细胞方法根本不同，后者主要认为通过旁分泌作用且未可重复生成新收缩心肌；PSC-CM策略旨在通过新生CM在损伤心脏内植入、存活和电整合实现真正再肌肉化。现有平台具有不同且可能互补的优势，工程化组织可能提供更优细胞滞留和有组织心肌重建，可注射球状体可能提供更大操作灵活性和可扩展性；其临床成功取决于解决致心律失常性、免疫兼容性、血管整合、CM成熟和制造一致性，这些进展将决定iPSC-CM疗法能否超越实验性再生，成为改变晚期心衰病程的既定治疗。