細胞生物起搏器的研究新進展

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　　摘要：現階段，電子起搏器在病態竇房結綜合征、房室傳導阻滯等病癥治療領域均有廣泛應用，但其電池壽命、機體神經—體液調節、抗電磁干擾等方面處于劣勢。伴隨分子生物學及其有關技術的發展進步，心臟生物起搏實現對特殊傳導系統受損組織的修復與替代，主要包括基因轉染、細胞移植和激素治療三種方法。本文歸納現存方法各自存在的優點與不足，作出綜述研究與分析，以期對拓展細胞生物起搏器應用范疇有促進作用。
　　關鍵詞：細胞生物起搏器;基因轉染、細胞移植;激素治療;綜述研究
　　心臟生物起搏器是指在細胞分子生物學及有關技術的支撐下，針對受損的自律性節律點或出現傳導異常的特別傳導系統組織進行修復與替換，促進心臟起搏與傳導功能的恢復進程，對心臟生理功能與機體適應性整體分析后，發現生物起搏器在重塑竇房結細胞起搏功能等方面體現出良好效能，本文結合最近幾年中國內外最新研究成果，對細胞生物起搏器的應用情況作出綜述研究。
　　1心臟起搏細胞的分子機制
　　1.1電生理機制
　　心臟是機體中一類特殊的傳導系統，自律性是其典型特征之一，但該系統不同部位心肌細胞的自律性存在差異。竇房結細胞（SAN）自動節律性興奮的頻率最高，被定義為正常起搏點，在心臟興奮與搏動過程中發揮主導作用。其自律性的機制可以作出如下表述：SAN為鈣鐘與膜鐘相互作用，兩者共同調節SAN的自律性。膜離子通道的循環激活和失活、肌漿網有節奏、自發性的釋放Ca2+進而協同調整SAN，進而維持SAN自律性與起搏性的相對穩定性。
　　1.2HCN通道
　　在上個世紀70年代中期，Noma與Irisawa在兔SAN上發現了一種超極化激活內向電流，并將其定義為“起搏電流（If）”。后續有研究指出[1] ，If是是影響SAN舒張期自動去極化的主要因素，且參與心率控制及神經遞質調節心率指標等過程。超極化激活的環核苷酸門控陽離子通道（HCN）基因家族是促進If 形成的分子機制，該基因家族共包括4個成員，即HCN 1-4。HCN通道功能以調控起搏活動、細胞靜息電位、細胞膜電阻水平與樹突結合、突觸傳導過程等為主。
　　HCN1、HCN2、HCN4在心臟上可表達，HCN2與HCN4占主導地位。在人類心室肌中HCN2的表達較多，其能促進離子流內流過程。HCN4在不同物種上的表達部位存在差異，在兔、小鼠與人體的SAN內高度表達高表，且有研究已證實，HCN4基因突變會造成SAN功能異常。
　　2生物起搏器的移植方式
　　當下，國內外臨床中生物起搏器的移植方式以心肌內注射、冠脈內注射及靜脈內注射三種為主，前兩種更為常用。不管采用哪種移植方法，均力爭操作過程簡單、安全可靠、效果優良、并發癥發生風險低等。有研究指出[2] ，和靜脈移植組比較，心肌內注射更有益于改善心臟收縮功能、抑制心室結構拓展重塑過程，且能在實驗初期體現出較好安全性與可執行性。如果在后續的研究中能應用導管微創植入法，一方面能解除機械起搏器誘發的多種并發癥，其在重復操作方面占據優勢，感染概率低，其有待為再生醫學的細胞替代療法創造嶄新的渠道。
　　3細胞生物起搏器應用的研究綜述
　　3.1基因治療
　　該種治療手段是采用基因功能技術把功能正常的目標基因整合至受損的自律性節律點或特殊傳導系統組織內，利用傳導起搏基因表達的形式，實現對缺如或喪失正常功能蛋白質的有效補充，也能實現對機體中某種離子通道基因表達過程的有效抑制，進而促使心臟內非起搏細胞具備自律性，促進心臟起搏與傳導功能的有效恢復。當下，采用基因形成心臟起搏活動的研究主要囊括如下幾種形式：
　　3.1.1 HCN基因轉染：在限定的電壓區間內，HCN和cAMP兩者的整合產物有益于增強內向電流，HCN2、HCN4對cAMP反應明顯，但和HCN4相比較，HCN2在動力學方面占據優勢，這也是HCN2在當下醫學研究中廣泛應用的內在原因之一。Qu等[3] 在研究中對一組動物的左心房注射了HCN2+綠色熒光蛋白（GFP）的腺病毒，3～4d后，刺激迷走神經并抑制竇房結，接受了HCN2+GFP 的動物形成了始源于注射位置周邊的房性心律，該心律對腎上腺素和毒蕈堿拮抗劑都能形成反應，但對照組未能形成以上現象。
　　3.1.2 內向整流鉀電流（Ik1）的抑制：成人群體心肌細胞內也存在起搏活性，但在Ik1的抑制下而處于負的膜電位狀態，故而可以通過抑制Ik1的方法促進心臟自發性搏動過程的形成過程。
　　3.2細胞治療
　　主要包括兩種方法，一是把供體具有較高自律性的心臟細胞移植到受體的心肌細胞層，作為受體細胞新的起搏點替代功能已異常的初有節律點，且開啟心臟的電與機械性活動;二是干細胞治療，經誘導分化后干細胞將會成為同時具備起搏與傳導功能的細胞類型，其能代替或修復功能受損組織細胞，促進心臟起搏與傳導功能的恢復過程。
　　3.2.1起搏細胞移植
　?。?）自體細胞移植：張浩等[4] 分離未成年豬SAN并將其移植到自體右室近心尖處，其能明顯提升完全性房室傳導阻滯后幼豬的心室率，移植組室性自主心律明顯高于對照組。
　?。?）異種細胞移植：林國生等[5] 分離引產男嬰右房組織，制成細胞懸液并將其灌注至幼年豬左室游離壁以后可能促進起搏豬心室。免疫組織化學提示，胚胎心肌細胞能夠在移植區段存活，進而可能形成具備具備頻率應答式功能的“生物起搏器”。
　　3.2.2 干細胞移植
　　（1）胚胎干細胞（ESCs）：ESCs具備全能性，其能分化程各種細胞，包括SAN。Kehat等是將ESCs用于生物起搏的初始者。其在研究中發現人體胚胎干細胞分化的心肌細胞能成功起搏房室傳導阻滯的豬心室。 　?。?）間充質干細胞（MSCs）：是一類具備多分化強能的成體肝細胞，在脂肪、骨膜、滑膜、滑液等組織中廣泛存在。最近幾年中有研究指出，MSCs間高度表達兩種特異性縫隙連接蛋 白 Cx43與Cx45，具備強大的電傳導功能。當下，臨床上多采用MSCs分化特殊心肌細胞去治療緩慢型心律失常。
　　3.3激素治療
　　Rentschler 等[6] 對小鼠心臟傳導系統采用lacZ基因標識后發現，lacZ表達能呈現出心臟傳導系統發育與成熟進程，心內膜衍生的旁分泌因子對心臟收縮能力體征有明顯的促進作用，進而使心肌細胞轉換為具備傳導功能的細胞。
　　結語
　　當下，細胞生物起搏在疾病臨床治療中的優勢已被肯定，但不可否認的是其在臨床應用過程中依然存在很多問題噬待處理，例如生物起搏在機體中的有效期那一確定、長期應用會不會出現感染或排斥反應等，這均是有需要進一步研究的問題。和電子起搏器相比較，細胞生物起搏技術在應用過程中無需導線、電池及植入硬件等，這是其典型優勢，故而具有廣袤的應用空間。
　　參考文獻：
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