细胞与基因治疗

1、 基因治疗基因治疗 通过对靶细胞内某基因的修复和(或)替 换来增强、补充、矫正或抑制该基因异常 表达, 使其表达产物即相应蛋白质的数量增 加或减少, 蛋白质功能增强或减低, 从而影 响疾病过程, 最终达到治疗目的。 快速性心律失常的基因治疗快速性心律失常的基因治疗 治疗室性心动过速的研究集中于缩短复极时 间，以防止因QT间期明显延长而导致的尖端扭转 型(TdP)室性心动过速等致死性心律失常的发生。 hERG(human ether-a-go-go-related gene)基 因编码延迟整合钾通道的快速成分 IKr, hERG突变可使IKr通道外向钾电流 减少, QT间期延长,易于诱发室性心律

2、 失常。 在培养的兔心肌细胞(兔心肌细胞在体外培养 几天后通常出现APD延长, EAD发生率明显增高) 中转入hERG基因, 使APD明显缩短, 相对不应期 明显增加, EAD发生率下降四倍多,且能抑制电交 替。 所以hERG基因可用于治疗与QT间期延长和 复极离散度增加相关的室性心动过速。 APD EAD发生率 缓慢性心律失常的基因治疗缓慢性心律失常的基因治疗 1. 增强起搏细胞的变时功能 2. 生物性的起搏细胞 增强起搏细胞的变时功能 编码2肾上腺素能受体的 质粒注入约克猪的右房的起 搏部位, 上调肾上腺素能受体 的表达。 电生理的检测显示, 心房组织 的局部过表达肾上腺素能受体 可以明显

3、增强起搏组织的变时 效应，使现存的或病变的起搏 细胞的功能得到改善和加强。 心速 108127163 50% 生物性的起搏细胞 起搏离子流If是一种超极化激 活的内向离子流, 它介导窦房结的 四期自动除极。 超极化激活的环核苷酸门控的 ( Hyperpolarization activated cyclicnucleotide gated, HCN ) 通 道是心脏起搏离子流If 产生的基 础。 HCN基因家族的四个成员目 前发现在心脏中存在的有3 个： HCN1、HCN2 和HCN4。 ECG leads I, II, and RA, and LA (overlying injection

4、site) electrograms during normal sinus rhythm in an anesthetized dog previously injected with HCN2+GFP （green fluorescent protein） into LA (initial 2 beats). 将含有HCN2 基因 的腺病毒注射入犬的 左房（LA） 。 4天后进行的电生 理标测发现, 当刺激迷 走神经诱发出窦房结 停搏后, 左房的注射部 位出现了自发性的左 房节律。而只注射了 GFP的对照犬则无任 何的自发节律。 Qu J et al. Circulation 2003;1

5、07:1106-1109 Pacemaker function in in vitro model mHCN2转染的hMSCs 影响耦合的心脏细胞 的兴奋性。 综上，过表达HCN2 基因可以增大起搏电 流, 使移植的心肌细胞 具有起搏能力。 Potapova I et al. Circulation Research 2004;94:952-959 细胞治疗细胞治疗 置入体外诱导出的治疗细胞或者将干细 胞作为载体, 进行基因改造。 可从以下几个层面进行心律失常的治疗： 替代心脏起搏、传导系统病变或缺失的细 胞； 移植基因工程化改造的细胞, 表达某种离子 通道, 和受体组织细胞耦联, 改变受体组

6、织 的电生理特性； 移植细胞通过局部分泌一些重组蛋白改变 心脏的电生理环境。 干细胞是一种具有多分化潜能和自我复 制功能的早期未分化细胞，在特定的条件下 可能分化为不同的功能细胞，形成多种组织 和器官。 目前主要进行的是体外干细胞培养移植研 究，包括胚胎干细胞（embryonic stem cell ， ESC）、骨髓间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）等。 胚胎干细胞胚胎干细胞（ESC） 在体外并不仅仅分化为单 个心肌细胞, 而是可以形 成功能性的心脏合胞体 ( syncytium ), 具有稳定的 起搏和传导能力, 并且对 AD和ACh的刺激有反应。 但

7、由于来源有限, 移 植后可能存在免疫排斥反 应, 且涉及到伦理学问题, 故有一定局限性。 . 早期心肌细胞 小而圆的细胞 更大和更细长的细胞 几乎所有的心肌细胞，单核。 Morphometric changes in the cells length, width, area, and length-to-width ratio during in vitro cardiomyocyte maturation. *P 0.05 compared with baseline measurements. 骨髓间充质干细胞骨髓间充质干细胞（MSCs）在体内植入心 肌后能向心肌细胞方向分化，表达心肌细

8、胞多种 蛋白：肌球蛋白重链(MHC)、间隙连接蛋白Cx43 (Connexin43)、心肌锌指转录因子(GATA-4)等。 故MSCs能作为治疗心脏疾病的一种移植细胞, 替 代部分受损心肌细胞。 由于MSCs能通过骨髓穿刺反复收集、体外大 量扩增, 取材方便, 扩增后自体回输, 不必应用免 疫抑制剂, 成为近年来最具吸引力的心肌再生种子 细胞。 在心肌梗死(myocardial infarction, MI)治疗中有研究 发现MSCs移植后能改善MI后心律失常的发生。这需要由 MSCs分化的细胞具有自律性、兴奋性和传导性。 MSCs在5aza诱导下能分化为具有自主搏动功能的 心肌样细胞，且有关

9、心肌细胞收缩的基因表达升高。 诱导分化后MSCs有一定兴奋性, 并与正常心肌细胞类 似。 诱导后MSCs向心肌细胞方向分化时发现CX43的表达 增高，说明MSCs分化细胞有形成缝隙连接的能力，并具 有一定传导功能。 故MSCs能够作为治疗功能不全性心律失常的替代细胞。 MSCs经经5aza诱导诱导 Upper panel shows immunofluorescence images of hMSCs stained with DiI (red). Pijnappels D A et al. Cardiovasc Res 2006;72:282-291 CX43 表达 目前心律失常的基因和细胞

10、治疗刚刚 起步, 许多研究仅仅是概念性的, 距离临床 应用为时尚早, 然而具有诱人的应用前景, 值得广泛深入的研究探讨。深入研究心律 失常的分子和细胞机制, 将为以后的治疗提 供最佳的治疗靶目标。 APD EAD发生率 缓慢性心律失常的基因治疗缓慢性心律失常的基因治疗 1. 增强起搏细胞的变时功能 2. 生物性的起搏细胞 Pacemaker function in in vitro model mHCN2转染的hMSCs 影响耦合的心脏细胞 的兴奋性。 综上，过表达HCN2 基因可以增大起搏电 流, 使移植的心肌细胞 具有起搏能力。 Potapova I et al. Circulation Research 2004;94:952