综述：心脏修复与再生：细胞疗法、体内重编程及细胞外囊泡的潜力

《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：Cardiac repair and regeneration: cell therapy, in vivo reprogramming, and the promise of extracellular vesicles

　　本综述系统探讨了心肌梗死（MI）后心脏修复与再生的前沿策略，重点比较了细胞疗法、体内重编程及细胞外囊泡（EVs）三大方向的优劣。文章指出，干细胞来源的细胞外囊泡（Stem-EVs）作为无细胞生物制剂，具有低免疫原性、强心保护作用（如抗炎、抗凋亡、促血管生成）及可工程化改造（如心脏靶向肽修饰、载药）等优势，有望克服传统细胞疗法的心律不齐、移植排斥等瓶颈，为心血管疾病治疗开辟新路径。

　　

心肌梗死（MI）概述

心血管疾病（CVD）是全球首要死因，其中缺血性心肌梗死（MI）导致的心力衰竭是主要贡献者。MI的核心病理是冠状动脉血流阻塞引发心肌缺氧，导致约10亿心肌细胞（CMs）死亡，进而引发炎症、纤维化和病理性心脏重构，最终发展为心力衰竭。成人心脏CMs年更新率低于1%，自我修复能力极其有限，这促使了再生医学领域寻求补充丢失CMs、恢复心肌功能的策略。

心脏修复与再生的治疗策略

当前针对MI后心脏修复的策略主要分为三类：细胞疗法、体内细胞重编程和细胞外囊泡（EVs）疗法。

细胞疗法

早期研究探索了自体或异体非心脏细胞（如骨骼肌成肌细胞、骨髓细胞）和心脏相关细胞（如心脏干细胞CSCs、心脏前体/祖细胞CPCs、心球来源细胞CDCs）的移植。尽管临床前结果积极，但多数临床试验仅显示左心室射血分数（LVEF）的边际改善，且存在心律失常和移植细胞存活率低的问题。人多能干细胞（hPSCs，包括hESCs和hiPSCs）来源的心肌细胞（hPSC-CMs）被视为理想替代来源，但其在结构和功能上更接近新生儿CMs，移植后易引发心律失常且体内滞留率低。三维心脏组织工程和生物仿生支架的应用有望改善hPSC-CMs的滞留、成熟和存活。

体内细胞重编程

该策略旨在将心脏内非心肌细胞（如心脏成纤维细胞CFs）直接重编程为功能CMs，避免细胞移植相关并发症。最初通过强制表达心脏转录因子（如GMT或GHMT）实现小鼠成纤维细胞向诱导CMs（iCMs）的转分化。化学重编程（使用小分子组合如CRFVPT或9C）也可生成跳动iCMs。然而，体内重编程效率低（<10%），且需要精准控制重编程因子的递送和表达时长，目前距临床常规应用尚有距离。

细胞外囊泡（EVs）在心脏修复与再生中的作用

EVs是细胞分泌的纳米级膜包被颗粒，是细胞间通讯的关键介质。根据大小和生物发生途径，EVs主要分为外泌体（50-150 nm）、微囊泡（150-1000 nm）和凋亡小体（1000-5000 nm）。国际细胞外囊泡学会（ISEV）的MISEV2023指南建议按大小分类（如小EVs, sEVs）。干细胞来源的EVs（Stem-EVs）因其抗炎、抗凋亡和促血管生成特性而备受关注。

心脏相关细胞来源的EVs

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  心肌细胞来源的EVs（CM-EVs）：源自hPSC-CMs的CM-EVs富含心脏特异性miRNA（如miR-1, miR-133a）和蛋白质，在MI模型中介导抗凋亡（通过抑制mTOR通路、增强自噬）、促血管生成和抗纤维化作用，并能将M1巨噬细胞极化为M2型，改善心脏功能，且不引发心律失常。
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  心球来源细胞EVs（CDC-EVs）：CDC-EVs富含miR-146a和miR-181b等，能减少CM凋亡、抑制炎症性白细胞浸润，并通过调节巨噬细胞极化促进心脏修复。在猪MI模型中，心肌内注射CDC-EVs显示更优的滞留和治疗效果。
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  心脏前体/祖细胞EVs（CPC-EVs）：CPC-EVs携带miR-210、miR-132等保护性miRNA，在缺血/再灌注（I/R）损伤模型中减少凋亡和梗死面积。低氧预处理可增强其促血管生成能力。近期临床试验显示，静脉注射hiPSC来源的CPC-EVs可改善非缺血性扩张型心肌病患者的LVEF。

干细胞来源的EVs（Stem-EVs）

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  间充质干细胞EVs（MSC-EVs）：来自骨髓、脂肪组织或脐带血的MSC-EVs通过传递miR-125b-5p、miR-21a-5p等miRNA，抑制氧化应激和细胞凋亡（如通过PI3K/Akt通路），并促进M2巨噬细胞极化。低氧或促炎细胞因子（如TNF-α）预处理可增强其心脏保护效力。
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  多能干细胞EVs（Pluri-EVs）：hESC/hiPSC来源的Pluri-EVs携带多能性因子（如OCT4）和心脏发育相关miRNA，在MI模型中表现出优于其他Stem-EVs的促血管生成、抗纤维化和心脏修复能力。低氧预处理富集的Pluri-EVs（如含miR-302b-3p）具有更强的抗氧化和抗纤维化作用。

EVs疗法的当前局限性与未来方向

局限性包括：1) 大规模GMP级EVs的纯化挑战（如超速离心、切向流过滤TFF后的蛋白质污染）；2) 需明确EVs特异性标志物（如Pluri-EVs的PODXL和SSEA4）；3) 最佳给药剂量和途径（静脉注射易被肝脏捕获，心肌内注射虽有效但具侵入性）；4) 细胞内化效率低（仅约1% EVs在1小时内被内化）。

未来方向聚焦于工程化改造以提升疗效：

1. 1.
   工程化EVs：通过基因工程在亲代细胞中过表达治疗性分子（如miR-181a、GDF15），制备重组EVs（rEVs），增强其抗炎、抗凋亡能力；或敲低有害miRNA（如miR-192-5p）以提升功能。
2. 2.
   预处理/启动策略：低氧或促炎因子（如IFN-γ、TNF-α）预处理可富集EVs中的保护性货物（如miR-486-5p、miR-147），增强其免疫调节（如促进Treg细胞扩增）和修复能力。
3. 3.
   心脏靶向递送：利用心脏靶向肽（CTP，如APWHLSSQYSRT）或缺血心肌靶向肽（IMTP）修饰EV膜（如通过融合LAMP2b蛋白），可显著提高EVs在心脏的富集度（约2-4倍）。
4. 4.
   增强内化与循环时间：细胞穿膜肽（CPPs，如Stearyl-r8）修饰可大幅提升EVs细胞摄取；聚乙二醇（PEG）化可延长EVs体内循环半衰期。
5. 5.
   药物装载：将天然抗炎/抗凋亡化合物（如姜黄素）装载入EVs，或与治疗性miRNA（如miR-144-3p）共递送，可协同增强MI后心脏修复效果。

结论

干细胞来源的细胞外囊泡（Stem-EVs）作为新型无细胞治疗制剂，在心脏修复与再生领域展现出巨大潜力。其天然的心脏保护特性、低免疫原性以及可工程化改造的灵活性（如靶向递送、货物装载），使其有望克服现有细胞疗法和基因疗法的诸多局限。尽管在规模化生产、标准化表征和精准递送等方面仍需突破，但随着GMP级生产体系的完善和工程化技术的进步，Stem-EVs有望成为治疗心肌梗死及心力衰竭的下一代生物疗法。