骨髓干细胞移植治疗心肌梗死对交感神经重构的影响
1 心脏神经分布的特点
心脏受交感神经及迷走神经双重支配，交感神经来自颈部及胸部交感神经节，节后纤维在心脏附近形成心脏神经丛，然后分布于整个心房，并跨过房室沟后分布在心室肌表面的心外膜层，并和冠状动脉伴行穿过心室壁支配心内膜［2］ 。而支配心脏的迷走神经节前纤维下行至心脏与心内神经节细胞发生突触联系，节后纤维再支配窦房结、心房肌、房室交界、房室束及其分支。心室交感神经的分布要多于迷走神经的分布。心脏交感神经在心脏上的分布差异，同时也表现出明显的功能不对称性，刺激右侧交感神经，兴奋窦房结使心率加快，并降低了室性心律失常的易感性；刺激左侧交感神经使血压上升、心室收缩加强，同时使室颤阈值降低［3, 4］。
2 心肌梗死后交感神经重构的影响因子
心肌梗死时神经发生损伤，造成周围心肌去神经支配（denervation），急性心肌梗死后存在神经修复反应，表现为神经鞘细胞和轴突再生或过度再生。Hatikainen等［5］用123I-间碘苄胍(123I-metaiodobenzyl guanidine，MIBG)、123I-对苯基十五烷酸(123I-paraphenylpentadecanoic acid，pPPA)、99m锝-甲氧基异丁基异腈(Tc-99m sestamibi，MIBI)作标记，对13例年龄在35～65岁之间首次心梗存活患者心梗后第3个月和第12 个月分别进行单光子发射断层(single photon emission computed tomography，SPECT)心肌显像，结果发现3～12个月梗死区内无交感神经再支配，而梗死区周围发生了交感神经的再生。但也有研究报道心肌梗死后神经再生有差异。Cao等［6］ 发现MI后心肌梗死区及其周围神经纤维迅速消失，4天出现再生，3个月内神经再生最明显。心肌梗死后交感神经再生可能与梗死周围区组织水肿、缺氧、代谢活动增强及心肌局部或循环中增加的促进神经修复和再生的神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、神经角质细胞分泌细胞粘合素（enascin，TN）、神经元细胞表达生长相关蛋白-43（growth associated protein-43，GAP-43）增多有关。
2.1 神经生长因子（NGF） NGF是机体重要的神经营养因子之一，它能促进中枢及外周神经系统的发育与分化，维持神经系统的正常功能，加快神经系统损伤后的修复。Zhou［7］ 利用RT-PCR方法对MI后3.5h，3天，1周和1个月梗死区及非梗死区NGF mRNA分析后发现急性心肌梗死后梗死区及非梗死的左心室游离壁均存在NGF及NGF的mRNA水平增加，但是梗死区比左心室游离壁表达多且早。开始NGF在NGF mRNA水平未上抬之前就出现高度集中，考虑此时NGF是从心脏受损伤细胞释放所致而非立即合成的。MI后3天到1个月左侧星状神经节NGF水平均增加，而左侧星状神经节未检出NGF的mRNA明显增加，此时交感神经节高水平表达NGF可能是由于轴浆逆转运的结果，从而诱发神经再生重构。Abe等［8］用冠脉输入外源性的NGF在主要的心肌缺血再灌注期保护心脏交感神经缺血性神经顿抑，用NGF抗体阻断外源性NGF后出现相反的结果。Oh［9］等发现心肌梗死周围区选择性上调NGF、胰岛素样生长因子、白细胞抑制因子、转化生长因子-β3、IL-1α，而远隔区低于周围区，心肌梗死周围区和远隔区均有交感神经生长，而在外层横断环更密集。以上均说明神经生长因子在MI后神经重构的重要因素之一。Zhou［10］进一步研究发现心脏中神经生长因子受体主要是低亲和力受体p75NTR，并且推测该受体在心脏交感神经生长中起到一个重要的作用，且p75NTR可能是控制MI后神经再生重构的新靶点。
2.2 细胞粘合素（TN） TN是一种细胞外基质蛋白，是重要生物活性蛋白质分子，包括众多不同的TN蛋白成员（如TN-X，TN-C，TN-R等）。TN源于神经胶质细胞，与神经系统的发生、发育和再生具有密切关系。研究［11］发现在正常心脏及MI后心室心肌中TN和心脏交感神经均并存，并且指出TN-X不仅在正常心脏神经中表达，且在患者MI后交感神经重构中存在。Pak［12］在MI模型上将间质干细胞移植到梗死区，发现试验组神经异常增生较对照组明显，且TN-C及TN-R表达也增多，推测TN的作用可能是使细胞外基质适当的重构从而有利于神经生长。
2.3 生长相关蛋白-43（GAP-43) GAP-43是一种神经元特异性蛋白，由神经元胞体合成，广泛存在于中枢神经系统神经元向内外生长的轴突中，在成熟的神经元中不表达或低表达，它的存在标志着神经生长。Swissa［13］用狗作为MI模型动物，发现左侧星状神经节的阈下刺激有利于神经生长，并伴随着GAP-43的升高；Zhou［7］发现MI后心肌GAP-43表达和NGF在时间及空间上有明显的相关性，且左侧星状神经节GAP-43水平在MI后3天到1个月均增加，但左侧星状神经节未检出GAP-43的mRNA明显增加。得出结论： MI后局部NGF立即释放，随之在梗死灶周围出现NGF、GAP-43上调，NGF和GAP-43被转移至左侧星状神经节，从而引起非梗死的左心室游离壁和梗死区的神经生长，并且提出MI后及时地控制NGF、GAP-43表达可能有利于控制MI后神经再生重构。
3 干细胞向神经细胞分化的研究
干细胞是一类未分化的具有自我更新能力的多潜能细胞，在一定条件下可以分化成为机体内多种类型的组织和器官，以实现机体内部建构和自我修复。根据细胞的发育阶段，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞(adult stem cel1)，后者可根据来源的不同分为神经干细胞、血液干细胞、骨髓间充质干细胞( mesenchym stem cell，MSC)等。其中，MSC以取材方便、易于体外培养扩增、不易引起免疫排斥反应、不存在伦争议、有可能修复损伤的神经组织等优点越来越受到人们的关注。
3.1 MSC向神经细胞分化的体外研究 中胚层来源的MSC向外胚层来源的神经元分化的研究目前处于起步阶段。有人把这种跨胚层分化称为转分化（transdifferentiation），然而对转分化获得的细胞是否就是神经元还存在争议。Woodbury等［14］用β-巯基乙醇(β-mercaptoethanol，BME)或二甲基亚砜(dimethylsulfoxide，DMSO)／丁羟茴香醚(butylated hydroxyanisole，BHA)等体外诱导成年大鼠和人骨髓MSC分化发现，MSC呈现为神经元形态，同时表达神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase，NSE)、神经元核抗原(neuronal nuclear antigen，NeuN)和神经微丝-M(neurofilament-M，NFM)等神经细胞标志物。此后，这一诱导方法被广泛用于BMSC向神经元分化的体外研究。最近long等［15］用新的细胞因子组合诱导骨髓MSC向神经细胞分化，即在加入B27、双丁酰环腺苷酸(dibutyryl cyclic AMP，dbcAMP)、异丁基甲基黄嘌呤(isobutylmethylxanthine，IBMX)、FGF-8、脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)、人表皮生长因子(human epidermal growth factor，hEGF)和碱性FGF(basic FGF，bFGF)的NEUROBASAL培养基中诱导6天，66％的细胞具有典型的神经细胞树突形态，免疫组化和逆转录聚合酶链反应证实部分细胞表达早期的神经标记物，如巢蛋白（nidogen）和β微管蛋白Ⅲ，也有细胞表达成熟神经细胞的标记物，如NF、NeuN、Tau、胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)。但是，这些研究多停留在诱导后MSC具有神经元形态特征和表达神经细胞标记物水平上，而缺乏具有神经细胞生理学特性的证据。随着研究的深入， Kohyama等［16］在5-氮胞苷诱导骨髓MSC后用全细胞膜片钳技术发现，细胞静息膜电位逐渐下降，第14天为-20mV，第28天为-50mV，作为阳性对照的神经元内也观察到相似的变化，且记录到电压依赖性K+电流，钾通道表达和形态变化随着神经元特异性标记物表达而增加。此外，这些分化的细胞还具有神经原对乙酰胆碱的特征性反应，即快速可逆性Ca2+内流增加。由此，这一研究提供了骨髓干细胞可分化为神经元的证据。
3.2 干细胞移植对心脏交感神经的影响 近来许多学者进行了大量的干细胞移植对心脏功能影响的研究， 多数认为干细胞移植可以改善心功能， 但是研究其对交感神经功能影响的较少。 有人研究指出骨髓干细胞心肌内植入可以增加心肌梗死局部交感神经密度， 并且可以改善心功能。 Pak［12］等把MSC和新鲜的骨髓细胞（MSC组）输注到梗死区2个月后发现， 在MSC组GAP-43阳性神经较单纯骨髓细胞组（BM组）、 单纯心梗组（MI组）、 对照组多（P<0.0001）, TH染色显示心房中的神经密度在MSC组高于MI组（P<0.01）、 对照组（P<0.0001）。 在心肌梗死远隔区TH阳性的神经多于梗死边缘区（P<0.05）。 光密度颜色分析（Optical intensity and color analyses）显示TN-R、TN-C在MSC组、 BM组表达多于MI组和对照组。 提示可能MSC与BM注入心肌梗死区后促使心肌粘蛋白高表达， 增加了心房、 心室心肌神经的萌出，增加了心房交感神经过度支配。 Lin等［17］将从冠脉结扎心梗后成年兔胫骨分离培养的骨髓单核细胞， 注射到心梗后2周兔心梗周围区后发现， 与对照组比较，左心室射血分数（47%）、 +dp/dtmax（67%）、 -dp/dtmax（55%）均高于对照组。 注射骨髓单核细胞2个月后， GAP-43阳性和TH阳性的神经密度明显高于对照组。 然而心肌梗死周围区神经密度虽然低于远隔区， 但之间无明显统计学意义。 心肌梗死后骨髓干细胞移植改善心功能， 增加心脏交感神经密度， 也增加心肌局部的神经异质性（heterogeneity）［12］， 可能易致心律失常的发生。
4 交感神经萌出与心律失常
交感神经萌生（sprouting）及其异质性是心脏心律失常的原因［18, 19］。 外源性和内源性的NGF虽可促进心肌神经生长，但也增加犬心梗模型室性心律失常和猝死的发生率［6］。Luisi等［20］展示了猪心室顿抑心肌中交感神经功能与其空间异质性的关系。不均一的交感神经再生会增加猝死的发生率［21］。这些研究显示增加神经营养因子表达及异质性神经再生可能导致心梗后猝死危险性增加。Pak［12］等发现MSC植入与无MSC移植比较交感神经萌生的密度更高，异质性更明显。尽管心肌梗死病人心律失常可能起因于心肌缺血及瘢痕形成造成传导阻滞，但心肌神经过度增生致异质性增强更能引起致死性的心律失常。当交感神经激活时引发明显的电生理性质变化，比如心肌细胞的自动节律性、触发活动、不应期和传导速度［22, 23］。心肌神经异质性过度增强可能扩大其电生理特性的不均一性而易诱发室性心律失常；因此，MSC移植增加神经萌生及其异质性增强可能会增加心梗病人或实验动物心律失常的发生率和心力衰竭发生。
5 结语
干细胞具有成神经细胞的趋势。心肌梗死后干细胞移植可以改善心功能，同时刺激心肌神经萌生，但又有可能增加心律失常发生。干细胞植入后刺激心肌神经萌生的机制仍不明确，干细胞植入后是否有神经细胞形成再迁移至心肌梗死远隔区，另外是否有可能是干细胞分化成过表达神经营养因子和其他生长因子的细胞，转而刺激神经萌生还需探讨。因此，进一步深入研究干细胞移植对心肌交感神经的影响机制，对改善心肌梗死后心功能变化和心律失常发生具有重要意义。
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