细胞生物起搏器的研究新进展

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　　摘要：现阶段，电子起搏器在病态窦房结综合征、房室传导阻滞等病症治疗领域均有广泛应用，但其电池寿命、机体神经—体液调节、抗电磁干扰等方面处于劣势。伴随分子生物学及其有关技术的发展进步，心脏生物起搏实现对特殊传导系统受损组织的修复与替代，主要包括基因轉染、细胞移植和激素治疗三种方法。本文归纳现存方法各自存在的优点与不足，作出综述研究与分析，以期对拓展细胞生物起搏器应用范畴有促进作用。
　　关键词：细胞生物起搏器;基因转染、细胞移植;激素治疗;综述研究
　　心脏生物起搏器是指在细胞分子生物学及有关技术的支撑下，针对受损的自律性节律点或出现传导异常的特别传导系统组织进行修复与替换，促进心脏起搏与传导功能的恢复进程，对心脏生理功能与机体适应性整体分析后，发现生物起搏器在重塑窦房结细胞起搏功能等方面体现出良好效能，本文结合最近几年中国内外最新研究成果，对细胞生物起搏器的应用情况作出综述研究。
　　1心脏起搏细胞的分子机制
　　1.1电生理机制
　　心脏是机体中一类特殊的传导系统，自律性是其典型特征之一，但该系统不同部位心肌细胞的自律性存在差异。窦房结细胞（SAN）自动节律性兴奋的频率最高，被定义为正常起搏点，在心脏兴奋与搏动过程中发挥主导作用。其自律性的机制可以作出如下表述：SAN为钙钟与膜钟相互作用，两者共同调节SAN的自律性。膜离子通道的循环激活和失活、肌浆网有节奏、自发性的释放Ca2+进而协同调整SAN，进而维持SAN自律性与起搏性的相对稳定性。
　　1.2HCN通道
　　在上个世纪70年代中期，Noma与Irisawa在兔SAN上发现了一种超极化激活内向电流，并将其定义为“起搏电流（If）”。后续有研究指出[1] ，If是是影响SAN舒张期自动去极化的主要因素，且参与心率控制及神经递质调节心率指标等过程。超极化激活的环核苷酸门控阳离子通道（HCN）基因家族是促进If 形成的分子机制，该基因家族共包括4个成员，即HCN 1-4。HCN通道功能以调控起搏活动、细胞静息电位、细胞膜电阻水平与树突结合、突触传导过程等为主。
　　HCN1、HCN2、HCN4在心脏上可表达，HCN2与HCN4占主导地位。在人类心室肌中HCN2的表达较多，其能促进离子流内流过程。HCN4在不同物种上的表达部位存在差异，在兔、小鼠与人体的SAN内高度表达高表，且有研究已证实，HCN4基因突变会造成SAN功能异常。
　　2生物起搏器的移植方式
　　当下，国内外临床中生物起搏器的移植方式以心肌内注射、冠脉内注射及静脉内注射三种为主，前两种更为常用。不管采用哪种移植方法，均力争操作过程简单、安全可靠、效果优良、并发症发生风险低等。有研究指出[2] ，和静脉移植组比较，心肌内注射更有益于改善心脏收缩功能、抑制心室结构拓展重塑过程，且能在实验初期体现出较好安全性与可执行性。如果在后续的研究中能应用导管微创植入法，一方面能解除机械起搏器诱发的多种并发症，其在重复操作方面占据优势，感染概率低，其有待为再生医学的细胞替代疗法创造崭新的渠道。
　　3细胞生物起搏器应用的研究综述
　　3.1基因治疗
　　该种治疗手段是采用基因功能技术把功能正常的目标基因整合至受损的自律性节律点或特殊传导系统组织内，利用传导起搏基因表达的形式，实现对缺如或丧失正常功能蛋白质的有效补充，也能实现对机体中某种离子通道基因表达过程的有效抑制，进而促使心脏内非起搏细胞具备自律性，促进心脏起搏与传导功能的有效恢复。当下，采用基因形成心脏起搏活动的研究主要囊括如下几种形式：
　　3.1.1 HCN基因转染：在限定的电压区间内，HCN和cAMP两者的整合产物有益于增强内向电流，HCN2、HCN4对cAMP反应明显，但和HCN4相比较，HCN2在动力学方面占据优势，这也是HCN2在当下医学研究中广泛应用的内在原因之一。Qu等[3] 在研究中对一组动物的左心房注射了HCN2+绿色荧光蛋白（GFP）的腺病毒，3～4d后，刺激迷走神经并抑制窦房结，接受了HCN2+GFP 的动物形成了始源于注射位置周边的房性心律，该心律对肾上腺素和毒蕈碱拮抗剂都能形成反应，但对照组未能形成以上现象。
　　3.1.2 内向整流钾电流（Ik1）的抑制：成人群体心肌细胞内也存在起搏活性，但在Ik1的抑制下而处于负的膜电位状态，故而可以通过抑制Ik1的方法促进心脏自发性搏动过程的形成过程。
　　3.2细胞治疗
　　主要包括两种方法，一是把供体具有较高自律性的心脏细胞移植到受体的心肌细胞层，作为受体细胞新的起搏点替代功能已异常的初有节律点，且开启心脏的电与机械性活动;二是干细胞治疗，经诱导分化后干细胞将会成为同时具备起搏与传导功能的细胞类型，其能代替或修复功能受损组织细胞，促进心脏起搏与传导功能的恢复过程。
　　3.2.1起搏细胞移植
　　（1）自体细胞移植：张浩等[4] 分离未成年猪SAN并将其移植到自体右室近心尖处，其能明显提升完全性房室传导阻滞后幼猪的心室率，移植组室性自主心律明显高于对照组。
　　（2）异种细胞移植：林国生等[5] 分离引产男婴右房组织，制成细胞悬液并将其灌注至幼年猪左室游离壁以后可能促进起搏猪心室。免疫组织化学提示，胚胎心肌细胞能够在移植区段存活，进而可能形成具备具备频率应答式功能的“生物起搏器”。
　　3.2.2 干细胞移植
　　（1）胚胎干细胞（ESCs）：ESCs具备全能性，其能分化程各种细胞，包括SAN。Kehat等是将ESCs用于生物起搏的初始者。其在研究中发现人体胚胎干细胞分化的心肌细胞能成功起搏房室传导阻滞的猪心室。 　　（2）间充质干细胞（MSCs）：是一类具备多分化强能的成体肝细胞，在脂肪、骨膜、滑膜、滑液等组织中广泛存在。最近幾年中有研究指出，MSCs间高度表达两种特异性缝隙连接蛋 白 Cx43与Cx45，具备强大的电传导功能。当下，临床上多采用MSCs分化特殊心肌细胞去治疗缓慢型心律失常。
　　3.3激素治疗
　　Rentschler 等[6] 对小鼠心脏传导系统采用lacZ基因标识后发现，lacZ表达能呈现出心脏传导系统发育与成熟进程，心内膜衍生的旁分泌因子对心脏收缩能力体征有明显的促进作用，进而使心肌细胞转换为具备传导功能的细胞。
　　结语
　　当下，细胞生物起搏在疾病临床治疗中的优势已被肯定，但不可否认的是其在临床应用过程中依然存在很多问题噬待处理，例如生物起搏在机体中的有效期那一确定、长期应用会不会出现感染或排斥反应等，这均是有需要进一步研究的问题。和电子起搏器相比较，细胞生物起搏技术在应用过程中无需导线、电池及植入硬件等，这是其典型优势，故而具有广袤的应用空间。
　　参考文献：
　　[1] 肖桂花，李昱，邓月霞.植入起搏器术后并发动力性肠梗阻3例老年患者的护理体会[J].中国冶金工业医学杂志，2019，36（03）：284-285.
　　[2] 张越，王宽全，杨飞，等.心室细胞生成的生物起搏器的仿真研究[J].生物化学与生物物理进展，2016，43（12）：1189-1196.
　　[3] Qu J，Plotnikov AN，Danilo P Jr，et al.Expression and function of a biological pacemaker in canine heart.Circulation.2003;107（8）：1106-1109.
　　[4] 张浩，徐志云，段炼，等.自体窦房结细胞移植治疗心脏传导阻滞的初步研究[J].第二军医大学学报，2007，28（3）：233-236.
　　[5] 林国生，蔡军，江洪，等.胚胎心肌细胞移植治疗缓慢型心律失常的实验研究[J].中华心血管病杂志，2004，32（增刊2）：215.
　　[6] Rentschler S，Zander J，Meyers K，et al.Neuregulin-1 promotes formation of the murine cardiac conduction system.Proc Natl Acad Sci U S A.2002;99（16）：10464-10469.
　　（作者单位：廊坊师范学院）
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