急性心肌梗死（AMI）再灌注治療包括急診冠狀動脈介入（PCI）和溶栓治療，能夠挽救缺血和損傷的心肌，縮小梗死（MI）面積， 明顯改善患者的心功能和近遠期預後；但對壞死的心肌仍無法挽救且不能再生，大面積MI可出現心室重塑，心功能進行性降低， 最終導致慢性心力衰竭，5年生存率通常低於50%。

自2002年，Strauer報道首個國際幹細胞臨床研究以來，臨床用於治療AMI的幹細胞仍然是自體骨髓幹細胞（bone marrow stem cells，BMSCs），包括單個核細胞（mononuclear cells，MNCs）、內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs）和間充質幹細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）。其中， 自體骨髓MSCs因其取材方便、培養技術成熟、體外擴增能力強、可自體移植、異體移植無免疫排斥反應、無倫理爭議，以及具有免疫調節功能等眾多優勢成為心肌再生治療的優選種子。大量臨床研究顯示BMSCs治療AMI均有效，但療效甚微，僅能提高左室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）3%～5%，主要顺利获得旁分泌機制，並無心肌再生作用。國際研究發現幹細胞的旁分泌機制顺利获得其外泌體（exosome）介導，後者為直徑30～150nm的細胞外囊泡結構，包含多種功能調節蛋白因子、mRNA和非編碼RNA等，其顺利获得傳遞功能分子， 在細胞間信號傳導和功能調節方面發揮重要作用。外泌體移植治療AMI具有與幹細胞移植相似效果， 還有無致瘤風險、無免疫原性、性質穩定、方便運輸及輸注等突出優點。特別是無免疫原性， 也使異體MSCs的外泌體成為最具潛力的治療AMI的新一代生物藥物，可免去等待自體MSCs所需3～4周的培養擴增時間，但遺憾的是對MI後心功能改善效果與MSCs一樣很微弱。

國際研究已經公認，幹細胞移植治療AMI療效不佳的原因主要是移植幹細胞由於惡劣的炎症環境而存活率較低，另一方面，移植幹細胞不能靶向遷移，歸巢到MI區的數量很有限。因此，如何使更多移植的幹細胞靶向歸巢到MI區並存活下來是解決問題的關鍵。筆者研究團隊針對這一國際難題，提出了「土壤- 種子」假說，一方面改善「土壤」（炎症微環境），減少移植幹細胞死亡；另一方面是優化「種子」，即改良幹細胞，使其具有抗凋亡和靶向歸巢作用，大幅增加其移植後歸巢至MI區的數量和生存率, 增強修復能力，提高心功能。

早期研究依據他汀類降脂藥具有抗炎、抗凋亡、抗氧化應激和保護內皮功能的多效性（pleiotropic effects）， 用於改善「土壤」，顺利获得豬AMI模型表明口服大劑量阿托伐他汀（ATV）60～80mg/d可減少移植的MSCs凋亡，提高其存活率，使LVEF提高7.2%，機制與其抗炎和抗氧化應激有關，也與激活RhoA/ROCK/ERK通路相關。臨床研究也顯示服用大劑量ATV一周， 能使大面積前壁AMI恢復期冠脈內移植自體骨髓MSCs後1年的LVEF中位數提高12.6%（ 從31.6%～47.5%），顯著高於常規劑量他汀的5%（ 從32.5%～38%, P=0.001）， 並伴有NT-ProBNP顯著降低（215.8pg/ml vs 906.6pg/ml，P=0.005）和同位素正電子發射斷層顯像即PET的瘢痕面積縮小（-3.13% vs +3.06%，P=0.026），顯示了AMI幹細胞治療中改善「土壤」的有效性和必要性。

優化「 種子」 方面， 使用1μmol/L阿托伐他汀溶液對MSCs進行預處理24小時，不僅能抗凋亡，還能使MSCs膜受體G 蛋白耦合受體4（CXCR4）從膜內外翻，由MI區基質細胞衍生因子1（SDF-1）趨化，促進移植幹細胞靶向歸巢至MI區（SDF-1/CXCR4 軸）， 形成了新一代MSCs，從大鼠尾靜脈輸入顯著提高幹細胞歸巢率和存活率，使LVEF提高17.5%， 梗死面積縮小50%。口服強化他汀聯合他汀預處理的MSCs移植治療急性心梗可使LVEF增加15.8%（從51.2%～67.0%），梗死面積縮小>50%， 還發現口服強化阿托伐他汀能夠使梗死區SDF-1表達峰值從AMI 後1天延遲至第7天，促進幹細胞的持續歸巢和存活率來改善心功能。

幹細胞移植的最佳時間窗及移植次數是臨床的必答題。前者與MI區炎症環境的惡劣程度及其心肌SDF-1分泌水平之間的動態平衡相關。過早移植，即在心肌梗死後3天內給予幹細胞移植，由於MI區心肌SDF-1表達高峰， 幹細胞歸巢的增加而被廣泛應用。然而，同期MI區惡劣的炎症微環境並不利於歸巢的幹細胞生存， 這也是臨床療效有限的原因之一。相反，晚期移植，即在心肌梗死之後3～4周給予幹細胞移植， 對危重患者雖更安全，MI區炎症也已基本消退；但MI心肌分泌的SDF-1水平已很低；而且此時心室重塑已不可逆， 瘢痕形成阻礙幹細胞的定植， 已基本被國際臨床研究結果否定。移植次數與治療效果的關係也是幹細胞治療領域一個備受關注的方面。多數研究均證實對於不同移植途徑（靜脈移植、心肌內注射等），多次移植較單次移植治療效果更好。

因此， 在他汀改善「 土壤」基礎上，本團隊進一步評價了新一代他汀預處理MSCs在AMI不同時期（ 早期、中期、晚期） 單次、2次、3次移植對提高心功能的影響。早期為MI後第1周， 中期為第2周，晚期為第4周。口服強化ATV在AMI後4周過程中均使MI 周邊區SDF-1分泌顯著升高，表達高峰從AMI後1天推遲至1周，第2周仍處於較高水平，甚至到第3周和第4周時，SDF-1的表達量仍然是AMI對照組的3.3 倍。最佳移植時間窗是AMI後第2周（中期），三次移植在歸巢定植、抗炎抗凋亡、血管新生、血流動力學改善、心功能提高和MI面積縮小等方面均顯示較單次產生明顯的累積效應，移植療效最佳。中期三次移植歸巢率最高， 達到23.96%，LVEF值較AMI對照組升高16.2%，MI面積則從AMI組的49.8% 降至16.1%，效果突出。機制主要與新一代MSCs更高的歸巢和存活率、更強的抗炎抗凋亡和更多的血管新生等有關，而早期和晚期單次移植歸巢率均最低約為4%。

鑒於幹細胞治療作用是顺利获得旁分泌機制而實現，幹細胞來源的外泌體則是旁分泌的載體。國際研究已證明MSCs來源外泌體具有MSCs本身相同的效果。筆者研究團隊對新一代MSCs（經他汀預處理的MSCs）產生的外泌體進行了實驗探索，MI區心肌內注射移植新一代MSCs的外泌體，能使大鼠心肌梗死4周後的LVEF突破性提高了27%，機制是顺利获得上調了長鏈非編碼RNA（lncRNA）H19，促進血管再生並進一步保護心肌而起作用。筆者團隊還探索了外泌體與幹細胞聯合移植，假設協同作用能取得更好的治療效果。先在心肌梗死後30min 心肌內注射移植經熒光標記外泌體示蹤其分佈，發現在術後第1 天、第3天和第7天均可見其在MI周邊區分佈，但第3 天的滯留量已顯著降低，為第一天的51.03%，至第7天時，進一步降至23.38%。進一步對比了心肌梗死後30min 移植外泌體聯合心肌梗死後第1、第3或第7天聯合移植新一代MSCs的治療效果。結果表明：聯合移植組均能顯著提高心功能，其中心肌梗死後第3天聯合移植組改善效果最為明顯，與AMI對照組對比，將LVEF提高約27.91%，梗死面積由AMI 組的37.58 % 縮小至18.48%。研究結果提示，顺利获得AMI當天先移植心肌內注射外泌體可有效改善急性期心肌梗死微環境，使AMI後3天時梗死周邊區炎症反應明顯消退，處於相對較低的狀態，而此時SDF-1 水平仍然在高峰期，移植經ATV預處理的高表達CXCR4的新一代MSCs，不僅能提高幹細胞歸巢率，並且為MSCs的存活给予更加有利的微環境，達到顯著提高心肌梗死後心功能、縮小梗死面積的效果。

在他汀改善「土壤」即MI區炎症的惡劣微環境，並使用他汀預處理的新一代骨髓MSCs及其外泌體「種子」移植，能使治療AMI的效果突破性提高後，從臨床轉化或需求角度看，自體MSCs的突出問題是需要體外培養2～3周，大大影響了臨床AMI患者急救的可及性和老齡患者的可取得性。基於骨髓MSCs本身的免疫調節和抑制作用，尤其是外泌體幾乎無免疫原性的特性，新一代異體骨髓MSCs及其外泌體的臨床轉化研究是唯一的解決方案。這一點现在已經超越「曙光初現」階段，下一步應該加速臨床前研究，爭取儘早進入臨床試驗階段，儘快解決骨髓幹細胞治療AMI 療效微弱的國際難題，既可為AMI救治、預防心力衰竭给予有力武器，更能支持我國在生物製藥產業上實現彎道超車，在國際上處於領跑地位。

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