神經(jīng)干細胞治療脊髓損傷的研究進展

李國剛，孫 濤，趙其娜，王泰華*

(1山東省紅十字會介入醫(yī)院，濟南250014;2山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院)

脊髓橫斷性損傷引起的神經(jīng)功能障礙目前尚無有效的方法。神經(jīng)干細胞的移植主要致力于提高軸突再生能力，其可以在患者的脊髓內(nèi)遷移、分化為神經(jīng)元以及分泌神經(jīng)營養(yǎng)物質(zhì)，具有促進脊髓損傷(SCI)后神經(jīng)功能恢復(fù)的作用，有些甚至已經(jīng)進入了臨床實驗階段。不過神經(jīng)干細胞的成功應(yīng)用，也存在很多問題。下面就神經(jīng)干細胞特性和應(yīng)用情況綜述如下。

1 神經(jīng)干細胞的研究現(xiàn)狀

1.1 神經(jīng)干細胞的來源、分布和分化 研究證實，神經(jīng)干細胞可以從胚胎期神經(jīng)系統(tǒng)的多個部位分離到;亦可以從成年的哺乳動物的體內(nèi)分離到。有學(xué)者先后從大腦皮質(zhì)、紋狀體、海馬、嗅球、腦室沿線包括側(cè)腦室、第三腦室和第四腦室、間腦、小腦、中腦、脊髓中分離得到了干細胞［1，2］。神經(jīng)干細胞的生長方式為對稱性分裂和不對稱性分裂生長，分別使其具備分化和更新能力，但受分化前神經(jīng)干細胞數(shù)目和分裂次數(shù)的控制［3］。目前研究認為，神經(jīng)干細胞的分化受基因調(diào)控［4］，并且存在細胞自身基因調(diào)控和外源性信號調(diào)控兩種機制，神經(jīng)干細胞在自身基因調(diào)控中依賴多個信號途徑，主要有Notch信號等途徑，在Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中Notch受體是一種整合型膜蛋白［5］，主要通過蛋白質(zhì)相互作用，引起轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的改變或?qū)⑥D(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合到靶基因上，實現(xiàn)對特定基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，通過對稱性分裂增加神經(jīng)干細胞的數(shù)量，使神經(jīng)干細胞不分化。

1.2 神經(jīng)干細胞的基本特征 神經(jīng)干細胞是指能夠產(chǎn)生成年動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要細胞類型的，能夠進行自我更新的多潛能細胞，由Reynolds等［6］于1992年提出，指存在于神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的一群具有多向分化潛能和自我復(fù)制能力的細胞群。神經(jīng)干細胞的基本特征有:①多向分化?？梢陨芍袠猩窠?jīng)系統(tǒng)內(nèi)各種類型分化成熟的后代細胞。目前已經(jīng)有實驗證明神經(jīng)干細胞具有很強的跨系或跨胚層分化潛能，分化發(fā)育成其他細胞系。②自我維持和更新。在分化成其他細胞系的同時能夠自我更新，不斷形成新的神經(jīng)干細胞;③歸巢性。移植過程中有向著其起源部位或功能及解剖區(qū)域的特殊趨化作用。④低免疫源性。在移植后相對較少發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。神經(jīng)干細胞因上述特性而成為脊髓損傷的較理想移植材料。

2 神經(jīng)干細胞在SCI治療中的應(yīng)用

SCI可致?lián)p傷平面以下的運動、感覺及植物神經(jīng)功能障礙，其修復(fù)一直是神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的一大難題。SCI后除原發(fā)性創(chuàng)傷直接對脊髓組織造成損害以外，損傷后微環(huán)境的改變和有害細胞因子的釋放亦間接損傷脊髓組織造成繼發(fā)性損害，如出現(xiàn)促進修復(fù)的神經(jīng)因子缺乏、神經(jīng)元的變性死亡、膠質(zhì)瘢痕形成和空洞持續(xù)存在、抑制修復(fù)因子的釋放等情況［7］。目前其治療主要集中在改善SCI的生長環(huán)境、組織移植、干細胞移植、神經(jīng)細胞移植等。神經(jīng)細胞移植包括神經(jīng)膜細胞(SCs)、嗅鞘細胞(OECs)、少突膠質(zhì)細胞(OD)和被周圍神經(jīng)激活的單核吞噬細胞等。利用其神經(jīng)細胞或類神經(jīng)細胞的特性促進神經(jīng)的再生。Lee等［8］發(fā)現(xiàn)標記了的OECs在正常大鼠脊髓內(nèi)進行廣泛地遷移，而在損傷的脊髓內(nèi)遷移的范圍卻十分有限，并且沒有細胞能跨越橫斷損傷的脊髓部位。表明在SCI膠質(zhì)瘢痕形成后，移植的OECs遷移能力和修復(fù)損傷能力均十分有限。

神經(jīng)干細胞是一種潛在的、有效的神經(jīng)系統(tǒng)組織工程的種子細胞。研究證明其來源于胎鼠的神經(jīng)前體細胞在I型膠原上可以高度增殖并且分化［9］。神經(jīng)干細胞作用于脊髓損傷的機制可能為:神經(jīng)干細胞分化后產(chǎn)生的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞可分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子，改善脊髓局部的微環(huán)境，啟動再生相關(guān)基因的表達而使軸突再生，同時產(chǎn)生多種細胞外基質(zhì)，來填充脊髓損傷后遺留的空腔，為再生軸突提供支持物;補充外傷后缺失的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞;使殘存髓鞘的神經(jīng)纖維和新生的神經(jīng)纖維形成髓鞘，保持神經(jīng)纖維的完整性［10～12］。關(guān)于神經(jīng)干細胞的移植時間，Ogawa 等［13］對 45只大鼠SCI 24 h后植入神經(jīng)干細胞，細胞不能存活;但第9天移植則移植細胞大部分存活，并分化成不同類型神經(jīng)細胞。證實損傷處微環(huán)境對神經(jīng)干細胞存活有至關(guān)重要的作用。第9天時急性炎癥已消退，微環(huán)境進入修復(fù)階段，有神經(jīng)生長、營養(yǎng)因子的表達及微血管的形成，有利于移植細胞的存活。也有學(xué)者提出損傷后1周內(nèi)適宜為移植最佳時機，理由是損傷后由于細胞崩解、溶酶體破裂、組織水腫以及毒性物質(zhì)釋放，脊髓殘端發(fā)生變性、壞死及空洞等。1周后逐漸形成膠質(zhì)瘢痕，一旦瘢痕形成，神經(jīng)纖維很難再生。神經(jīng)干細胞移植途徑主要為:損傷部位原位移植、腦脊液途徑、靜脈輸入。

近年來，神經(jīng)干細胞修復(fù)SCI得到了很大進步。Castdlanos等［14］將trk-C基因和NT-3因子修飾的神經(jīng)前體細胞移植到完整的大鼠脊髓內(nèi)，發(fā)現(xiàn)兩種處理因素聯(lián)用能促進神經(jīng)干細胞的存活，填補脊髓空洞、促進β-微管蛋白纖維在移植細胞周圍的增生。Satake等［15］則將綠色熒光蛋白標志的神經(jīng)干細胞在SCI損傷后的第3、5、7天自蛛網(wǎng)膜下腔注入，按時間順序分別在移植后的第7、14、28天取材，發(fā)現(xiàn)大部分移植細胞遷移到病變周圍，其中部分移植細胞表達了神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞的標志蛋白，同時大鼠的運動和神經(jīng)功能得到明顯改善。SCI后形成的脊髓空洞需要大量的干細胞移植，包括神經(jīng)干細胞移植在內(nèi)的組織工程技術(shù)在短期內(nèi)可以擴增足夠的神經(jīng)細胞，并對移植的細胞起結(jié)構(gòu)上的支撐作用，同時還可以創(chuàng)造適宜的微環(huán)境，使脊髓損傷得到盡快修復(fù)。目前亦有學(xué)者通過靜脈途徑注入神經(jīng)干細胞治療SCI，也取得了較為理想的治療效果［16］。我院通過鞘內(nèi)注射神經(jīng)干細胞懸液治療脊髓損傷后遺癥療效顯著，隨機抽取58例，治療4周后感覺平面下移38例，大小便功能改善28例，雙下肢肌力增加34例，肌張力改善48例，疼痛減輕15例，在治療脊髓損傷后遺癥方面，取得了較為理想的治療效果。

目前，SCI的治療仍然是世界性難題。神經(jīng)干細胞移植治療SCI亦存在諸多需要解決的問題:①神經(jīng)干細胞的來源。目前神經(jīng)干細胞主要來源是由胚胎干細胞培養(yǎng)分化。胚胎干細胞的來源主要是死亡胎兒、體外受精治療不孕患者提供的早期胚胎。尚不能滿足臨床需要且存在倫理學(xué)問題;②移植后的免疫排斥反應(yīng)。神經(jīng)干細胞移植很可能表達自體的主要組織相容性抗原，故存在免疫排斥反應(yīng);③遠期效果不理想。

目前對于實驗性SCI的神經(jīng)干細胞移植修復(fù)研究進展較快，但還需進一步的研究才能大規(guī)模應(yīng)用到臨床。隨著研究的深入，將為神經(jīng)干細胞移植提供新的理論支持并促進其在臨床廣泛應(yīng)用。

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