神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)創(chuàng)傷性顱腦損傷治療的研究進(jìn)展

王良偉 綜述 陶 進(jìn) 校審

安徽蕪湖市弋磯山醫(yī)院神經(jīng)外科 蕪湖 241000

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高,交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)達(dá),創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury,TBI）呈不斷上升趨勢(shì),顱腦損傷在全身部位損傷中約占15％,僅次于四肢傷,雖然顱腦損傷的臨床診治及相關(guān)基礎(chǔ)研究方面取得很大的進(jìn)展,但帶來(lái)了嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題和沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。對(duì)于創(chuàng)傷性顱腦損傷病人的緊急處理是支持治療,并在保持大腦充足灌注的情況下控制顱內(nèi)壓,長(zhǎng)期治療主要包括改善病人的認(rèn)知和肢體的運(yùn)動(dòng)功能。盡管臨床上采取了積極地應(yīng)對(duì)措施,但是神經(jīng)元幾乎沒(méi)有自我修復(fù)的能力,也沒(méi)有很好的治療方法能扭轉(zhuǎn)細(xì)胞或者亞細(xì)胞水平的損傷。自1992年Reynolds[2]首次提出成年哺乳動(dòng)物的腦中存在神經(jīng)干細(xì)胞后,學(xué)者們對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行了大量的研究,神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的功能修復(fù)越來(lái)越受人重視。

1 神經(jīng)干細(xì)胞定義

長(zhǎng)期以來(lái),人們認(rèn)為中樞神經(jīng)的神經(jīng)細(xì)胞在出生前或出生后不久就失去再生的能力,且成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞不具備更新能力,一旦受損乃至死亡就不能再生。但近年的一些研究表明,成年哺乳動(dòng)物的腦組織仍可以不斷產(chǎn)生新的神經(jīng)元細(xì)胞,成人腦組織中同樣存在神經(jīng)干細(xì)胞,主要在側(cè)腦室下層（SVZ）和海馬齒狀回。1997年,M ckay[3]提出神經(jīng)干細(xì)胞的定義是具有分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力,能自我更新并足以提供大量腦組織細(xì)胞的細(xì)胞群落,然而M ckay所提的并沒(méi)有涉及神經(jīng)干細(xì)胞的性質(zhì)。在2000年,Gage[4]提出神經(jīng)干細(xì)胞的特性,即能生成神經(jīng)組織或來(lái)源于神經(jīng)系統(tǒng),具有自我更新能力,可通過(guò)不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂產(chǎn)生新的細(xì)胞。根據(jù)前人的研究,我們可以將神經(jīng)干細(xì)胞定義為：神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cell,NSCs）是一類(lèi)能產(chǎn)生神經(jīng)組織或源于神經(jīng)系統(tǒng)具有自我更新能力通過(guò)不對(duì)稱(chēng)分裂生成自身之外的其他類(lèi)型細(xì)胞或組織。

2 神經(jīng)干細(xì)胞在創(chuàng)傷性顱腦損傷治療的進(jìn)展

創(chuàng)傷性顱腦損傷的機(jī)制復(fù)雜,臨床上只是對(duì)癥及保護(hù)損傷的神經(jīng)細(xì)胞為主要措施,但死亡的神經(jīng)元細(xì)胞將永遠(yuǎn)失去功能,這樣對(duì)受傷患者就會(huì)留下很多后遺癥。隨著神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn),人們應(yīng)用神經(jīng)干細(xì)胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷,恢復(fù)受損的功能成為研究的熱點(diǎn)。

2.1 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞遷移修復(fù)在創(chuàng)傷性顱腦損傷發(fā)生后,中樞神經(jīng)系統(tǒng)可以動(dòng)員內(nèi)源性的神經(jīng)干細(xì)胞來(lái)對(duì)受損的區(qū)域進(jìn)行修復(fù)。內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞來(lái)源包括靜息狀態(tài)下的神經(jīng)干細(xì)胞被激活和成熟的神經(jīng)細(xì)胞逆向分化兩個(gè)方面：（1）靜息狀態(tài)下的神經(jīng)干細(xì)胞被激活：神經(jīng)干細(xì)胞在大腦中廣泛分布如室管膜下區(qū)（SVZ）、海馬顆粒下層（SGZ）等腦組織在受到創(chuàng)傷后,上述區(qū)域的神經(jīng)干細(xì)胞被激活,在誘導(dǎo)因子作用下向損傷部位遷移并分化成神經(jīng)細(xì)胞。海馬部位的神經(jīng)干細(xì)胞被分為1型和2型兩種亞型,在顱腦損傷后會(huì)誘發(fā)此部位的神經(jīng)干細(xì)胞向受損部位移行,進(jìn)行修復(fù)。研究表明主要以1型干細(xì)胞為主,且在修復(fù)過(guò)程中需要其持續(xù)的活化[5-6]。（2）成熟的神經(jīng)細(xì)胞逆向分化：在一些神經(jīng)系統(tǒng)的病理狀態(tài)下如腦缺血、腦外傷、癲和神經(jīng)變性疾病等可以出現(xiàn)成熟神經(jīng)細(xì)胞胚胎化,出現(xiàn)胚胎神經(jīng)上皮的特性的再表達(dá),這種神經(jīng)干細(xì)胞有人認(rèn)為是少突膠質(zhì)細(xì)胞的前體細(xì)胞。而內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞向病變部位的遷移是在一些因子參與下完成的,包括炎性因子如 IFN-г、TNF、IL-2等,生長(zhǎng)因子如 IGF、TGFβ1、VEGF 等,趨化因子如 MCP-1、C5a、ILβ4等酶如金屬蛋白釋放酶（MMPS）、多形唾液酸性蛋白酶（PSA）等及其他細(xì)胞因子如CSF、EPO等。在這些因子的影響下,神經(jīng)干細(xì)胞遷移到受損區(qū)域開(kāi)始參與受損和缺失細(xì)胞的修復(fù)和替換,但這些內(nèi)源性因子,產(chǎn)生的量相對(duì)較少。一些學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)體外輸入神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子刺激患者體內(nèi)的內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)能快速積極地促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復(fù),Schneider[14]和Shyu WC[15]認(rèn)為 G-CSF能動(dòng)員內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞參與修復(fù),能有效恢復(fù)腦缺血造成的神經(jīng)功能損傷。雖然內(nèi)源性干細(xì)胞在大腦內(nèi)分布廣泛,但在數(shù)量上相對(duì)較少,且有些干細(xì)胞離受損部位距離遠(yuǎn),到達(dá)不了受損區(qū)域。這種修復(fù)功能僅能起到較小的修復(fù)效果,在嚴(yán)重的腦損傷或神經(jīng)病變的情況下,這種修復(fù)功能起不到太大的作用。

2.2 外源性神經(jīng)干細(xì)胞的植入外源性神經(jīng)干細(xì)胞相對(duì)來(lái)說(shuō)來(lái)源較廣泛,體外易培養(yǎng),且干細(xì)胞的數(shù)量上能達(dá)到一定的要求,特別是對(duì)嚴(yán)重的腦損傷或神經(jīng)病變。Aleksand rovaMA等[16]在各自的研究中發(fā)現(xiàn)被植入宿主體內(nèi)的神經(jīng)干細(xì)胞能夠向受損和病變的部位趨行、聚集并且能夠存活下來(lái),增殖分化成為神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞,建立聯(lián)系,部分恢復(fù)宿主缺失的功能。近些年一些研究員將人的神經(jīng)干細(xì)胞移植到實(shí)驗(yàn)大鼠的皮層中,通過(guò)免疫組化的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其能夠整合到宿主的腦組織中,并分化形成皮層樣細(xì)胞和海馬區(qū)錐體神經(jīng)細(xì)胞,與鄰近的神經(jīng)細(xì)胞形成了突觸聯(lián)系,后通過(guò)膜片鉗技術(shù)進(jìn)行檢測(cè),顯示這些細(xì)胞有正常的電生理特征,能接受與之建立聯(lián)系的神經(jīng)元的刺激信號(hào),這些表現(xiàn)出了神經(jīng)的電信號(hào)傳遞功能。Georgia Makri等將BM 88/Cend1高表達(dá)的神經(jīng)干細(xì)胞植入到大鼠受傷皮層內(nèi),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察發(fā)現(xiàn)BM 88/Cend1高表達(dá)的神經(jīng)干細(xì)胞能有效地轉(zhuǎn)化成GABA能的中間神經(jīng)元,且能明顯減少星形膠質(zhì)瘢痕的形成而增加神經(jīng)元的數(shù)量[17]。Yamasaki TR等[18]將神經(jīng)干細(xì)胞植入到海馬缺失的轉(zhuǎn)基因小鼠受損部位,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察和檢測(cè),發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞與其他神經(jīng)元融合、遷移、分化,且最顯著的是小鼠的記憶功能有明顯的改善。H arting等[19]直接將神經(jīng)干細(xì)胞植入到實(shí)驗(yàn)大鼠受傷的腦組織,在接受治療的兩個(gè)星期有1％～3％存活并產(chǎn)生聯(lián)系,大鼠的運(yùn)動(dòng)功能有很大的改善,但是在認(rèn)知方面的恢復(fù)情況沒(méi)有辦法識(shí)別。在顱腦損傷后腦組織發(fā)生水腫、神經(jīng)元細(xì)胞死亡及炎癥反應(yīng),腦組織分泌一些炎性分子如 TNF-α、IL-6等。最近 Lee等[20]在腦出血模型的大鼠注入神經(jīng)干細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)其有抗炎的作用,神經(jīng)干細(xì)胞在受傷后的2 h和24 h被分別注入,做對(duì)比的是在相同時(shí)間段將神經(jīng)干細(xì)胞直接植入受傷部位,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在超急性期（傷后2 h）經(jīng)注射的一組顯示神經(jīng)干細(xì)胞可以減少早期神經(jīng)元的惡化,降低腦水腫的形成,減少炎性浸潤(rùn)和神經(jīng)元的凋亡。另外早期的神經(jīng)干細(xì)胞的注入也可以減少TNF-α、IL-6和 NF-ΚB。外源性干細(xì)胞的植入的方法有很多種,如局部立體定向植入、腰穿植入、枕大池植入、靜脈和動(dòng)脈植入等,但每一種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.3 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞體外培養(yǎng)再植入內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞分布雖然廣,但在對(duì)于重度顱腦損傷及嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)病變就有一定的局限性,而外源性神經(jīng)干細(xì)胞在植入到受損區(qū)也存在一定的問(wèn)題如免疫排斥反應(yīng)等。對(duì)此一些學(xué)者就做了一些針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的研究,并在臨床上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。朱虹劍等[21]從腦外傷病人的受損腦組織中成功提取了神經(jīng)干細(xì)胞,并通過(guò)體外培養(yǎng)后再植入受傷部位,結(jié)果發(fā)現(xiàn)病變部位明顯好轉(zhuǎn)。彭鋼等利用克隆羊自身的體細(xì)胞培養(yǎng)干細(xì)胞,再利用同一克隆羊造腦挫裂傷模型,自體干細(xì)胞植入損傷部位。結(jié)果發(fā)現(xiàn)自體干細(xì)胞能改善受傷部位的微環(huán)境,促進(jìn)水腫消退,阻止進(jìn)一步的繼發(fā)性損傷過(guò)程,且能良好存活,分化,并可以重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

3 神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)創(chuàng)傷性顱腦損傷的治療存在的問(wèn)題

雖然現(xiàn)在對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的基礎(chǔ)和治療研究有大進(jìn)步,而且在臨床上也有相應(yīng)治療情況的報(bào)道,但其在治療人類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病和創(chuàng)傷性顱腦損傷還缺乏充足的臨床試驗(yàn),其還存在一些作用沒(méi)有解決。

3.1 移植后細(xì)胞的存活在大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示,神經(jīng)干細(xì)胞移植到受傷部位后會(huì)有大量的干細(xì)胞死亡,能存活的細(xì)胞數(shù)不到10％左右,分析其原因可能與受傷部位免疫排斥、缺乏內(nèi)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、炎癥反應(yīng)引起的細(xì)胞毒性反應(yīng)和自由基損傷有關(guān)。最近有學(xué)者用1-甲基-4苯基-1,2,3,6四氫吡啶打入靈長(zhǎng)類(lèi)大腦內(nèi)造模,再植入神經(jīng)干細(xì)胞,其中一組加入免疫抑制劑,結(jié)果加入免疫抑制劑一組神經(jīng)干細(xì)胞在生長(zhǎng)、分化明顯優(yōu)于未加免疫抑制劑一組。提示神經(jīng)干細(xì)胞可能有免疫原性,存在免疫排斥風(fēng)險(xiǎn),可以造成移植的干細(xì)胞大量死亡[22]。M ilosevic等[27]在其研究中發(fā)現(xiàn),即使在體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞也有四分之一的細(xì)胞表現(xiàn)出凋亡的跡象,在移植前對(duì)其進(jìn)行抗凋亡處理后能明顯提高細(xì)胞的存活率,這也從側(cè)面表明凋亡因素是細(xì)胞移植后細(xì)胞的存活的一個(gè)重要因素。

3.2 致瘤性神經(jīng)干細(xì)胞在用于各種治療的時(shí)候就被人們廣泛的評(píng)價(jià)其安全性,一些臨床報(bào)道其是安全,且有較高的抗致瘤性。而Rubio D等[23]對(duì)干細(xì)胞在體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),短期時(shí)間內(nèi)（6～8周）干細(xì)胞可以比較穩(wěn)定增殖,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其有細(xì)胞轉(zhuǎn)變成腫瘤細(xì)胞,但當(dāng)長(zhǎng)期在體外培養(yǎng)時(shí)（4～5月）,干細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)腫瘤細(xì)胞。Li等[24]認(rèn)為年齡也是植入神經(jīng)干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成腫瘤細(xì)胞的一個(gè)因素,在用胚胎干細(xì)胞治療創(chuàng)傷性顱腦損傷的動(dòng)物模型時(shí),有個(gè)別模型的細(xì)胞發(fā)生瘤變。由于神經(jīng)干細(xì)胞的植入治療還處于一個(gè)臨床的前期階段,其在人體內(nèi)的致瘤性還需要長(zhǎng)期的觀察來(lái)確認(rèn)。

3.3 栓塞神經(jīng)干細(xì)胞的植入有很多途徑如直接植入到受損部位、枕大池穿刺以及腰大池穿刺等,相比較而言,以脈管注入最經(jīng)濟(jì)方便,但此種方法易引起栓子形成。Peters等[25]報(bào)道了1例卵圓孔未閉的病人,在移植干細(xì)胞后,干細(xì)胞形成了栓子。以前也有在用干細(xì)胞治療血液系統(tǒng)腫瘤,發(fā)生肺部形成栓子的報(bào)道。

3.4 植入的時(shí)間和方案目前對(duì)于干細(xì)胞的植入時(shí)間在什么時(shí)間段最好尚還沒(méi)有確切定論,對(duì)于植入的方案也沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),包括不同來(lái)源神經(jīng)干細(xì)胞體外培養(yǎng)的時(shí)間、培養(yǎng)的條件以及植入的部位等問(wèn)題,如何使這個(gè)植入的細(xì)胞能有效地更好地發(fā)揮作用還需要更多的證據(jù)。

4 展望

盡管神經(jīng)干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究已取得很大的進(jìn)步,但仍然還有很多問(wèn)題亟待解決,如神經(jīng)干細(xì)胞植入的方式、時(shí)間、部位的選擇等。在現(xiàn)階段我們還很難獲得來(lái)源同一系譜、無(wú)異質(zhì)性、分化程度一致的神經(jīng)干細(xì)胞,而且受傷的腦組織是一個(gè)非常復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境,神經(jīng)干細(xì)胞在植入后能否很好的與宿主細(xì)胞整合在一起,是否在受傷的腦組織中發(fā)生瘤變及排斥反應(yīng)等問(wèn)題都會(huì)影響移植效果,體外可以誘導(dǎo)出所需的神經(jīng)細(xì)胞,但是當(dāng)神經(jīng)干細(xì)胞植入到受損部位時(shí)神經(jīng)干細(xì)胞能否定向分化還是一個(gè)難題。相信隨著神經(jīng)干細(xì)胞研究的進(jìn)一步深入,技術(shù)的進(jìn)一步完善,神經(jīng)干細(xì)胞植入治療創(chuàng)傷性顱腦損傷將有可能成為一個(gè)有效措施之一。

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