干細胞治療脊髓損傷的研究進展

張壽，王琮仁

（?？谑腥嗣襻t(yī)院骨科中心，海南海口570208）

干細胞治療脊髓損傷的研究進展

張壽，王琮仁

（?？谑腥嗣襻t(yī)院骨科中心，海南海口570208）

脊髓損傷是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的嚴重創(chuàng)傷，其損傷后自身的修復能力非常有限，致殘率和病死率均非常高，如何有效地促進損傷脊髓的再生與修復一直是醫(yī)學研究領域的難點和熱點。近年來隨著干細胞技術的發(fā)展，各種干細胞以其強大的增殖、分化潛能為脊髓損傷的治療提供了新的思路和方法。

脊髓損傷；間充質(zhì)干細胞；神經(jīng)干細胞；胚胎干細胞；移植

張壽，現(xiàn)任海口市人民醫(yī)院骨科中心主任，教授、主任醫(yī)師、碩士生導師；?？谑袑I(yè)技術拔尖人才、海南省有突出貢獻的專家、享受國務院特殊津貼專家、海南省委省政府直接聯(lián)系專家。

1974年12月畢業(yè)于延邊醫(yī)學?？茖W校，1983年8月畢業(yè)于吉林醫(yī)學院，發(fā)表論文90余篇，出版著作4部。獲省科技進步二等獎2次、三等獎1次、海口市科技進步二等獎2次、三等獎1次、廳級新技術獎6項。

曾任中華骨質(zhì)疏松及骨礦鹽學會全國委員、中國醫(yī)師協(xié)會骨科專業(yè)委員會委員、中南六省脊柱脊髓專業(yè)委員會委員、中華醫(yī)學會海南省骨科專業(yè)委員會副主任委員；《中國組織工程與臨床康復》雜志編委、《中國老年醫(yī)學》雜志編委。

多種原因所致脊髓損傷在醫(yī)學臨床工作中非常常見，其高致殘率及高致死率一直是神經(jīng)科學研究領域的難點和熱點。由于神經(jīng)元無再生功能，脊髓損傷周圍鄰近的神經(jīng)元或自身產(chǎn)生的神經(jīng)元不能代替局部壞死的神經(jīng)元，所以脊髓損傷后的自我修復能力不足。目前傳統(tǒng)的治療方法主要有激素沖擊療法、手術切開減壓法、物理康復治療法等，雖然這些方法對脊髓損傷的病理改變起到一定的程度的緩解作用，但最終都無法有效的解決患者截癱這一難題[1-2]。自20世紀70年代以來，干細胞技術不斷的發(fā)展與成熟為脊髓損傷的治療提供了廣闊的研究領域和應用前景。現(xiàn)就干細胞治療脊髓損傷的相關研究進展做一綜述：

1 干細胞的種類

目前研究表明可供移植的干細胞種類很多，包括間充質(zhì)干細胞、神經(jīng)干細胞、胚胎干細胞、許旺細胞、膠質(zhì)細胞、嗅鞘細胞和脂肪、皮膚組織來源的干細胞等。其中間充質(zhì)干細胞、神經(jīng)干細胞、胚胎干細胞是研究較為廣泛的種子細胞。

1.1 間充質(zhì)干細胞間充質(zhì)干細胞(MSCs)是近年來研究的一大熱點，它是一類具有強大增殖能力和多向分化潛能的細胞，可以從骨髓、脂肪、臍帶、胎盤組織、肝、肺、骨膜等全身多處組織獲取，并且在一定的誘導環(huán)境下具有向神經(jīng)細胞、軟骨細胞、脂肪細胞等多種細胞分化的能力[3-5]。雖然MSCs可以來自全身多處組織，但在治療脊髓損傷的研究應用中，骨髓和臍帶組織來源的MSCs以其來源廣泛、取材簡便易行、免疫原性弱、培養(yǎng)及移植成功率高等優(yōu)勢成為目前使用最多、最理想的來源[6]。Shih等[7]在體外試驗中成功證實，MSCs在某些化學誘導物質(zhì)的誘導下可以迅速分化為神經(jīng)元細胞，雖然其分化過程中的細胞內(nèi)機制仍不明確，但其中的化學誘導物可能包括維甲酸(RA)、腦源性神經(jīng)生長因子(BDNF)以及外源性神經(jīng)生長因子(NGF)等。同時，也有許多學者對MSCs通過不同移植方式在體內(nèi)成功修復脊髓損傷的情況進行試驗及臨床報道，Himes等[8]從人造血系統(tǒng)中分離、培養(yǎng)出骨髓間充質(zhì)干細胞，然后通過靜脈移植的方式移植入脊髓損傷的實驗小鼠體內(nèi)，14 d后觀察發(fā)現(xiàn)小鼠行走功能、溫度覺及BBB評分均較移植前有明顯的提高。Dasari等[9]將人臍血間充質(zhì)干細胞直接注射到脊髓損傷大鼠模型的損傷部位，最后取病變脊髓組織行免疫組化分析結(jié)果，證實人臍血MSCs分化為神經(jīng)細胞、星形膠質(zhì)細胞以及少突膠質(zhì)細胞，同時超微結(jié)構分析也顯示損傷區(qū)域軸索結(jié)構正常，有明顯的髓鞘覆蓋。劉靜等[10]通過對22例脊髓損傷患者進行臍帶間充質(zhì)干細胞的鞘內(nèi)注射治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)22例中13例有效，9例無效，其中完全性脊髓損傷的6例患者均無效，且22例患者治療后1個月與治療前比較，痛觸覺、運動能力評分等均有明顯提高(P＜0.01)，隨訪3個月～3年均未發(fā)現(xiàn)不良事件，證實MSCs可以改善大部分不完全性脊髓損傷患者的神經(jīng)功能，提高患者的生活質(zhì)量。此外，間充質(zhì)干細胞在體內(nèi)還能夠刺激內(nèi)源性神經(jīng)系統(tǒng)的修復機制，上調(diào)神經(jīng)細胞的可塑性蛋白質(zhì)，最終達到恢復神經(jīng)功能的目的[11]。雖然近年來對間充質(zhì)干細胞治療脊髓損傷的研究取得了一定的進展，但由于間充質(zhì)干細胞在移植中具體的細胞內(nèi)分化機制以及致瘤性等問題均沒有得到有效的解決，還需今后實驗研究的進一步深入。

1.2 神經(jīng)干細胞神經(jīng)干細胞(NSC)以對稱性分裂和不對稱性分裂的方式進行生長，且具有較高的增殖和自我更新能力，它能夠分化產(chǎn)生神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞等神經(jīng)系統(tǒng)的各類細胞[12]。研究發(fā)現(xiàn)在哺乳動物胚胎和成年動物的大腦皮質(zhì)、室管膜下層、紋狀體、側(cè)腦室以及脊髓中央管室管膜區(qū)均證實有NSC的存在[13-14]。雖然NSC修復脊髓損傷的具體機制目前仍不明確，但大量相關研究均普遍認為：1)神經(jīng)干細胞可以通過分化產(chǎn)生少突膠質(zhì)細胞，促進神經(jīng)纖維的髓鞘化，從而恢復神經(jīng)組織的結(jié)構完整性[15]。2)神經(jīng)干細胞移植入神經(jīng)組織后可以通過產(chǎn)生外源性神經(jīng)元，與神經(jīng)系統(tǒng)相整合，最終代替有缺陷或者死亡的神經(jīng)元[16]。3)神經(jīng)干細胞還能夠有效地減輕脊髓周圍組織的壞死程度，對局部的炎癥反應、細胞的再損傷、膠質(zhì)瘢痕的形成起到抑制作用，其次其分化產(chǎn)生的星形膠質(zhì)細胞還可以起到營養(yǎng)支持和保護作用[17]。同時，也有許多學者利用神經(jīng)干細胞對脊髓損傷的模型進行實驗性研究，并且也獲得不錯的效果。Nakamura等[18]的實驗研究通過分離提取出人神經(jīng)干細胞，采用BrdU將其進行標記后移植到脊髓損傷的獼猴動物模型內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組動物的神經(jīng)微絲的生長、自發(fā)性運動活動以及前肢的肌力均明顯優(yōu)于對照組，從而證實了移植入的神經(jīng)干細胞可以在宿主體內(nèi)存活以及進行分化、遷移，并可有效地促進肢體運動功能的恢復。孔令勝等[19]的實驗研究結(jié)果也提示，在體外分離、培養(yǎng)出的大鼠神經(jīng)干細胞在移植到動物模型脊髓損傷區(qū)域后可以存活、遷移，并能夠有效地保護脊髓損傷后的前角運動神經(jīng)元，進而促進大鼠模型的后肢運動功能恢復。目前關于神經(jīng)干細胞的研究尚處于起步階段，其取材及培養(yǎng)的難度高，移植后的致瘤性、免疫排斥反應等一系列問題均未得到解決，尚待進一步研究。

1.3 胚胎干細胞胚胎干細胞(ESCs)是從早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞，體外培養(yǎng)具有無限增殖、自我更新和多向分化的特性。不管是在體外還是體內(nèi)環(huán)境，它均可以被誘導分化為包括神經(jīng)細胞在內(nèi)的所有細胞類型。目前的實驗研究大多是將胚胎干細胞在體外誘導分化成神經(jīng)前體細胞后再進行移植。楊建華等[20]將在體外分離培養(yǎng)出小鼠胚胎干細胞利用全反式維甲酸(RA)誘導后移植入脊髓損傷的小鼠椎管內(nèi)，然后使用免疫熒光、反轉(zhuǎn)錄酶PCR分析等方法進行觀察分析、研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植后的胚胎干細胞能在宿主體內(nèi)存活、遷移，并分化成神經(jīng)元。然而，有關胚胎干細胞的研究目前仍是剛起步階段，并也一直是一個頗具爭議的領域，雖然其能有助于根治許多疑難雜癥，但也不可回避的涉及到道德倫理學及法律等問題，限制了它的廣泛研究應用。

2 干細胞移植方式及時間的選擇

2.1 移植方式目前國內(nèi)外實驗研究中干細胞移植治療脊髓損傷的途徑主要包括：脊髓損傷部位原位移植、經(jīng)靜脈途徑移植、椎管內(nèi)移植、經(jīng)腹膜移植及經(jīng)腦脊液移植等，至于何種移植方式更為合適、有效，尚無定論。Kim等[21]研究發(fā)現(xiàn)細胞經(jīng)靜脈和腦脊液兩種方式移植都可以有效的改善神經(jīng)癥狀，但經(jīng)腦脊液途徑移植的細胞能更有效地遷移至脊髓損傷部位。Geffner等[22]將骨髓間充質(zhì)干細胞經(jīng)椎管內(nèi)移植、局部種植、靜脈移植三種途徑移植治療52例脊髓損傷的患者，結(jié)果提示三種移植方式均可以促進神經(jīng)功能的恢復，且均安全、可行。同時，也有學者認為經(jīng)皮進行干細胞局部移植不但可以使細胞準確植入損傷部位，而且微創(chuàng)、容易操作[23]。

2.2 移植時間為促進移植細胞在宿主體內(nèi)更高效的存活、遷移及分化，更有利于損傷神經(jīng)的恢復，選擇最佳的移植時機具有很重要的意義。但目前國內(nèi)外學者對脊髓損傷后移植時機的選擇存在較大的爭議，一部分學者通過研究認為脊髓損傷后的局部炎癥對移植細胞影響較小，并且移植的細胞還可以部分抑制炎癥，改善脊髓損傷后局部的內(nèi)環(huán)境，減輕繼發(fā)性損傷，因此主張選擇在脊髓損傷后的近期進行移植[24]。也有學者認為脊髓損傷后產(chǎn)生的神經(jīng)毒性物質(zhì)以及急性炎癥反應均影響移植細胞在宿主體內(nèi)存活、增殖和分化，故認為在脊髓損傷10～14 d后進行干細胞移植為佳[25]。

綜上所述，隨著近年來干細胞研究的不斷發(fā)展與成熟，其為解決脊髓損傷后難以治愈這一世界性難題帶來新的曙光。同時，大量的動物實驗和初步的臨床觀察結(jié)果也證實，各類不同來源的干細胞移植對脊髓損傷均有一定的療效。然而，干細胞技術并不完美，在進入臨床應用之前還有很多問題等待解決：如何選擇最優(yōu)的干細胞來源，如何在體內(nèi)進行示蹤及鑒定，如何確定最佳的移植時機及移植方式，如何減低移植后免疫排斥反應及致瘤性的風險等等。對此，還需要進行大量實驗研究及臨床工作去實現(xiàn)這一目標，將其發(fā)展為安全有效的臨床治療方法，真正做到為脊髓損傷的患者造福。

[1]de Vivo MJ,Go BK,Jackson AB.Overview of the national soinal cord iniury statistical center database[J].J Spina Cord Med,2002, 25(4)：335-338.

[2]梁錦前,沈建雄,邱貴興.干細胞移植修復脊髓損傷的研究進展[J].中國脊柱脊髓雜志,2008,18(6)：475-477.

[3]Rao J,Shen J,Quan D,et al.Property studies on three-dimensional porous blended silk scaffolds[J].Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi,2009,23(10)：1264-1270.

[4]Schulze-Tanzil G,Mobasheri A,de Souza P,et al.Loss of chondrogenlc potential in dedifferentiated chondrocytes correlates with deficient Shc-Erk interaction and apoptosis[J].Osteoarthritis Cartilage, 2004,12：448-458.

[5]Im B.Black dale woodbury adult rat and human bone marrow stmmal stem cells differentiate into neurons[J].Blood Cell Molis, 2000,164(2)：247-256.

[6]Javazon EH,Beggs KJ,Flake AW.Mesenchymal stem cells：paradoxes of passaging[J].Exp Hematol,2004,32(5)：414-425.

[7]Shih JCP,Jaraquemada JM,Su YN,et al.Role of three-dimensional power Doppler in the antenatal diagnosis of placenta accreta：comparison with gray-scale and color Doppler techniques[J].Ultrasound Obstet Gynecol,2009,33(2)：193-203.

[8]Himes BT,Neuhuber B,Cokman C,et al.Recovety of function follow grafting of human bone marrow-derived stem cells into the injured spinal cord[J].Neurorehabil Neural Repair,2006,20(2)：278-296.

[9]Dasari VR,Spomar DG,Gondi CS,et al.Axonal remyelination by cord blood stem cells after spinal cord injury[J].Neurotrauma, 2007,24(2)：391-410.

[10]劉靜,韓冬梅,王志東.臍帶間充質(zhì)干細胞治療脊髓損傷臨床分析[J].中華損傷與修復雜志,2011,6(4)：564-570.

[11]少強,林建華.骨髓間充質(zhì)干細胞移植治療脊髓損傷的研究現(xiàn)狀[J].中國修復重建外科雜志,2007,21(5)：507-511.

[12]Rietze RL,Reynolds BA.Neural stem isolation and characterization [J].Methods Enzymol,2006,41(9)：33-43.

[13]Liu XC,Zhu Y,Gao W.Isolation of neural stem cells from the spinal cords of Iow temperature preserved abortuses[J].Joumal of Neuroscience Methods,2006,58(4)：384-390.

[14]Kim HT,Kim IS,Lee IS,et al.Human neurospheres derived from the fetal central nervous system are regionally and temporally specified but are not committed[J].Experimental Neurology,2006,l99 (1)：222-235.

[15]Nandoe Tewarie RS,Hurtado A,Bartels RH,et al.Stem cellbased therapies for spinal cord injury[J].J Spinal Cord Med,2009,32(2)：105-114.

[16]Pfeifer K,Vroemen M,Blesch A,et al.Adult neural progenitor cells provide a permissive guiding substrate for corticospinal axon growth following spinal cord injury[J].Eur J Neurosci,2004,20 (7)：1695-1704.

[17]Kubinová S,Syková E.Nanotechnology for treatment of stroke and spinal cord injury[J].Nanomedicine,2010,5(1)：99-108.

[18]Nakamura M,Toyama Y,Okano H.Transplantation of neural stem cells for spinal cord injury[J].Rinsho Shinkeigaku,2005,45(11)：874-876.

[19]孔令勝,聶冬麗,張軍臣,等.神經(jīng)干細胞移植促進大鼠脊髓損傷后前角運動神經(jīng)元存活及后肢運動功能恢復的實驗研究[J].實用醫(yī)學雜志,2009,25(20)：3402-3404.

[20]楊建華,李長德,翟饒生,等.胚胎干細胞移植修復脊髓損傷的實驗研究[J].中國修復重建外科雜志,2007,21(5)：487-491.

[21]Kim DE,Schellingerhout D,Ishii K,et a1.Imaging of stem cell recruitment to ischemic infarcts in a munne model[J].Stroke,2004, 35(4)：952-957.

[22]Geffner LF,Santacruz P,lzuneta M,et a1.Administration of autologous bone marrow stem cells into spinal cord injury patients via muItlple routes is safe and improves their quality of life：comprehensive case studies[J].Cell transplant,2008,17(12)：1277-1293.

[23]Lee JH,Chang HS,Kang EH,et aI.Percutaneous transplantation of human umbilical cord blood-derived muItipotent stem cells in a canine modeI of spinal cord injury[J].Neurosurg Spine,2009,11(6)：749-757.

[24]Dasan VR,Spomar DG,Cady C,et a1.MesenchymaI stem cells from rat bone marrow downregulate caspase-3-mediated apoptotic pathway after spinal cord inIury in rats[J].Neurochem Res,2007, 32(12)：2080-2093.

[25]Wang T,Li LS,Liu YP,et al.Transplanted time of demal multipotent stem cells following spinal cord iniury[J].Joumal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineerinq Research,2007,11(33)：6615-6619．

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1003—6350（2012）22—001—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2012.22.001

2012-10-08)