骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療腦和脊髓損傷的研究進(jìn)展

和鳳軍 陳 普 陳學(xué)秋 唐柱生

云南中醫(yī)學(xué)院，云南 昆明 650500

骨髓基質(zhì)干細(xì)胞 (bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)又稱(chēng)為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs)，因該細(xì)胞具有多向分化潛能，取材、培養(yǎng)簡(jiǎn)便，組織相容性好，易于基因操作等特點(diǎn)，在一定的環(huán)境或特定誘導(dǎo)劑的誘導(dǎo)下可以分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，已廣泛應(yīng)用于腦和脊髓損傷的實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用研究。綜述如下。

1 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療腦和脊髓損傷實(shí)驗(yàn)研究

1.1 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療腦損傷的實(shí)驗(yàn)研究 1999年Kopen等［1］將骨髓基質(zhì)干細(xì)胞 (BMSCs)注射到新生小鼠側(cè)腦室，發(fā)現(xiàn)海馬、嗅球和紋狀體等部位均有BMSCs來(lái)源的神經(jīng)組織細(xì)胞。2000年BrazeIton［2］等將成年小鼠轉(zhuǎn)綠色熒光蛋白 (GFP)的BMSCs經(jīng)尾靜脈移植至致死量照射的同基因小鼠，發(fā)現(xiàn)在嗅球、海馬、皮質(zhì)和小腦等部位有GFP陽(yáng)性細(xì)胞。Mezey等［3］經(jīng)小鼠腹腔移植BMSCs，發(fā)現(xiàn)在腦分化成表達(dá)神經(jīng)元特異抗原的神經(jīng)細(xì)胞。Sancher Ramos等［4］在 DMEM 培 養(yǎng) 液 中 加 入 FGF10ng/ml或PDGF10ng/ml培養(yǎng)人BMSCs，結(jié)果有0.2% ～5%的細(xì)胞分化成為不成熟的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞。Park等［5］將轉(zhuǎn)入膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 (GDNF)的BMSCs移植到帕金森病模型鼠，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因BMSCs對(duì)黑質(zhì)細(xì)胞有保護(hù)作用。Li等［6］阻塞大鼠大腦中動(dòng)脈，在紋狀體局部注射和靜脈移植骨髓非造血細(xì)胞，28d后發(fā)現(xiàn)移植的BMSCs在缺血腦內(nèi)成活并向缺血區(qū)遷移了大約2.2mm，缺血鼠的運(yùn)動(dòng)功能改善明顯?？赡軝C(jī)制為:BMSCs通過(guò)細(xì)胞替代由疾病或損傷引起的神經(jīng)功能缺損，同時(shí)，分泌多種細(xì)胞因子，如IL－7，IL－8，IL－11等及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等，有助于缺血腦組織的修復(fù)［6］。Chen等［7］阻塞大鼠大腦中動(dòng)脈 (MCAO)后，靜脈移植BMSCs，接受大劑量 (3×106)移植的大鼠運(yùn)動(dòng)、本體感覺(jué)和平衡能力在移植后14d改善明顯，BMSCs在缺血半球的成活積聚，分化細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)元標(biāo)志蛋白。經(jīng)頸總動(dòng)脈移植BMSCs治療卒中大鼠也有類(lèi)似結(jié)果［8］。Li等［9］將MCAO大鼠經(jīng)尾靜脈移植人BMSCs，觀(guān)察到人BMSCs并沒(méi)有使受體大鼠產(chǎn)生細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞反應(yīng)。由mAb1281標(biāo)記的hMSC中有1%表達(dá)NeuN，1%表達(dá)MAP 2.5%表達(dá)GFAP、2%表達(dá)vWF，組織學(xué)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)缺血邊緣區(qū)凋亡細(xì)胞數(shù)量減少、VZ/SVZBrdu陽(yáng)性細(xì)胞增加顯著，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 (BDNF)和神經(jīng)生長(zhǎng)因子 (NGF)分泌增加 (P＜0.05)。

BMSCs作用機(jī)制尚未完全清楚?？赡軝C(jī)制有:BMSCs及其分化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞含有促進(jìn)神經(jīng)再生的細(xì)胞因子和受體，促進(jìn)神經(jīng)組織修復(fù)，抑制瘢痕形成，參與神經(jīng)環(huán)路整合等［10］?，F(xiàn)已證明骨髓基質(zhì)細(xì)胞 (MSCs)可以分化成多種神經(jīng)細(xì)胞，腦內(nèi)直接移植、腦脊液移植或血管內(nèi)移植均能促進(jìn)腦損傷修復(fù)。BMSCs可能替代受損細(xì)胞［11］。BMSCs在體內(nèi)或體外都可分化為神經(jīng)細(xì)胞，BMSCs向神經(jīng)細(xì)胞分化可能與cAMP的增加激活 PKA和 MEK－ERK信號(hào)通路［12］。

1.2 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的實(shí)驗(yàn)研究

Chopp［13］等在大鼠脊髓T9節(jié)段損傷模型，1周后在損傷中心局部移植BMSCs，用Basso－Bettle－Breseehan(BBB)評(píng)分評(píng)價(jià)神經(jīng)功能。所有大鼠的神經(jīng)功能缺損癥狀隨時(shí)間的推移而減輕，且移植組明顯好于對(duì)照組。BMSCs表達(dá)了神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞蛋白標(biāo)記物。Hofstetter等［14］移植BMSCs治療大鼠脊髓挫傷，BMSCs與非成熟星形細(xì)胞 (損傷后來(lái)源于干細(xì)胞)緊密整合;在移植物與瘢痕組織交界處，發(fā)現(xiàn)NF、5－HT陽(yáng)性纖維;BMSCs表達(dá)纖維蛋白連接素(fibronectin)和NeuN免疫活性;BMSCs可能引導(dǎo)再生的神經(jīng)纖維通過(guò)損傷區(qū)。李雷等［15］取2～4個(gè)月Wistar大鼠的股骨和脛骨骨髓腔內(nèi)骨髓基質(zhì)細(xì)胞，將BMSCs細(xì)胞混懸液移植到脊髓半切損傷頭側(cè)和尾側(cè)灰白質(zhì)交界處，移植后1d、3d和7d，用RT－PCR檢測(cè)GDNF(gliocyte derived neurotrophic factor，GDNF)mRNA，正常大鼠脊髓表達(dá)極低，脊髓損傷后1d明顯升高，3d達(dá)高峰，隨后開(kāi)始下降，7d表達(dá)仍高于正常水平。且移植組不同時(shí)間點(diǎn)GDNFmRNA表達(dá)均高于對(duì)照組。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究者［17］將從骨髓細(xì)胞中分離出來(lái)的干細(xì)胞移植到小鼠胚囊，發(fā)現(xiàn)這些干細(xì)胞可以分化為神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、髓磷脂形成細(xì)胞等。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的可能機(jī)理:骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可填補(bǔ)損傷部位，定向分化為神經(jīng)細(xì)胞完成上行下傳功能的重建，創(chuàng)造抑制膠質(zhì)細(xì)胞再生、保護(hù)神經(jīng)元存活。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (mesenchymal stem cells，MSCs)在體內(nèi)分化為神經(jīng)干細(xì)胞后，神經(jīng)干細(xì)胞的誘導(dǎo)分化可能有以下四條途徑:①富含細(xì)胞因子的特殊培養(yǎng)基誘導(dǎo)分化;②基因調(diào)控;③信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);④改變細(xì)胞表面特性［18］。脊髓損傷后自身神經(jīng)細(xì)胞分化再生極少，移植神經(jīng)干細(xì)胞和自體的神經(jīng)干細(xì)胞都可分泌多種促神經(jīng)修復(fù)細(xì)胞因子［19］。移植的最佳時(shí)間在脊髓損傷后第9天前后，此時(shí)局部的微環(huán)境比較適合移植細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化［20］。

2 外源基因?qū)牍撬杌|(zhì)干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀

1998年Cherington等將逆轉(zhuǎn)錄病毒作為人FIX載體，把FIX基因轉(zhuǎn)入骨髓MSC，帶有人FIX基因的狗骨髓MSC回輸，發(fā)現(xiàn)FIX血漿水平是健康者的2.1% ～5.8%。2002年Liu［21］等構(gòu)建了FLT3(FL)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，轉(zhuǎn)入MSC中表達(dá)。通過(guò)質(zhì)粒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒等載體可將外源基因?qū)牍撬鐼SC并得以表達(dá)。

3 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療中樞神經(jīng)損傷的臨床應(yīng)用研究

步星耀等［17］應(yīng)用BMSCs移植治療87例脊髓損傷的臨床研究發(fā)現(xiàn):BMSCs移植治療安全顯效;移植方法－BMSCs脊髓內(nèi)移植與BMSCs椎管內(nèi)移植相結(jié)合;移植途徑有:①受損脊髓處多靶點(diǎn)注射;②擴(kuò)增的BMSCs移植于蛛網(wǎng)膜下腔;③開(kāi)放血腦屏障，將擴(kuò)增的BMSCs靜脈輸入。臨床顯效的機(jī)理可能為:①單核巨噬細(xì)胞侵入損傷部位吞噬壞死組織;②促進(jìn)局部新生血管生成和血管重建，改善神經(jīng)營(yíng)養(yǎng);③神經(jīng)再生，包括促進(jìn)自體神經(jīng)細(xì)胞再生和移植細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞兩個(gè)方面。

BMSCs已應(yīng)用于臨床上治療脊髓損傷等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和骨關(guān)節(jié)疾?。?2］。代喜平等［23］以腰椎穿刺方式分別行骨髓MSCs或臍血MSCs蛛網(wǎng)膜下腔移植治療23例脊髓損傷患者，移植前與移植后3個(gè)月進(jìn)行美國(guó)脊髓損傷學(xué)會(huì)損傷分級(jí)評(píng)分，均取得滿(mǎn)意的療效。

4 存在的問(wèn)題及展望

目前，BMSCs移植治療腦和脊髓損傷和疾病的研究存在以下問(wèn)題:①BMSCs移植治療機(jī)理和信號(hào)傳導(dǎo)通路的研究不夠;②BMSCs誘導(dǎo)分化成神經(jīng)細(xì)胞后缺乏特異性的細(xì)胞標(biāo)志，目前尚無(wú)有效的檢測(cè)方法;③移植的BMSCs能否和受體的神經(jīng)組織整合、重建突觸、與靶器官建立功能性聯(lián)系等尚未完全清楚。④BMSCs移植治療遠(yuǎn)期安全性評(píng)價(jià)、致瘤率尚無(wú)確切證據(jù)。

總之，移植BMSCs治療腦和脊髓損傷的研究應(yīng)加強(qiáng)信號(hào)傳導(dǎo)通路、機(jī)理、特異性檢測(cè)BMSCs分化為神經(jīng)元的方法等，隨著研究的深入，BMSCs將為治療腦和脊髓損傷帶來(lái)光明的前景。

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