腦脊液對脊髓損傷后內(nèi)源性神經(jīng)干細胞增殖分化影響的研究進展

趙文波 李 青

【摘 要】神經(jīng)干細胞在神經(jīng)再生中的巨大潛力，使其成為神經(jīng)再生領域當前的研究熱點。當脊髓損傷后，改變腦脊液的成分，可以改變損傷部位的微環(huán)境，從而為損傷部位反應性增生的內(nèi)源性神經(jīng)干細胞提供一個適合的增殖分化環(huán)境，通過尋找此過程的關鍵媒介及其調(diào)控的靶點，以此為切入點，也許將為內(nèi)源性神經(jīng)干細胞修復脊髓損傷提供一個新思路。

【關鍵詞】脊髓損傷；內(nèi)源性神經(jīng)干細胞；腦脊液

近年來隨著神經(jīng)再生研究的發(fā)展，神經(jīng)干細胞（Neural Stem Cells，NSCs）治療脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）成為研究領域內(nèi)的熱點，給SCI的神經(jīng)修復重建燃起了希望。目前，脊髓損傷神經(jīng)干細胞治療研究主要分兩大類：外源性神經(jīng)干細胞移植和內(nèi)源性神經(jīng)干細胞（Endogenous Neural Stem Cells，ENSCs）激活。

與外源性 NSCs 相比，ENSCs具有諸多優(yōu)勢。ENSCs 沒有外源性帶來的免疫排斥、成瘤風險、倫理學道德等問題，更適合于臨床運用。

一、腦脊液特性及其生理作用

腦脊液（Cerebro-Spinal Fluid，CSF）主要由腦室脈絡叢（choroid plexus，CP）分泌[1]，充滿腦室、脊髓中央管、蛛網(wǎng)膜下隙，最后主要由室管膜和靜脈系統(tǒng)重吸收。CSF的化學成分與腦/脊髓組織細胞外液的成分大致相同，兩者間可以進行物質(zhì)交換。CSF又被稱為是除血液和淋巴以外的第三循環(huán)，某些離子和多肽等物質(zhì)進入CSF后可以慢慢地擴散到腦細胞外液再遞送到腦細胞[2]，目前這個CP-CSF-腦細胞外液分配關系被視為是對大腦供應的主要渠道之一[1]。最近，Baruch等[3]對大鼠的研究表明，大腦通過CSF向下傳輸信號，CSF的信號亦可負反饋調(diào)節(jié)大腦信號分子的分泌，在CP-CSF和大腦之間通常有持續(xù)的雙向流動的信息分子。因此，CSF既有營養(yǎng)和保護腦與脊髓的作用，也有信息傳遞中介作用，并且在大腦與脊髓健康發(fā)育中起關鍵作用。

二、SCI病理改變及ENSCs對SCI修復的作用

SCI導致局部出血、水腫、大量神經(jīng)細胞死亡和血液-脊髓屏障破壞，接著是免疫細胞的滲透。炎癥、自由基形成、以及其他細胞性活動在病變部位造成繼發(fā)性損傷級聯(lián)反應，進一步殺死更多的細胞，包括少突膠質(zhì)細胞和幸存神經(jīng)元軸突[4]。脫髓鞘軸突很容易變性，沒有快速的髓鞘再生，神經(jīng)元可能死亡，導致?lián)p傷和功能障礙加重[5]。

目前，研究已經(jīng)證實在成年哺乳動物脊髓的室管膜、膜下區(qū)及實質(zhì)中存在ENSCs，并且在SCI后出現(xiàn)大量反應性增生[6-8]。在未損傷的脊髓，室管膜細胞很少分裂，但在細胞培養(yǎng)中他們開始積極活躍并展示了多潛能性引起星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元的增多[8]。在體內(nèi)，SCI后室管膜細胞開始迅速分裂，生成大量的星形膠質(zhì)細胞和少量少突細胞以及少量有髓鞘的軸突[8]，生成神經(jīng)元的比例極少。星形膠質(zhì)細胞形成膠質(zhì)疤痕可產(chǎn)生抑制性因子，如硫酸軟骨素蛋白多糖等[9]，并可形成天然的物理屏障，阻礙軸突再生穿過瘢痕區(qū)。但另有研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)疤痕可限制繼發(fā)性損傷的擴大，從而減少神經(jīng)元死亡和功能進一步惡化，表明SCI后膠質(zhì)疤痕對的SCI亦有有利影響[9-10]。少突膠質(zhì)細胞可參與髓鞘修復和重建，但SCI可波及大范圍內(nèi)的髓鞘脫失，且室管膜細胞分化形成的星形膠質(zhì)細胞比例較大，膠質(zhì)瘢痕范圍也廣，這些都阻礙了少突膠質(zhì)細胞的神經(jīng)再生作用。ENSCs通過分化出神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞，填充因損傷造成的空洞，并且在神經(jīng)細胞之間可以形成突觸樣的結(jié)構(gòu)，使神經(jīng)組織損傷區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)得以修復，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能得到一些恢復。但其持續(xù)增殖能力有限及大部分向膠質(zhì)細胞分化而治療效果欠佳，對SCI的修復作用有限。所以，如何激活并調(diào)控ENSCs的增殖、分化是取得突破的關鍵。

三、CSF對ENSCs增殖、分化影響的實驗研究

大量研究已經(jīng)證實，SCI后局部微環(huán)境會發(fā)生改變，微環(huán)境的改變又可影響ENSCs的增殖、分化。而SCI后通過改變CSF的成分，可以為損傷部位反應性增生的ENSCs提供一個適合的增殖分化環(huán)境。呂志剛等[11]研究顯示炎癥因子TNF-A、IL-6和IL-10在SCI大鼠CSF內(nèi)有較強表達，而在血液中表達很低。Craig等[12]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)將表皮生長因子注入成年小鼠前腦6天，可引起室管膜下細胞增殖。而Bambakidis等[13]發(fā)現(xiàn)SCI后直接鞘內(nèi)注射Shh蛋白可促進ENSCs的增殖和存活。Buddensiek等[14]研究發(fā)現(xiàn)，胎鼠NSCs在成人CSF中比在標準培養(yǎng)基中能更好地存活，更好地增殖和分化。另有部分學者將NSCs分別在血性CSF和正常CSF中培養(yǎng)，證實NSCs能在兩種CSF中存活、增殖和分化，并且分化方向不同，故CSF對神經(jīng)元的形成及NSCs增殖分化起重要作用[15]。

上述實驗均采用CSF途徑給藥方式，隨著CSF的流動，藥物會廣泛分布于大腦組織和脊髓組織，而實驗觀察到的神經(jīng)修復作用是否都是這些生長/營養(yǎng)因子直接作用于NSCs 產(chǎn)生，其中是否伴有腦組織的連鎖反應值得思考。

四、問題與展望

腦/脊髓與腦脊液之間不但存在著物質(zhì)交換，而且本身就是一個神經(jīng)體液調(diào)節(jié)的回路，是免疫—神經(jīng)—內(nèi)分泌網(wǎng)絡系統(tǒng)的重要組成部分。我們?nèi)绾瓮ㄟ^調(diào)控腦脊液成分改變來調(diào)控ENSCs微環(huán)境，進而調(diào)控ENSCs的增殖、分化有待進一步研究。

ENSCs增殖、分化是個非常復雜的過程，有眾多調(diào)節(jié)因子及信號通路參與其中，組成復雜的調(diào)控網(wǎng)絡。單一靶向治療效果并不顯著，多靶向聯(lián)合才是今后進一步研究的重點。目前，國內(nèi)外對脊髓損傷后影響NSCs增殖、分化的微環(huán)境的內(nèi)在特性及調(diào)控機制所知甚少。因此，對SCI后ENSCs所處的微環(huán)境的研究，將更有助于尋找促進神經(jīng)再生的分子信號和關鍵靶點。通過尋找SCI后CSF成分改變影響脊髓組織中ENSCs增殖、分化的關鍵媒介及其調(diào)控的靶點，以此為切入點，也許將為ENSCs修復SCI提供一個新思路。

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