應(yīng)用神經(jīng)組織工程治療脊髓和周圍神經(jīng)損傷的新策略

尚俊奎　段紅梅　楊朝陽　李曉光　王春仁

1 首都醫(yī)科大學(xué)　（北京　100069）　2 中國食品藥品檢定研究院?。ū本?00050）

應(yīng)用神經(jīng)組織工程治療脊髓和周圍神經(jīng)損傷的新策略

尚俊奎1段紅梅1楊朝陽1李曉光1王春仁2

1 首都醫(yī)科大學(xué)（北京100069）2 中國食品藥品檢定研究院（北京100050）

內(nèi)容提要： 中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后其自發(fā)的再生能力有限，而周圍神經(jīng)系統(tǒng)和其不同，具有一定的再生能力，但其再生能力緩慢且有限，并不能滿足機(jī)體需要。因此，需要新的治療策略來促進(jìn)組織修復(fù)，恢復(fù)運(yùn)動功能。組織再生策略，尤其是應(yīng)用生物材料持續(xù)向損傷區(qū)輸送生物活性分子，已經(jīng)在動物實(shí)驗(yàn)中取得了顯著的成果，并且組織工程策略具有很大的臨床應(yīng)用前景。因此，本綜述主要闡述應(yīng)用神經(jīng)組織工程方法治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)損傷的新策略。

組織工程生物材料脊髓周圍神經(jīng)神經(jīng)營養(yǎng)因子

0.背景

中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后其再生能力不如周圍神經(jīng)系統(tǒng)，一方面是因?yàn)橹袠猩窠?jīng)系統(tǒng)內(nèi)在的再生能力有限，更重要的是損傷后兩者的損傷環(huán)境不同，從而造成損傷后的再生能力不同。中樞神經(jīng)損傷后膠質(zhì)細(xì)胞活化，形成膠質(zhì)瘢痕，并分泌多種細(xì)胞因子抑制其再生［1］。而周圍神經(jīng)損傷后，施萬細(xì)胞（Schwann cells，SCs）活化，吞噬崩解的髓鞘碎片，分泌支持軸突生長的因子，從而促進(jìn)軸突再生［2］。神經(jīng)組織工程學(xué)是一個(gè)跨學(xué)科的新領(lǐng)域，應(yīng)用神經(jīng)科學(xué)和工程學(xué)相結(jié)合的原理來恢復(fù)、維持或改善神經(jīng)組織的功能。材料科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了神經(jīng)組織工程的發(fā)展，給治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)損傷帶來了新的希望。

1.脊髓損傷和周圍神經(jīng)損傷后的病理改變

1.1脊髓損傷引起的病理改變

脊髓損傷后會發(fā)生一系列的病理改變，主要包括神經(jīng)元壞死、軸突變性、髓鞘崩解、膠質(zhì)瘢痕形成、血管系統(tǒng)破壞、炎性細(xì)胞浸潤等［3］。這些病理改變營造了一種非常惡劣的環(huán)境，不利于軸突再生和內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生［4］。脊髓損傷后，軸突被離斷，從而導(dǎo)致?lián)p傷近側(cè)端的軸突水腫、變性、與髓鞘分離而出現(xiàn)逆行性潰變，而損傷遠(yuǎn)側(cè)端的軸突會出現(xiàn)瓦勒變性。脊髓損傷后引起少突膠質(zhì)細(xì)胞的快速丟失，從而導(dǎo)致髓鞘丟失。脫髓鞘后，一方面裸漏的軸突不能有效傳遞動作電位，另一方面引起軸突上的離子通道重排，從而嚴(yán)重?fù)p害軸突的傳導(dǎo)功能［5］。脊髓損傷后，膠質(zhì)瘢痕的形成曾被認(rèn)為是阻礙軸突再生的物理性屏障和化學(xué)性屏障［6］。膠質(zhì)瘢痕主要有星形膠質(zhì)細(xì)胞和結(jié)締組織組成。活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖的星形膠質(zhì)細(xì)胞主要位于膠質(zhì)瘢痕的周圍，而室管膜細(xì)胞分化形成的星形膠質(zhì)細(xì)胞主要位于膠質(zhì)瘢痕的中心［7］。血管內(nèi)皮的室周細(xì)胞也被活化，也參與膠質(zhì)瘢痕的形成［8］。

1.2周圍神經(jīng)損傷引起的病理改變

周圍神經(jīng)損傷后，損傷近側(cè)端的神經(jīng)纖維發(fā)生逆行性變性，軸漿流出，斷端回縮，周圍郎飛結(jié)崩解。損傷遠(yuǎn)側(cè)端由于缺乏胞體提供足夠的營養(yǎng)及代謝支持而發(fā)生瓦勒變性，同時(shí)施萬細(xì)胞增生，肥大細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤損傷部位［2，9，10］。周圍神經(jīng)損傷后能在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，施萬細(xì)胞反應(yīng)性增殖和巨噬細(xì)胞共同吞噬清除崩解的神經(jīng)纖維碎片，并且施萬細(xì)胞能夠形成細(xì)胞索，損傷端軸突枝芽生長，穿過損傷區(qū)后延伸入細(xì)胞索，在細(xì)胞索內(nèi)軸突枝芽不斷向靶細(xì)胞生長，最終與靶細(xì)胞形成突觸聯(lián)系［11，12］。同時(shí)，施萬細(xì)胞還能夠分泌多種有利于神經(jīng)軸突再生的神經(jīng)營養(yǎng)因子，創(chuàng)造有利于自我修復(fù)的微環(huán)境［13］。但這種再生能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)體需要的。

2.治療脊髓損傷的目標(biāo)

2.1軸突再生

目前，治療脊髓損傷的其中一個(gè)主要目標(biāo)是促進(jìn)損傷的軸突再生，使損傷的兩端重新建立功能聯(lián)系，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重建。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的軸突損傷后，其自發(fā)再生的能力有限。既往認(rèn)為膠質(zhì)瘢痕是抑制軸突再生的主要原因。而最近的一項(xiàng)研究指出，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后，膠質(zhì)瘢痕的形成具有幫助軸突再生的作用，能為軸突再生穿越損傷區(qū)，提供支持、橋接作用［14］。

2.2內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生

神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells，NSCs）是來源于神經(jīng)系統(tǒng)，具有自我更新能力和多向分化的潛能［15］。NSCs存在于成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多個(gè)區(qū)域，腦內(nèi)的海馬齒狀回顆粒細(xì)胞下層（subgranular zone，SGZ）、側(cè)腦室腦室下區(qū)（subventricle zone，SVZ）和脊髓的中央管室管膜區(qū)（central canal，CC）［16］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷常常導(dǎo)致神經(jīng)元丟失。盡管在某種程度上可能會自發(fā)出現(xiàn)新的內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生［17］，但損傷后的炎性環(huán)境不利于形成足夠的神經(jīng)發(fā)生。相反，這促進(jìn)了膠質(zhì)瘢痕的形成。研究人員探究了多種促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生的有效方法，然而，所有這些研究只關(guān)注了腦損傷［18，19］。即使有也極少數(shù)提出通過激活脊髓內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞來修復(fù)脊髓損傷的研究。

脊髓中央管周圍的室管膜細(xì)胞是脊髓中的神經(jīng)干細(xì)胞［20］。正常情況下，脊髓中的室管膜細(xì)胞處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，其增殖能力有限，而在損傷后其增殖能力被活化，形成大量新生細(xì)胞。脊髓損傷后，損傷區(qū)鄰近部位的室管膜細(xì)胞被激活，分裂增殖，數(shù)量增加至原來的4～5倍，并且離開室管膜區(qū)，遷移至損傷區(qū)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，增殖的室管膜細(xì)胞大部分分化形成星形膠質(zhì)細(xì)胞，位于膠質(zhì)瘢痕的中心，而很少一部分分化形成少突膠質(zhì)細(xì)胞［7］。

因此，室管膜細(xì)胞雖然是脊髓中的干細(xì)胞，具有多項(xiàng)分化的潛能，但在脊髓損傷后，室管膜細(xì)胞僅能向星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞分化，不能向神經(jīng)元分化［7，21］。其主要原因是損傷后的環(huán)境不利于內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生。最近的一項(xiàng)研究指出，持續(xù)向損傷區(qū)輸送特異性生長因子NT-3（NT-3在損傷區(qū)是不存在的），能夠激活神經(jīng)元內(nèi)在的生長信號，從而促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生來修復(fù)脊髓損傷［22，23］。

2.3髓鞘再生

脊髓損傷后引起少突膠質(zhì)細(xì)胞的快速丟失，導(dǎo)致許多軸突裸漏不能有效的傳遞動作電位。少突膠質(zhì)細(xì)胞的丟失引起一系列神經(jīng)功能缺損癥狀［24］。髓鞘的丟失也引起軸突上離子通道的重排，進(jìn)一步損害了軸突的傳導(dǎo)功能［5］。脫髓鞘的軸突很容易繼發(fā)變性，因此快速的髓鞘再生不僅有利于動作電位的傳導(dǎo)而且可以防止軸突的繼發(fā)變性［25］。脊髓損傷后新生的少突膠質(zhì)細(xì)胞97%來自于少突膠質(zhì)祖細(xì)胞的分化，3%來自室管膜細(xì)胞，且這些新生的少突膠質(zhì)細(xì)胞能夠形成有功能的髓鞘［7，26］。動物實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，外源性移植髓鞘祖細(xì)胞能促進(jìn)運(yùn)動功能的恢復(fù)［25，27］。這表明內(nèi)源性少突膠質(zhì)細(xì)胞增殖形成的髓鞘是不夠的且是較慢的。盡管脊髓損傷后室管膜細(xì)胞分化形成的少突膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量沒有少突膠質(zhì)祖細(xì)胞的多，但是室管膜細(xì)胞增殖形成大量其他的細(xì)胞。大部分是形成膠質(zhì)瘢痕的星形膠質(zhì)細(xì)胞。因此，誘導(dǎo)室管膜細(xì)胞從星形膠質(zhì)細(xì)胞系向少突膠質(zhì)細(xì)胞系轉(zhuǎn)化具有很大的應(yīng)用前景。這樣既可以減輕膠質(zhì)瘢痕的形成，也有利于髓鞘再生［7］。

3.治療周圍神經(jīng)損傷的目標(biāo)

周圍神經(jīng)具有一定的再生能力，損傷后的微環(huán)境中存在支持軸突再生的分子，從而能夠自發(fā)的進(jìn)行軸突再生［12］。但這種再生能力并不能完全滿足機(jī)體的需要。因此，治療脊髓損傷的主要目標(biāo)是對損傷后的微環(huán)境進(jìn)行改造，從而加強(qiáng)、促進(jìn)軸突的再生。

4.脊髓損傷后的環(huán)境不利于再生

脊髓再生是治療脊髓損傷的目標(biāo)，但脊髓損傷后其自發(fā)的再生能力有限，其主要原因是脊髓損傷后創(chuàng)造的環(huán)境不利于組織再生。

4.1中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力有限

既往認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的軸突是不能再生的。最近的研究顯示受損的軸突是能夠生長的，但新形成的生長錐僅能生長非常短的距離后在損傷區(qū)周圍萎縮而不能進(jìn)行長距離生長［28］。進(jìn)一步的研究顯示，軸突不能長距離生長的主要原因是損傷區(qū)內(nèi)的抑制分子不利于生長錐的生長［29］。相反，周圍神經(jīng)中存在很多支持軸突生長的分子，從而使周圍神經(jīng)損傷后，利于其長距離生長。因此，中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元具有一定的再生能力，但其再生能力有限［30］。

4.2損傷區(qū)存在大量抑制軸突再生的因子

脊髓損傷后形成的膠質(zhì)瘢痕，主要有星形膠質(zhì)細(xì)胞和結(jié)締組織組成［31］。形成膠質(zhì)瘢痕的星形膠質(zhì)細(xì)胞和非星形膠質(zhì)細(xì)胞會產(chǎn)生許多抑制組織再生的分子，從而使損傷后的環(huán)境不利于再生。這些抑制分子中膠質(zhì)瘢痕產(chǎn)生的蛋白聚糖認(rèn)為是抑制再生的主要分子［32，33］。蛋白聚糖是由四個(gè)糖胺聚糖和一個(gè)核心蛋白共價(jià)鏈接而成。膠質(zhì)瘢痕可產(chǎn)生四類蛋白聚糖：硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（heparan sulphate proteoglycan，HSPG）、硫酸皮膚素蛋白聚糖（dermatan sulphate proteoglycan，DSPG）、硫酸角質(zhì)素蛋白聚糖（keratan sulphate proteoglycan，KSPG）和硫酸軟骨素蛋白聚糖（chondroitin sulphate proteoglycan，CSPG）［34］。脊髓損傷后CSPG的表達(dá)量是明顯上調(diào)的。CSPG是一個(gè)大的蛋白家族，根據(jù)核心蛋白的不同進(jìn)一步分為聚集蛋白聚糖（aggrecan）、神經(jīng)蛋白聚糖（neurocan）、短小蛋白聚糖（brevican）、NG2蛋白聚糖、磷酸蛋白聚糖（phosphacan）和多功能蛋白聚糖（versican）［35］。除了CSPG抑制再生外另還有一些分子也抑制再生，如脊髓損傷后semaphorin3（SEMA3）及其高親和力受體neuropilin1［36］，ephrin-B2及其受體EPHB2［37］，slit蛋白及其受體glypican1［38］，髓鞘相關(guān)蛋白及其受體［39］也是表達(dá)上調(diào)的。因此SEMA3、ephrin-B2、slit蛋白和髓鞘相關(guān)蛋白也是抑制軸突再生的分子。

因此，脊髓損傷后，受損的軸突不能再生的原因一方面是因?yàn)橹袠猩窠?jīng)元的再生能力有限，另一方面也是因?yàn)閾p傷后的環(huán)境不利于軸突的再生［4］。應(yīng)用組織工程技術(shù)，向損傷區(qū)持續(xù)輸送支持軸突生長的因子，從而為軸突生長提供良好的生長環(huán)境，為治療脊髓損傷提供了新的思路［14，22］。

5.組織工程治療脊髓損傷的治療策略

5.1細(xì)胞移植

脊髓損傷后，移植外源性細(xì)胞治療脊髓損傷是一個(gè)非常引人注目的治療策略。移植的細(xì)胞需要保持其活性，能夠與宿主細(xì)胞進(jìn)行功能整合［40］。進(jìn)一步研究指出，移植的細(xì)胞其生物活性很低，且損傷區(qū)不利的生長環(huán)境限制了其生長，不利于與宿主細(xì)胞整合。同時(shí)，移植的細(xì)胞和宿主之間具有很大的免疫排斥性也不利于其進(jìn)一步生長。因此，為了解決上述問題，科學(xué)家們嘗試引入了相容性好的生物材料支架來促進(jìn)修復(fù)和再生。

5.2生物材料支架為基礎(chǔ)的治療策略

生物材料作為細(xì)胞或藥物遞送系統(tǒng)可以提供集中的和持續(xù)性的遞送，具有很大的應(yīng)用前景。生物材料既可以作為細(xì)胞粘附，遷移和生長的物理支架，也可以作為載體結(jié)合生物分子，定向且持續(xù)地向靶部位遞送。這就避免了長期多次注射所帶來的外傷性感染的風(fēng)險(xiǎn)及水溶性生物分子的易擴(kuò)散失效的弊病。生物材料支架，是需要手術(shù)植入，根據(jù)侵入性的程度劃分，生物材料支架又可分為兩類：注射型生物材料支架和植入型生物材料支架［41］。

5.2.1應(yīng)用生物支架方法去除損傷區(qū)內(nèi)的蛋白聚糖

研究已經(jīng)證實(shí)，CSPGs是抑制再生的主要分子，那么通過酶來降解損傷區(qū)內(nèi)的CSPGs，可以作為治療脊髓損傷的一種策略。硫酸軟骨素酶能有效地去除大部分CSPGs的糖鏈，保留其蛋白核心和短的糖鏈，從而能夠有效地去除CSPGs的抑制作用。動物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，鞘內(nèi)注射硫酸軟骨素酶能夠降解損傷區(qū)內(nèi)的CSPGs，并使感覺傳導(dǎo)束和運(yùn)動傳導(dǎo)束少量纖維穿越損傷區(qū)實(shí)現(xiàn)再生，進(jìn)一步使感覺功能和運(yùn)動功能得到一定程度的恢復(fù)［42］。進(jìn)一步的研究也指出，蛋白聚糖的多個(gè)結(jié)構(gòu)域?qū)υ偕幸种谱饔?，硫酸軟骨素酶并不能將其降解?3］，因此此種方法仍有一定局限性，并不能實(shí)現(xiàn)神經(jīng)纖維的長距離再生，還需要進(jìn)一步對其進(jìn)行改進(jìn)。可以應(yīng)用組織工程策略，生物材料或者水凝膠包埋硫酸軟骨素酶，使其在損傷區(qū)內(nèi)緩慢釋放，從而更好的去除損傷區(qū)內(nèi)的CSPGs。同時(shí)也可以應(yīng)用生物材料包埋多種酶分子，從而能夠更好地去除多種抑制分子，在損傷區(qū)創(chuàng)造一個(gè)更優(yōu)越的環(huán)境促進(jìn)再生。目前這種組織工程策略還處在研究階段，鮮有研究采用組織工程方法進(jìn)行酶的注射。

5.2.2應(yīng)用生物材料支架方法增強(qiáng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力

損傷區(qū)內(nèi)的CSPGs是抑制再生的外在因素，去除后能夠在一定程度上促進(jìn)再生，但再生的神經(jīng)纖維并不能長距離再生。因此，有必要進(jìn)一步提高中樞神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力，進(jìn)而促進(jìn)軸突的長距離再生。研究指出，脊髓背側(cè)索損傷后，向損傷區(qū)內(nèi)注射神經(jīng)營養(yǎng)因子3（NT3）或神經(jīng)生長因子（NGF）后，能夠促進(jìn)背側(cè)索感覺纖維穿越膠質(zhì)瘢痕實(shí)現(xiàn)長距離再生，且再生的神經(jīng)纖維具有功能［44］。2015年的一項(xiàng)研究，利用生物材料支架方法，在損傷區(qū)緩慢釋放NT3長達(dá)14周，從而能夠激活成年大鼠脊髓內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞，誘導(dǎo)其分化成功能性的神經(jīng)元并與宿主脊髓建立了功能性神經(jīng)環(huán)路，且能夠促進(jìn)損傷的軸突實(shí)現(xiàn)再生并形成功能環(huán)路，最終導(dǎo)致截癱功能的恢復(fù)［22］。因此，脊髓損傷后的軸突在應(yīng)用神經(jīng)營養(yǎng)因子后能夠穿越膠質(zhì)瘢痕實(shí)現(xiàn)再生，其潛在的機(jī)制可能是神經(jīng)營養(yǎng)因子上調(diào)了軸突生長基因的表達(dá)，從而促進(jìn)軸突再生。通過應(yīng)用組織工程策略，改善了損傷環(huán)境，增強(qiáng)了神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力，從而促進(jìn)其再生，是目前很具有應(yīng)用前景的策略，并且這種治療策略避免了倫理糾紛、免疫排斥并降低了發(fā)生腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)，這將是修復(fù)組織器官最理想的辦法。

5.3聯(lián)合治療策略

前面我們提到，脊髓損傷后，不能再生的原因一方面是中樞神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力有限，另一方面是損傷后的抑制環(huán)境不利于再生。應(yīng)用聯(lián)合治療的策略，一方面通過組織工程方法緩慢釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子，提高神經(jīng)元的內(nèi)在再生能力。另一方面通過組織工程方法去除損傷區(qū)的抑制分子，如CSPGs等，來促進(jìn)脊髓再生。這種聯(lián)合治療策略或許是更有效的治療脊髓損傷的方法。

6.組織工程治療周圍神經(jīng)損傷的治療策略

研究者們嘗試了各種方法來促進(jìn)周圍神經(jīng)損傷的軸突再生。組織工程治療周圍神經(jīng)損傷的目標(biāo)是努力使損傷的近端軸突重新和其遠(yuǎn)端靶器官建立功能聯(lián)系。周圍神經(jīng)損傷后使軸突近側(cè)端和遠(yuǎn)側(cè)端失去功能聯(lián)系，而導(dǎo)致感覺和運(yùn)動功能的缺失。直接的外科手術(shù)并不能使其完全連接，因此需要提供一個(gè)支架使頭尾兩端重新連接［45］。組織工程神經(jīng)支架是一個(gè)很有潛力的替代自體神經(jīng)或同種異體神經(jīng)移植的神經(jīng)修復(fù)方法，用于橋接周圍神經(jīng)缺損并支持神經(jīng)組織再生。理想的情況下，這樣一個(gè)支架包括一個(gè)外支架，內(nèi)含細(xì)胞成分和神經(jīng)生長的細(xì)胞外基質(zhì)來促進(jìn)軸突再生。

6.1候選支架

Lundborg等最先開始應(yīng)用空管來作為支架［46］。使用外來的空管，不僅可以減輕自體神經(jīng)的移植，也為研究軸突再生提供了一種新的模型。早期使用硅膠管作為支架，后來發(fā)現(xiàn)硅膠管會對神經(jīng)產(chǎn)生慢性壓迫和刺激，需要其從損傷部位移除。后來又出現(xiàn)了其他一些生物不相容性材料支架，這些支架同樣會造成慢性神經(jīng)損傷，不利于軸突再生。因此，需要一種生物相容性的材料導(dǎo)管支架。后來的研究開始應(yīng)用自體血管來作為支架，但發(fā)現(xiàn)自體血管其血管壁薄、力學(xué)性能差，常常造成對再生神經(jīng)的壓迫。天然材料，如膠原蛋白、纖連蛋白和纖維蛋白，這些生物材料的可降解性和生物相容性明顯優(yōu)于其他類的聚合物，但其機(jī)械性能和其他一些性能有限。為了改進(jìn)這些不足，進(jìn)一步使用了合成材料或者其他增加機(jī)械強(qiáng)度的改進(jìn)方法。如使用聚左乳酸，聚乳酸乙醇酸共聚物和聚（左丙交酯-6-己內(nèi)酯）等來提高合成神經(jīng)管生物材料的機(jī)械強(qiáng)度、生物相容性和可降解性等［45］。

應(yīng)用組織工程支架治療直徑小、距離短的神經(jīng)缺損已經(jīng)得到臨床批準(zhǔn)。合成的或者是天然的單獨(dú)的生物材料支架，能夠促進(jìn)＜3 cm的神經(jīng)缺損的軸突再生，但不能促進(jìn)自體移植的神經(jīng)纖維再生［47］。缺乏細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)成分的支持被認(rèn)為是不能促進(jìn)其再生的主要原因［48］。因此，理想的治療周圍神經(jīng)損傷的支架應(yīng)該是一個(gè)生物材料支架，里面內(nèi)襯纖連蛋白、層粘連蛋白、SCs等［45］，能夠促進(jìn)施萬細(xì)胞遷移至生物導(dǎo)管，從而促進(jìn)損傷的軸突再生。

6.2細(xì)胞成分

SCs周圍神經(jīng)系統(tǒng)支持再生的主要細(xì)胞。與中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同的是，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膠質(zhì)細(xì)胞形成膠質(zhì)瘢痕，抑制軸突的再生，而周圍神經(jīng)系統(tǒng)的SCs吞噬髓鞘崩解碎片并且在損傷后被激活具有增殖、遷移能力。被激活的SCs表達(dá)支持軸突再生的因子。SCs分泌的支持軸突再生的蛋白通過儲備基膜，分泌營養(yǎng)因子和粘附分子從而促進(jìn)軸突再生［49］。事實(shí)上，周圍神經(jīng)損傷后，缺乏SCs的參與會嚴(yán)重限制軸突的再生。因此，應(yīng)用組織工程治療周圍神經(jīng)損傷需要在生物材料支架內(nèi)模擬SCs功能的細(xì)胞成分。常用的方法有通過生物材料支架移植培養(yǎng)的SCs細(xì)胞或者神經(jīng)干細(xì)胞。

6.3細(xì)胞外基質(zhì)

已有很多研究報(bào)道應(yīng)用細(xì)胞外基質(zhì)來填充生物材料支架來促進(jìn)周圍神經(jīng)再生，這些細(xì)胞外基質(zhì)包括膠原蛋白，纖連蛋白和層粘連蛋白等，以及來自自然界的瓊脂糖和海藻酸。纖連蛋白用作生物材料支架內(nèi)襯支持神經(jīng)再生，可能比其他材料有一定的優(yōu)勢。因?yàn)槠浜屑?xì)胞識別的多個(gè)整合素受體和SCs的結(jié)合位點(diǎn)，能夠促進(jìn)SCs的遷移，提供更有利于周圍神經(jīng)再生的環(huán)境［50］。

7.結(jié)語

通過激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生和促進(jìn)周圍神經(jīng)軸突再生是修復(fù)中樞神經(jīng)損傷和周圍神經(jīng)損傷的理想治療策略。研究已經(jīng)顯示，應(yīng)用組織工程的治療策略，能夠激活中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生和促進(jìn)周圍神經(jīng)軸突再生，具有很大的應(yīng)用前景，是迄今為止，最接近臨床應(yīng)用的方法。因此，未來應(yīng)更多致力于此項(xiàng)策略的研究，從而能夠更好地修復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。

［1］ Profyris C.， Cheema S. S.， Zang D.， et al. Degenerative and regenerative mechanisms governing spinal cord injury［J］. Neurobiol Dis. 2004，15（3）:415-36.

［2］ Bruck W. The role of macrophages in Wallerian degeneration［J］. Brain Pathol. 1997，7（2）:741-52.

［3］ Hagg T.， Oudega M. Degenerative and spontaneous regenerative processes after spinal cord injury［J］. Journal of neurotrauma. 2006，23（3-4）:264-80.

［4］ Young W. Spinal cord regeneration［J］. Cell transplantation. 2014，23（4-5）:573-611.

［5］ Nashmi R.， Fehlings M. G. Mechanisms of axonal dysfunction after spinal cord injury: with an emphasis on the role of voltage-gated potassium channels［J］. Brain research Brain research reviews. 2001，38（1-2）:165-91.

［6］ Silver J.， Miller J. H. Regeneration beyond the glial scar［J］. Nature reviews Neuroscience. 2004，5（2）:146-56.

［7］ Barnabe-Heider F.， Goritz C.， Sabelstrom H.， et al. Origin of new glial cells in intact and injured adult spinal cord［J］. Cell Stem Cell. 2010，7（4）:470-82.

［8］ Goritz C.， Dias D. O.， Tomilin N.， et al. A pericyte origin of spinal cord scar tissue［J］. Science （New York， NY）.2011，333（6039）:238-42.

［9］ Beuche W.， Friede R. L. The role of non-resident cells in Wallerian degeneration［J］. Journal of neurocytology. 1984，13（5）:767-96.

［10］ Scheidt P.， Friede R. L. Myelin phagocytosis in Wallerian degeneration. Properties of millipore diffusion chambers and immunohistochemical identification of cell populations［J］. Acta neuropathologica. 1987，75（1）:77-84.

［11］ Son Y. J.， Trachtenberg J. T.， Thompson W. J. Schwann cells induce and guide sprouting and reinnervation of neuromuscular junctions［J］. Trends in neurosciences. 1996，19（7）:280-5.

［12］ Son Y. J.， Thompson W. J. Schwann cell processes guide regeneration of peripheral axons［J］. Neuron. 1995，14（1）:125-32.

［13］ Poitelon Y.， Lopez-Anido C.， Catignas K.， et al. YAP and TAZ control peripheral myelination and the expression of laminin receptors in Schwann cells［J］. Nature neuroscience. 2016，19（7）:879-87.

［14］ Anderson M. A.， Burda J. E.， Ren Y.， et al. Astrocyte scar formation aids central nervous system axon regeneration［J］. Nature. 2016，532（7598）:195-200.

［15］ Gage F. H. Mammalian neural stem cells［J］. Science （New York， NY）. 2000，287（5457）:1433-8.

［16］ Goritz C.， Frisen J. Neural stem cells and neurogenesis in the adult［J］. Cell Stem Cell. 2012，10（6）:657-9.

［17］ Cameron H. A.， Woolley C. S.， McEwen B. S.， et al. Differentiation of newly born neurons and glia in the dentate gyrus of the adult rat［J］. Neuroscience. 1993，56（2）:337-44.

［18］ Zigova T.， Pencea V.， Wiegand S. J.， et al. Intraventricular administration of BDNF increases the number of newly generated neurons in the adult olfactory bulb［J］. Molecular and cellular neurosciences. 1998，11（4）:234-45.

［19］ van Praag H.， Kempermann G.， Gage F. H. Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus［J］. Nature neuroscience. 1999，2（3）:266-70.

［20］ Sabelstrom H.， Stenudd M.， Frisen J. Neural stem cells in the adult spinal cord［J］. Experimental neurology. 2014，260:44-9.［21］ Barnabe-Heider F.， Frisen J. Stem cells for spinal cord repair［J］. Cell Stem Cell. 2008，3（1）:16-24.

［22］ Yang Z.， Zhang A.， Duan H.， et al. NT3-chitosan elicits robust endogenous neurogenesis to enable functional recovery after spinal cord injury［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2015，112（43）:13354-9.

［23］ Duan H.， Ge W.， Zhang A.， et al. Transcriptome analyses reveal molecular mechanisms underlying functional recovery after spinal cord injury［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2015，112（43）:13360-5.

［24］ McDonald J. W.， Belegu V. Demyelination and remyelination after spinal cord injury［J］. Journal of neurotrauma. 2006，23（3-4）:345-59.

［25］ Franklin R. J.， Ffrench-Constant C. Remyelination in the CNS: from biology to therapy［J］. Nature reviews Neuroscience. 2008，9（11）:839-55.

［26］ Meletis K.， Barnabe-Heider F.， Carlen M.， et al. Spinal cord injury reveals multilineage differentiation of ependymal cells［J］. PLoS Biol. 2008，6（7）:e182.

［27］ Keirstead H. S.， Nistor G.， Bernal G.， et al. Human embryonic stem cell-derived oligodendrocyte progenitor cell transplants remyelinate and restore locomotion after spinal cord injury［J］. J Neurosci. 2005，25（19）:4694-705.

［28］ Freund P.， Schmidlin E.， Wannier T.， et al. Nogo-A-specific antibody treatment enhances sprouting and functional recovery after cervical lesion in adult primates［J］. Nature medicine. 2006，12（7）:790-2.

［29］ Li Y.， Raisman G. Sprouts from cut corticospinal axons persist in the presence of astrocytic scarring in long-term lesions of the adult rat spinal cord［J］. Experimental neurology. 1995，134（1）:102-11.

［30］ Liu K.， Tedeschi A.， Park K. K.， et al. Neuronal intrinsic mechanisms of axon regeneration［J］. Annu Rev Neurosci. 2011，34:131-52.

［31］ Faulkner J. R.， Herrmann J. E.， Woo M. J.， et al. Reactive astrocytes protect tissue and preserve function after spinal cord injury［J］. J Neurosci. 2004，24（9）:2143-55.

［32］ Gallo V.， Bertolotto A. Extracellular matrix of cultured glial cells: selective expression of chondroitin 4-sulfate by type-2 astrocytes and their progenitors［J］. Experimental cell research. 1990，187（2）:211-23.

［33］ Johnson-Green P. C.， Dow K. E.， Riopelle R. J. Characterization of glycosaminoglycans produced by primary astrocytes in vitro［J］. Glia. 1991，4（3）:314-21.

［34］ Margolis R. K.， Margolis R. U. Nervous tissue proteoglycans［J］. Experientia. 1993，49（5）:429-46.

［35］ Morgenstern D. A.， Asher R. A.， Fawcett J. W. Chondroitin sulphate proteoglycans in the CNS injury response［J］. Progress in brain research. 2002，137:313-32.

［36］ De Winter F.， Oudega M.， Lankhorst A. J.， et al. Injury-induced class 3 semaphorin expression in the rat spinal cord［J］. Experimental neurology. 2002，175（1）:61-75.

［37］ Bundesen L. Q.， Scheel T. A.， Bregman B. S.， et al. Ephrin-B2 and EphB2 regulation of astrocyte-meningeal fibroblast interactions in response to spinal cord lesions in adult rats［J］. J Neurosci. 2003，23（21）:7789-800.

New Approach: Neural Tissue Engineering for Spinal Cord and Peripheral Nerve Injury

SHANG Jun-kui1DUAN Hong-mei1YANG Zhao-yang1LI Xiao-guang1WANG Chun-ren2
1 Capital Medical University（Beijing 100069）2 National Institutes for Food and Drug Control（Beijing100050）

The central nervous system （CNS） has a limited capacity to spontaneously regenerate following traumatic injury， unlike those in the peripheral nervous system（PNS）. The PNS axons can regenerate， however， the regeneration is often limited and slow and cannot fulfill the needs. It’s requiring innovative strategies to promote tissue repair and functional recovery. Tissue regeneration strategies， especially using of biomaterials to sustain delivery biologics to injury sites， have demonstrated promising results in experimental animal models and have great prospect to translate clinically. This review will highlight new approach using neural tissue engineering for CNS and PNS injury.

tissue engineering， biomaterials， spinal cord， peripheral nerve， neurotrophins

1006-6586（2016）10-0005-07

R318

A

2016-06-16

尚俊奎，在讀研究生