脊髓損傷后腦脊液在內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化中作用的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

趙文波 綜述 李青 審校

(貴州醫(yī)科大學(xué),貴州 貴陽 550004)

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脊髓損傷后腦脊液在內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化中作用的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

趙文波 綜述 李青 審校

(貴州醫(yī)科大學(xué),貴州 貴陽 550004)

脊髓損傷； 內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)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(xì)胞(NSCs)治療脊髓損傷(SCI)成為研究領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)，給SCI的神經(jīng)修復(fù)重建燃起了希望。目前，脊髓損傷神經(jīng)干細(xì)胞治療研究主要分兩大類：外源性神經(jīng)干細(xì)胞移植和內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞(ENSCs)激活。與外源性 NSCs 相比，ENSCs具有諸多優(yōu)勢(shì)。ENSCs 沒有外源性帶來的免疫排斥、成瘤風(fēng)險(xiǎn)、道德倫理等問題，更適合于臨床運(yùn)用。

1 腦脊液特性及其生理作用

腦脊液(CSF)主要由腦室脈絡(luò)叢(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(xué)成分與腦/脊髓組織細(xì)胞外液的成分大致相同，兩者間可以進(jìn)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(jìn)入CSF后可以慢慢地?cái)U(kuò)散到腦細(xì)胞外液再遞送到腦細(xì)胞[2-3]，目前這個(gè)CP-CSF-腦細(xì)胞外液分配關(guān)系被視為是對(duì)大腦供應(yīng)的主要渠道之一[1]。最近，K.Baruch等[4]對(duì)大鼠的研究表明，大腦通過CSF向下傳輸信號(hào)，CSF的信號(hào)亦可負(fù)反饋調(diào)節(jié)大腦信號(hào)分子的分泌，在CP-CSF和大腦之間通常有持續(xù)的雙向流動(dòng)的信息分子。因此，CSF既有營養(yǎng)和保護(hù)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(guān)鍵作用。

2 SCI病理改變及ENSCs對(duì)SCI修復(fù)的作用

SCI導(dǎo)致局部出血、水腫、大量神經(jīng)細(xì)胞死亡和血液-脊髓屏障破壞，接著是免疫細(xì)胞的滲透。炎癥、自由基形成、以及其他細(xì)胞性活動(dòng)在病變部位造成繼發(fā)性損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步殺死更多的細(xì)胞，包括少突膠質(zhì)細(xì)胞和幸存神經(jīng)元軸突[5]。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(dǎo)致?lián)p傷和功能障礙加重[6]。

目前，研究[7-9]已經(jīng)證實(shí)在成年哺乳動(dòng)物脊髓的室管膜、膜下區(qū)及實(shí)質(zhì)中存在ENSCs，并且在SCI后出現(xiàn)大量反應(yīng)性增生。在未損傷的脊髓，室管膜細(xì)胞很少分裂，但在細(xì)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(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的增多[8]。在體內(nèi)，SCI后室管膜細(xì)胞開始迅速分裂，生成大量的星形膠質(zhì)細(xì)胞和少量少突細(xì)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(xì)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[10]，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[10]發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)疤痕可限制繼發(fā)性損傷的擴(kuò)大，從而減少神經(jīng)元死亡和功能進(jìn)一步惡化，表明SCI后膠質(zhì)疤痕對(duì)的SCI亦有有利影響。少突膠質(zhì)細(xì)胞可參與髓鞘修復(fù)和重建，但SCI可波及大范圍內(nèi)的髓鞘脫失，且室管膜細(xì)胞分化形成的星形膠質(zhì)細(xì)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(xì)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(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，填充因損傷造成的空洞，并且在神經(jīng)細(xì)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(fù)，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能得到一些恢復(fù)。但其持續(xù)增殖能力有限及大部分向膠質(zhì)細(xì)胞分化而治療效果欠佳，對(duì)SCI的修復(fù)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(guān)鍵。

3 CSF對(duì)ENSCs增殖、分化影響的實(shí)驗(yàn)研究

SCI后局部微環(huán)境會(huì)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(yīng)性增生的ENSCs提供一個(gè)適合的增殖分化環(huán)境，促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)。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(qiáng)表達(dá),而在血液中表達(dá)很低。C.G.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6d，可引起室管膜下細(xì)胞增殖。賴福生等[13]通過應(yīng)用單唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂鞘內(nèi)注射治療恢復(fù)期脊髓損傷，亦得到滿意療效。A.Kojima 等[14]通過髓內(nèi)注射表皮生長因子和成纖維細(xì)胞生長因子-2后ENSCs增殖速度提高，Nestin表達(dá)明顯增強(qiáng)，動(dòng)物脊髓功能恢復(fù)明顯。而N.C.Bambakidis等[15]發(fā)現(xiàn)SCI后直接鞘內(nèi)注射Shh(蛋白可促進(jìn)ENSCs的增殖和存活。動(dòng)物試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)切割大鼠穹窿海馬傘后，向側(cè)腦室中注射神經(jīng)生長因子可致ENSCs增殖加快并向神經(jīng)元分化[16]。J.Buddensiek等[17]研究發(fā)現(xiàn),胎鼠NSCs在成人CSF中比在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基中能更好地存活,更好地增殖和分化。另有部分學(xué)者[18]將NSCs分別在血性CSF和正常CSF中培養(yǎng)，證實(shí)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(duì)神經(jīng)元的形成及NSCs增殖分化起重要作用[18]。而我們前期的實(shí)驗(yàn)研究[19]也發(fā)現(xiàn)，腦脊液中加入堿性成纖維細(xì)胞生長因子等，損傷的脊髓組織中ENSCs明顯增多，與以往的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致。

故此可知，當(dāng)脊髓損傷后，其局部的微環(huán)境以及腦脊液成分均發(fā)生改變，且兩者間成分變化相似，腦脊液以及局部微環(huán)境的變化可促使ENSCs更快增殖、分化，但其增殖的能力存在一定的限度，且細(xì)胞更多的是分化成為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，而分化為神經(jīng)元的數(shù)量很少。同時(shí)，在脊髓損傷后通過腦脊液途徑注射神經(jīng)生長/營養(yǎng)因子，可增強(qiáng)ENSCs增殖、分化，促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)。

上述實(shí)驗(yàn)均采用CSF途徑給藥，隨著CSF的流動(dòng)，藥物會(huì)廣泛分布于大腦組織和脊髓組織，而實(shí)驗(yàn)觀察到的神經(jīng)修復(fù)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(yīng)值得思考。

4 問題與展望

腦脊液—腦/脊髓屏障結(jié)構(gòu)為兩者間相互滲透的關(guān)鍵屏障，可選擇性的通過各種大分子物質(zhì)。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(gè)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(luò)系統(tǒng)的重要組成部分。我們?nèi)绾瓮ㄟ^調(diào)控腦脊液成分變化或其滲透屏障來調(diào)控ENSCs微環(huán)境，進(jìn)而調(diào)控ENSCs的增殖、分化有待進(jìn)一步研究。

ENSCs增殖、分化是個(gè)非常復(fù)雜的過程，有眾多調(diào)節(jié)因子及信號(hào)通路參與其中，組成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。單一靶向治療效果并不顯著，多靶向聯(lián)合才是今后進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)外對(duì)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(jī)制所知甚少。因此，了解更多關(guān)于ENSCs的特性以及其所生存的微環(huán)境的特性，將更有助于尋找促進(jìn)神經(jīng)再生的分子信號(hào)和關(guān)鍵靶點(diǎn)。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(guān)鍵調(diào)控靶點(diǎn)，以此為切入點(diǎn)，也許將為ENSCs修復(fù)SCI提供一個(gè)新思路。

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