干細胞移植治療脊髓損傷的研究進展

呂謹南，譚 偉，楊磊落，史學形，李 青★

(1.貴州醫(yī)科大學，貴州 貴陽 550004；2.貴州醫(yī)科大學附屬白云醫(yī)院，貴州 貴陽 550058；3.貴州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，貴州 貴陽 550004)

脊髓損傷（spine cord injury，SCI）是一種嚴重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。此病患者的主要臨床表現(xiàn)為損傷平面以下的運動感覺功能喪失、二便失禁等[1-2]。SCI的繼發(fā)性病理過程非常復雜，主要包括組織缺血水腫、神經(jīng)元大量壞死、膠質(zhì)疤痕形成等表現(xiàn)。以往臨床上常采用手術與藥物相結合的方式治療SCI，但效果不夠理想[3-4]。有研究指出，用干細胞移植療法治療脊髓損傷的效果較好[5]。在本文中，筆者就近年來有關用干細胞移植療法治療SCI的研究進展做以下綜述。

1 干細胞的種類及其特點

干細胞是具有分化、自我復制能力的一類細胞。此類細胞可在一定條件下分化為不同形態(tài)、不同功能的細胞。對SCI患者進行干細胞移植治療是指將干細胞移植到其脊髓受損的區(qū)域，以促進其脊髓損傷的修復[6]。

1.1 神經(jīng)干細胞（NSCs）

NSCs來源于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，能夠分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞[7]。此類干細胞由Reynolds和Weiss在1992年發(fā)現(xiàn)[8]。此類干細胞的發(fā)現(xiàn)顛覆了以往神經(jīng)細胞沒有再生能力的觀念，對脊髓損傷的治療具有重大的意義。有研究表明，對脊髓損傷動物模型進行NSCs移植治療可為其受損的脊髓補充神經(jīng)元，促進其體內(nèi)神經(jīng)傳導通路的再生，從而可有效地促進其運動功能的恢復[9]。在2011年，Stem Cells Inc率先將NSCs移植療法用于人類臨床實驗[10]。研究結果顯示，接受NSCs移植治療的7例完全性脊髓損傷患者中有4例患者的感覺功能基本恢復，接受NSCs移植治療的5例不完全性脊髓損傷患者中有2例患者的感覺功能基本恢復。

1.2 胚胎干細胞（ESCs）

ESCs來源于早期胚胎細胞，具有能夠分化為幾乎所有細胞的潛能。此類干細胞是最早用于治療SCI的干細胞。Keirstead等[11]研究發(fā)現(xiàn)，ESCs可分化為神經(jīng)細胞及膠質(zhì)細胞（以少突膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞為主）。Bottai等[12]在臨床研究中證實，用ESCs移植療法治療SCI可有效地促進患者體內(nèi)軸突髓鞘的形成，減輕其脊髓受損區(qū)域的炎癥反應；與采用NSCs移植療法相比，用ESCs移植療法治療重度SCI的效果較好。但有研究表明，進行ESCs移植治療可導致患者發(fā)生腫瘤，且存在免疫排斥的問題[13]。用ESCs移植療法治療SCI存在很大的潛力，但具體的臨床應用效果有待進一步的研究。

1.3 誘導多能干細胞（iPSCs）

在2006年，Yamanaka等[14]將4個基因通過逆轉錄病毒轉入分化成熟的細胞內(nèi)，使其恢復了干細胞的能力。臨床上將該類細胞稱為誘導多能干細胞（iPSCs）。iPSCs在功能上類似ESCs。有研究表明，iPSCs可分化為神經(jīng)細胞、星形膠質(zhì)細胞及少突膠質(zhì)細胞，且與宿主細胞間的連接良好，具有促進軸突形成、血管增生、神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達及抑制脫髓鞘等作用[15]。iPSCs由成體細胞誘導形成，較其他的干細胞容易獲得。但用iPSCs移植療法治療SCI仍存在一定的安全問題。Hu BY等[15-17]認為，用iPSCs移植療法治療SCI可導致患者發(fā)生畸胎瘤和免疫排斥反應。但ARAKI等[18-19]的研究結論與上述觀點截然相反?？梢?，用iPSCs移植療法治療SCI雖然具有諸多優(yōu)勢，但安全性還有待商榷。

1.4 間充質(zhì)干細胞（MSCs）

MSCs幾乎存在于所有的人體組織中，由FRIEDENSTEIN等[20]發(fā)現(xiàn)，此類干細胞具有來源豐富、分離簡單的特點。有動物實驗表明，對脊髓損傷動物模型進行MSCs移植治療可促進其體內(nèi)神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌和血管的增生，抑制其免疫反應、膠質(zhì)瘢痕的形成，減少其脊髓神經(jīng)細胞的凋亡[21]。相關的人類臨床實驗證實，用MSCs移植療法治療SCI的效果顯著[22-23]。但上述研究的樣本量較少，故用MSCs移植療法治療SCI的有效性有待進一步的證實。MSCs具有易獲得、低免疫原性及可自體移植等多種優(yōu)點，用MSCs移植療法治療SCI的潛力巨大。

1.5 其他干細胞

除上述干細胞外，目前臨床上已發(fā)現(xiàn)的其他可用于治療SCI的干細胞還包括少突膠質(zhì)前體細胞（OPCs）、Schwann 細胞（SC）、神經(jīng)前體細胞（NPCs）、嗅鞘細胞（OECs）及皮膚、脂肪組織來源的干細胞等。將這些干細胞應用于治療SCI的動物實驗均可取得較好的效果。但這些干細胞也都存在分化能力不足、分離困難、易引發(fā)免疫排斥等問題。

2 干細胞的預處理

2.1 移植前的體外誘導分化

有動物實驗表明，干細胞在移植后分化為神經(jīng)細胞的幾率較小。其中，iPSCs和ESCs都存在致瘤的風險。在進行移植前，對干細胞進行體外誘導分化可降低其致瘤的風險[24]。Alexanian等[25]的研究表明，與直接進行干細胞移植治療相比，對干細胞進行體外誘導分化后在用其對SCI患者進行治療的效果較好（移植后干細胞的存活率較高），能夠有效地改善患者的運動功能。

2.2 干細胞聯(lián)合細胞因子移植

臨床研究表明，用神經(jīng)營養(yǎng)因子治療SCI能夠降低患者脊髓神經(jīng)細胞的凋亡率，促進其運動功能的恢復。Wang LJ等[26]研究指出，與單用干細胞移植療法相比，聯(lián)用神經(jīng)營養(yǎng)因子和干細胞移植療法治療SCI的效果較好。目前臨床上常用的治療SCI的神經(jīng)營養(yǎng)因子包括NT-3、bFGF、BDNF、CNTF等。

2.3 干細胞的基因修飾

Kumagai等[27-28]在臨床研究中對MSCs進行基因修飾，使其表達MNTS1及MNTS1/p75-，并用其對SCI患者進行移植治療。研究結果證實，與未修飾組患者相比，修飾組患者神經(jīng)功能恢復的效果更好。

2.4 干細胞共移植

Luo等[29]在臨床研究中采用NSCs與嗅鞘細胞共移植療法治療SCI。研究結果顯示，嗅鞘細胞可促進NSCs分化為神經(jīng)細胞及膠質(zhì)細胞，NSCs可抑制嗅鞘細胞導致的痛覺過敏；但接受NSCs與嗅鞘細胞共移植治療的患者在治療后其神經(jīng)生長因子的分泌量明顯減少。有學者在臨床研究中采用Schawann細胞與嗅鞘細胞共移植療法治療SCI。研究結果顯示，與單用Schawann細胞抑制療法相比，采用Schawann細胞與嗅鞘細胞共移植療法治療SCI可有效地減少患者星形膠質(zhì)細胞增生的發(fā)生率[30]。

3 小結

脊髓損傷的治療一直是臨床上的研究熱點。干細胞移植療法在諸多動物試驗及人類臨床試驗中取得了較好的效果，具有巨大的潛力和優(yōu)勢，但也存在許多問題（包括缺乏可靠的來源及有致瘤風險等）。脊髓損傷復雜的病理過程決定了采用單一治療手段對此病患者進行治療難以取得顯著的效果。干細胞移植療法的獨特優(yōu)勢使其有可能成為今后治療脊髓損傷的主導治療方案。筆者認為，隨著干細胞分離、分化誘導及移植技術的不斷發(fā)展與完善，干細胞移植療法在治療脊髓損傷方面的應用前景將越來越廣闊。

[1] Sakiyama-Elbert S E, Panitch A, Hubbell J A. Development of growth factor fusion proteins for cell-triggered drug deliver y [J]. FASEB J, 2001, 15(7): 1300-1302.

[2] Zhu SP, Wang ZG, Zhao YZ, et al. Gelatin nanostructured lipid carriers incorporating nerve growth factor inhibit endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis and improve recovery in spinal cord injury [J]. Mol Neurobiol, 2016, 53(7): 4375-4386.

[3] 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): 475478．

[4] Kwon BK, Dyomk MF, Fisher CG, et al. Spinal cord injury regene rative strategies and obstacles [J]. Curr 0pin 0rthop，2004，15(3): 196-201．

[5] Zhao T, Zhang Z N, Rong Z, et al. Immunogenicity of induced pluripotent stem cells [J]. Nature, 2011, 474(7350): 212-215.

[6] Salewski RP, Mitchell RA, Shen C, et al. Transplantation of ne ural stem cells clonally derived from embryonic stem cells pr omotes recovery after murine spinal cord injury [J]. Stem Ce lls Dev, 2015, 24(1): 36-50.

[7] Puri M C, Nagy A. Concise review: embryonic stem cells versus induced pluripotent stem cells: the game is on [J]. Stem Cel ls, 2012, 30(1): 10-14.

[8] Reynolds BA, Weiss S. Generation 0f neurons and astrocytes fro m isolated cells of the adult mammalian central nervous syste m[J]. Science, 1992, 255(5052): 1707-1710．

[9] Emgard M, Holmbery L, SAMUELSSON EB, et al. Human neural pre cursor cells continue to proliferate and exhibit low cell dea th after transplantation to the injured rat spinal cord[J]. Br ain Res, 2009, 1278(5): 15-16.

[10] Stem Cells, Provides Update on Its Phase I/II Study in Spinal Cord Injury, Stem Cells, Newark, Calif, USA, 2014.

[11] Keirstead H S, Nistor G, Bernal G, et al. Human embryonic stem cell- derived oligodendrocyte progenitor cell transplants rem yelinate and restore locomotion after spinal cord injury[J]. J Neurosci, 2005, 25(19): 4694-4705.

[12] Bottai D, Cigognini D, Madaschi L, et al. Embryonic stem cells promote motor recovery and affect inflammatory cell infiltration in spinal co rd injured mice[J]. Exp Neurol, 2010, 223(2):452-463.

[13] Pojda Z, Machaj EK, Oldak T, et al. Nonhematopoietic stem cells of fetal origin-how much of today’s enthusiasm will pass the time test[J]. Folia Histochem Cytobiol, 2005, 43(4): 209-212.

[14] Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defin ed factors[J]. Cell, 2006, 126(4): 663-676.

[15] Kobayashi Y, Okada Y, Itakura G, et al. Pre- evaluated safe hu man iPSC- derived neural stem cells promote functional recov ery after spinal cord injury in common marmoset without tumo rigenicity[J]. PLoS One, 2012, 7(12): e52787.

[16] Hu BY, Hang SC. Differentiation of spinal motor neurons from pluripotent human stem cells[J]. Nat Protoe, 2009, 4(9): 1295-1304.

[17] Fujimoto Y, Abematsu M, Falk A, et al. Treatment of a mouse model of spinal cord injury by transplantation of human induc ed pluripotent stem cell -derived long- term self- renewing neuroepithelial- like stem cells[J]. Stem Cells, 2012, 30(6):1163-1173.

[18] Gutierrez-Aranda I, Ramos-Mejia V, Bueno C, et al. Human indu ced pluripotent stem cells develop teratoma more efficiently and faster than human embryonic stem cells regardless the sit e of injection[J]. Stem Cells, 2010, 28(9): 1568-1570.

[19] Araki R, Uda M, Hoki Y, et al. Negligible immunogenicity of ter minally differentiated cells derived from induced pluripotent or embryonic stem cells[J]. Nature, 2013, 494(7435):100-104.

[20] Friedenstein A J, Chailakhjan R K, Lalykina K S. The developm ent of fibroblast colonies in monolayer cultures of guineapig bone marrow and spleen cells[J]. Cell Proliferation, 1970,3(4):393-403.

[21] ?í?ková D, Rosocha J, Vanicky I, et al. Transplants of human mesenchymal stem cells improve functional recovery after spi nal cord injury in the rat[J]. Cell Mol Neurobiol, 2006, 26(7-8):1165-1178.

[22] Yoon S H, Shim Y S, Park Y H, et al. Complete spinal cord inju ry treatment using autologous bone marrow cell transplantati on and bone marrow stimulation with granulocyte macrophage colony stimulating factor: phase I/II clinical trial[J]. Stem Cells, 2007, 25(8): 2066-2073.

[23] Syková E, Homola A, Mazanec R, et al. Autologous bone marrow transplantation in patients with subacute and chronic spinal cord injury[J]. Cell Transplant, 2006, 15(8-9):675-687.

[24] Yang JR, Liao CH, Pang CY, et a1. Transplantation of porcine embryon ic stem cells and their derived neuronal progenitors in a spinal cord injury rat model[J]. Cytotherapy, 2013, 15(2): 201-208

[25] Alexanian AR, Fehlings MG, Zhang Z, et al. Transplanted neutra lly modified bone marrow- derived mesenchymal stem cells pro mote tissue protection and locomotor recovery in spinal cord injured rats[J]. Neurorehabil Neural Repair, 2011, 25(9): 873-880.

[26] Wang LJ, Zhang RP,Li JD. Transplantation of neurotrophin-3-ex pressing bone mesenchymal stem cells improves recovery in a rat model of spinal cord injury[J]. Acta Neurochir(Wien), 2014,156(7): 1409-1418．

[27] Kumagai G, Tsoulfas P, Toh S, et al. Genetically modified mes enchymal stem cells (MSCs)promote axonal regeneration and pr event hypersensitivity after spinal cord injury[J]. Exp Neurol,2013, 248: 369-380.

[28] Gong Y, Wang H, Xia H. Stale transfection into rat bone marrow mesenchymal stem cells by lentivirus- mediated NT- 3[J]. Mol Med Rep, 2015, 11(1): 367-373.

[29] Luo Y, Zou Y, Yang L, et al. Transplantation of NSCs with OECs alleviates neuropathic pain associated with NGF downregulation in rats following spinal cord injury[J]. Neurosci Lett, 2013,549: 103-108.

[30] 葉超群, 孫天勝, 蔡艷華, 等. 嗅鞘細胞和雪旺細胞混合移植對大鼠脊髓損傷修復的影響[J]. 中國脊柱脊髓雜志, 2009, 19(9):676-681.