脊髓損傷再生修復(fù)及臨床轉(zhuǎn)化研究

趙繼宗

“脊髓損傷再生修復(fù)機(jī)理及臨床轉(zhuǎn)化研究”重大項目，是國家自然科學(xué)基金重大項目面向科學(xué)前沿和國家經(jīng)濟(jì)、社會、科技發(fā)展及國家安全的重大需求中的重大科學(xué)問題，超前部署，開展多學(xué)科交叉研究和綜合性研究，充分發(fā)揮支撐與引領(lǐng)作用，提升我國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新能力。脊髓損傷再生修復(fù)作為《國家自然科學(xué)基金“十三五”發(fā)展規(guī)劃》制定的“十三五”第三批36 個重大項目指南之一，其目的在于面向脊髓損傷后神經(jīng)再生與功能恢復(fù)的重大需求，開展再生修復(fù)機(jī)理和臨床轉(zhuǎn)化研究，闡釋脊髓損傷后微環(huán)境變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)損傷微環(huán)境中與脊髓組織再生相關(guān)的新因子；重構(gòu)脊髓損傷后的再生微環(huán)境，實現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞向功能神經(jīng)元的定向分化；促進(jìn)脊髓損傷后神經(jīng)功能恢復(fù)，闡明脊髓損傷后干細(xì)胞激活、遷移、神經(jīng)元定向分化、與宿主神經(jīng)元形成連接以及軸突髓鞘化的機(jī)制；建立規(guī)范的脊髓損傷臨床研究路徑，推進(jìn)脊髓損傷再生修復(fù)研究成果的臨床轉(zhuǎn)化，探索脊髓損傷再生修復(fù)治療新策略。本文就脊髓損傷的修復(fù)與再生機(jī)制的研究背景和下一步研究計劃予以闡述，以期推動脊髓損傷再生修復(fù)基礎(chǔ)研究成果的臨床轉(zhuǎn)化。

一、研究背景

脊髓損傷是指由于各種不同傷病因素引起的脊髓結(jié)構(gòu)、功能的損害，在受損脊髓的相應(yīng)節(jié)段出現(xiàn)各種運(yùn)動、感覺和括約肌功能障礙，肌張力異常及病理反射等的相應(yīng)改變[1]。脊髓損傷多發(fā)生于青年男性，其中80%的患者年齡低于40 歲。脊髓損傷常見的病因包括創(chuàng)傷（交通事故、運(yùn)動傷、槍擊傷、射線等）、炎癥（病毒、細(xì)菌感染）、腫瘤、血管畸形、先天畸形等。根據(jù)病因的不同，脊髓損傷可分為創(chuàng)傷性脊髓損傷和非創(chuàng)傷性脊髓損傷。創(chuàng)傷性脊髓損傷包括頸脊髓損傷、胸腰脊髓損傷、過伸損傷、開放性損傷、揮鞭樣損傷等，非創(chuàng)傷性脊髓損傷包括血管性、感染性、退行性、腫瘤及其他。而創(chuàng)傷性脊髓損傷是最為常見的脊髓損傷類型[2]。

根據(jù)北京近年創(chuàng)傷性脊髓損傷流行病學(xué)研究報告顯示：創(chuàng)傷性脊髓損傷的發(fā)生率約為（12.1～61.6）/1 000 000，并且呈現(xiàn)逐年增高的趨勢。脊髓損傷不僅會導(dǎo)致患者出現(xiàn)嚴(yán)重的身體和心理傷害，還會造成整個社會巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。雖然近年來研究人員在脊髓損傷動物實驗中已取得了許多進(jìn)展，但對于脊髓損傷的臨床應(yīng)用和促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)的治療方法依然進(jìn)展甚微。

再生醫(yī)學(xué)于20 世紀(jì)80 年代后期逐步興起并發(fā)展起來，作為一個前沿交叉領(lǐng)域，再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用生命科學(xué)、材料科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科的原理和方法，研究和開發(fā)用于替代、修復(fù)、重建或再生人體各種組織器官的理論和技術(shù)的新型學(xué)科和前沿交叉領(lǐng)域。從再生醫(yī)學(xué)角度看，脊髓損傷后脊髓神經(jīng)組織壞死、液化及瘢痕或空洞的形成是阻礙自身神經(jīng)再生修復(fù)的主要障礙。

二、科學(xué)價值

“脊髓損傷再生修復(fù)機(jī)理及臨床轉(zhuǎn)化研究”重大項目的科學(xué)價值在于：為急性與陳舊性脊髓損傷患者的臨床救治及分級評判標(biāo)準(zhǔn)提供客觀證據(jù)；明確神經(jīng)再生膠原支架搭載外源細(xì)胞對脊髓損傷的最佳治療時機(jī)、規(guī)范支架植入術(shù)式、較少操作的繼發(fā)性損傷；明確神經(jīng)外科顯微鏡下支架植入術(shù)后聯(lián)合系統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練對急性、陳舊性脊髓損傷患者神經(jīng)功能恢復(fù)效果。基礎(chǔ)研究無論做再多的工作都距臨床“最后1 公里”，如何把基礎(chǔ)研究的成果應(yīng)用到臨床從而為患者解決痛苦是研究的關(guān)鍵，也就是把“最后1 公里”應(yīng)用到臨床。

三、研究內(nèi)容

脊髓損傷的評定主要包括以下幾個方面：（1）脊髓損傷的評價時間：一般認(rèn)為能夠預(yù)示預(yù)后的檢查時間是損傷后72 h 到1 周。太早會受到其他損傷、患者的覺醒水平、受傷前所服用的藥物或酒精的影響。（2）脊髓損傷的預(yù)后：一般在2 年內(nèi)恢復(fù)，前3 個月以感覺恢復(fù)明顯，前6 個月以運(yùn)動恢復(fù)明顯，1 年以后恢復(fù)明顯減慢。對預(yù)后影響的決定因素包括年齡、完全或不完全損傷、損傷的水平、開始的肌力、影像學(xué)檢查（出血、挫傷、水腫或正常）。（3）脊髓損傷評定的內(nèi)容包括：神經(jīng)損傷水平（最尾端有完整的運(yùn)動和感覺的水平，需要確定運(yùn)動和感覺的平面）；完全和不完全損傷：有無骶部殘存[痛覺、觸覺、肛門指診時的肛門感覺（深感覺）和主動外括約肌收縮]；脊髓損傷程度；部分保留區(qū)：神經(jīng)損傷水平以下（完全損傷）有感覺或運(yùn)動的發(fā)現(xiàn)。

然而上述脊髓損傷的評定標(biāo)準(zhǔn)尚存在一些不足，需要更加完善和科學(xué)性的新標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。為此，我們在新課題中制定脊髓損傷評價指標(biāo)驗證：（1）制定脊髓損傷程度術(shù)前診斷指標(biāo)，明確完全性脊髓損傷評估標(biāo)準(zhǔn)；（2）對入組患者進(jìn)行術(shù)前影像檢查，評估脊髓損傷程度與功能量表契合度，以及術(shù)后功能恢復(fù)效果相關(guān)性研究；（3）建立包括功能評價，神經(jīng)電生理監(jiān)測、影像學(xué)評價及分子檢測的無創(chuàng)性綜合評估體系，為臨床應(yīng)用提供方便可靠的證據(jù)。

“脊髓損傷再生修復(fù)機(jī)理及臨床轉(zhuǎn)化研究”重大項目指南指出：通過生物支架材料、種子細(xì)胞及再生因子的有機(jī)結(jié)合與動態(tài)協(xié)作，重塑脊髓損傷后再生微環(huán)境，對生物支架材料的制備流程、種子細(xì)胞的種類及數(shù)量、再生因子的選擇及配比等進(jìn)行研究，形成標(biāo)準(zhǔn)化的功能性支架材料，用于脊髓損傷的干預(yù)性研究。為此，我們需要對神經(jīng)支架植入的規(guī)范化進(jìn)行驗證，即通過療效評估，判定支架及干細(xì)胞植入時機(jī)和適應(yīng)范圍，以及建立脊髓損傷支架植入手術(shù)操作規(guī)范。

脊髓損傷后，受損脊髓局部組織發(fā)生缺血、缺氧、水腫及干細(xì)胞激活等反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)神經(jīng)軸突脫髓鞘、膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)元壞死等病理改變，最終造成損傷部位空洞或瘢痕的形成。與此同時，移植到損傷部位的神經(jīng)干細(xì)胞主要分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞，并參與瘢痕的形成，而非分化為有功能的神經(jīng)纖維。因此，在行神經(jīng)支架植入術(shù)時需要對壞死瘢痕組織進(jìn)行精確切除驗證，通過術(shù)中電生理監(jiān)測脊髓傳導(dǎo)啞區(qū)，神經(jīng)導(dǎo)航顯微外科技術(shù)精確切除瘢痕組織，術(shù)后病理驗證。

電刺激聯(lián)合康復(fù)訓(xùn)練效果驗證，目前對與脊髓損傷的康復(fù)治療沒有特別有效的治療辦法，新興出現(xiàn)的硬脊膜外電刺激是否有效通過這項研究得到客觀的判斷，心理和營養(yǎng)的干預(yù)也是脊髓損傷被忽視的領(lǐng)域，也希望在這項研究里得到證實[3]。

四、預(yù)期目標(biāo)

為了能夠更快地推動脊髓損傷的研究，要把慢性醫(yī)源性脊髓損傷納入進(jìn)來，即納入神經(jīng)外科手術(shù)（如髓內(nèi)腫瘤、海綿罩血管畸形切除）造成的脊髓損傷，這樣可凸顯神經(jīng)外科在脊髓脊柱損傷修復(fù)、治療及研究上的優(yōu)勢。預(yù)期目標(biāo)：（1）完成檢查及手術(shù)的總例數(shù)不小于60 例，隊列研究評估神經(jīng)再生膠原支架治療脊髓損傷的療效；（2）建立脊髓損傷術(shù)前診斷、術(shù)中移植和術(shù)后康復(fù)、評估的臨床診治及康復(fù)路徑；（3）培養(yǎng)博士、碩士研究生5～7 名，通過幾年的學(xué)習(xí)工作在神經(jīng)脊髓損傷領(lǐng)域貢獻(xiàn)出一份神經(jīng)外科的力量。對于前期的基礎(chǔ)研究，遺傳所的教授研究神經(jīng)再生膠原支架十幾年，在動物實驗上有很好的效果，項目組制備獲得膠原支架材料具有良好的生物相容性，低免疫原性，適宜降解性等；產(chǎn)品根據(jù)脊髓特點設(shè)計形成有序膠原纖維結(jié)構(gòu)，在體內(nèi)外均可引導(dǎo)神經(jīng)纖維有序延伸。已建立了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，完成注冊檢測；已完成陳舊脊髓損傷患者一年觀察，未出現(xiàn)明顯不良反應(yīng)，證實支架材料安全。關(guān)于脊髓彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）在脊髓腫瘤的應(yīng)用，近幾年，全國多家單位對于DTI 傳導(dǎo)束影像學(xué)的研究也有一些進(jìn)展，DTI 顯示髓內(nèi)腫瘤破壞神經(jīng)傳導(dǎo)束，手術(shù)入路設(shè)計可避開神經(jīng)傳導(dǎo)束，為減少手術(shù)繼發(fā)損傷提供幫助[4]。

急性脊髓損傷恢復(fù)案例：（1）男，28 歲，因跌到事故胸11 水平以下感覺和動作完全喪失，無自主肛門收縮和肛區(qū)感覺，脊髓損傷程度分級為A 級，MRI顯示脊髓胸11 段失去連續(xù)性，術(shù)中發(fā)現(xiàn)脊髓損傷部位已出現(xiàn)液化壞死，脊髓損傷后24 h 行膠原支架搭載間充質(zhì)干細(xì)胞移植，患者術(shù)后6 個月下肢肌力恢復(fù)到3 級，開始在支具支撐下行走。術(shù)后2 年恢復(fù)情況：感覺平面擴(kuò)展，胸11-L2，出現(xiàn)較準(zhǔn)確小便和大便感覺，感覺誘發(fā)電位和運(yùn)動誘發(fā)電位跨越損傷平面?zhèn)鲗?dǎo)；運(yùn)動功能改善，下肢肌肉肌力接近3 級，恢復(fù)大腦支配下的下肢自主運(yùn)動。（2）男，43 歲，頸6/7損傷，受傷2 年，陳舊性完全性脊髓損傷恢復(fù)，頸段損傷患者手指運(yùn)動靈活度增加[5]。

五、創(chuàng)新點

我們課題組首次將無脊柱動力學(xué)改變的良性脊髓腫瘤術(shù)后致殘疾患者納入研究，可以把髓內(nèi)腫瘤和髓外腫瘤造成患者神經(jīng)功能障礙納入這個領(lǐng)域中，為神經(jīng)外科在脊髓脊柱領(lǐng)域里開拓新的方向。采用神經(jīng)導(dǎo)航和顯微手術(shù)操作，神經(jīng)影像和電生理直觀準(zhǔn)確界定、清除陳舊性瘢痕。起初，一些專家對清除瘢痕組織后植入干細(xì)胞或神經(jīng)支架的陳舊性脊髓損傷組織是否恢復(fù)生理和傳導(dǎo)功能這一觀點存在質(zhì)疑，通過電生理和術(shù)后的病理證實切除的是否有神經(jīng)功能。當(dāng)前盡管有專業(yè)的康復(fù)醫(yī)院，但是對脊髓損傷的康復(fù)仍是一個進(jìn)展非常緩慢的領(lǐng)域，通過手術(shù)后個體化制定康復(fù)計劃的研究，包括硬脊膜外電刺激、心理、肢體、膀胱功能綜合治療，能夠為患者提供更好的康復(fù)環(huán)境。

綜上所述，作為“十三五”第3 批36 個重大項目指南之一，脊髓損傷再生修復(fù)的基礎(chǔ)研究之路任重而道遠(yuǎn)，而相關(guān)基礎(chǔ)研究成果的臨床轉(zhuǎn)化尚需時日，這就要求廣大神經(jīng)外科科研人員和醫(yī)務(wù)工作者日臻至善，至誠至精，共同攜手為脊髓損傷患者的治療和康復(fù)而努力。