脊髓損傷后神經(jīng)修復(fù)研究進展

林俊卿 鄭憲友

脊髓損傷是由創(chuàng)傷、腫瘤或炎癥等因素導(dǎo)致的脊髓完整性和連續(xù)性受到破壞，從而引起機體運動、感覺及自主功能障礙的疾病[1]。目前，全球范圍內(nèi)數(shù)百萬人遭受著脊髓損傷帶來的痛苦[2]。脊髓損傷后神經(jīng)的自我修復(fù)能力有限，多種應(yīng)用于脊髓損傷后神經(jīng)修復(fù)的治療方法如神經(jīng)保護及神經(jīng)再生治療等，其療效均難以令人滿意。本文對脊髓損傷后神經(jīng)自我修復(fù)過程及相關(guān)的研究進展作一綜述。

1 脊髓損傷后的病理改變

脊髓損傷可分為急性期和亞急性期兩個階段。在急性期，由于受到物理張力作用，受損部位的細胞出現(xiàn)崩解、壞死及凋亡，同時出現(xiàn)血管破裂、組織水腫等表現(xiàn)[3]。亞急性期為急性期后的繼發(fā)性組織損傷期。此時，大量巨噬細胞、T細胞、小膠質(zhì)細胞及中性粒細胞浸潤，導(dǎo)致血-脊髓屏障受損，大量炎性因子釋放，引發(fā)一系列炎癥瀑布效應(yīng)，造成組織二次損傷。脊髓的二次損傷會進一步影響突觸重塑及神經(jīng)環(huán)路再生，成為脊髓損傷修復(fù)的主要障礙之一[4]。

2 脊髓損傷后的自我修復(fù)及調(diào)控

2.1 自我修復(fù)過程

在經(jīng)歷急性期和亞急性期損傷后，受損的脊髓組織逐漸進入自我修復(fù)過程。目前，對于脊髓損傷自我修復(fù)的機制尚未闡明，多種細胞和分子通過組織保護，調(diào)整神經(jīng)傳導(dǎo)重組，或者調(diào)節(jié)神經(jīng)橋在病灶中對組織的連接等方式促進神經(jīng)功能恢復(fù)[5]。

脊髓損傷后，壞死組織募集大量巨噬細胞、中性粒細胞等炎癥細胞對其進行清除[6]。隨著壞死組織清除，脊髓損傷的炎癥反應(yīng)也逐漸減弱，這有助于損傷處脊髓神經(jīng)功能的修復(fù)。隨后的1～2 d內(nèi)星形膠質(zhì)細胞開始增生，并于7～9 d內(nèi)在損傷組織邊緣形成星形膠質(zhì)細胞瘢痕[7]。這些瘢痕能限制炎癥的進一步惡化，并保護周圍組織不再受炎癥侵襲，有利于損傷神經(jīng)的修復(fù)。同時，細胞瘢痕周圍出現(xiàn)許多反應(yīng)性細胞，包括少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞等[8],這些細胞與脊髓損傷后的神經(jīng)修復(fù)密切相關(guān)。在它們的作用下，損傷組織邊緣大量突觸丟失，新突觸形成，這些突觸可來源于尚存活的組織或由較遠的軸突出芽形成。突觸重建和神經(jīng)環(huán)路形成有助于斷裂軸突處上下端組織的神經(jīng)聯(lián)系，有利于神經(jīng)電信號傳導(dǎo)的恢復(fù)[9]。研究顯示，脊髓等中樞神經(jīng)損傷后，突觸和神經(jīng)環(huán)路的重建能自發(fā)出現(xiàn)[5]，而突觸及神經(jīng)環(huán)路的重建能改善脊髓損傷后的運動功能[10]。脊髓損傷后，神經(jīng)有一定的自我修復(fù)能力，但十分有限，遠不足以使損傷的脊髓功能完全恢復(fù)。

2.2 自我修復(fù)的調(diào)控因素

在修復(fù)過程中，許多因素影響著突觸重塑和神經(jīng)環(huán)路重建，這包括神經(jīng)元細胞有限的自我再生能力、其他細胞介導(dǎo)的效應(yīng)及各種分子的作用。

2.2.1 神經(jīng)元細胞有限的自我再生能力

在胚胎期，中樞神經(jīng)元細胞有著強大的自我再生能力。中樞神經(jīng)元成熟后，這種能力逐漸丟失[11]。He等[12]研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元內(nèi)與PTEN/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及與細胞因子信號抑制物3/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(SOCS3/STAT)相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路均與成熟視神經(jīng)和皮質(zhì)神經(jīng)的軸突再生能力密切相關(guān)。刺激這些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路后，軸突再生能力顯著提高，有助于中樞神經(jīng)損傷后的重建。可見，神經(jīng)元再生能力影響脊髓損傷后的自我修復(fù)。

2.2.2 其他細胞介導(dǎo)的效應(yīng)

除神經(jīng)元細胞的自我調(diào)控外，其他多種細胞也參與脊髓損傷修復(fù)，它們包括星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)前體細胞(OPC)、成纖維細胞、血源性巨噬細胞及中性粒細胞等。Anderson等[13]研究認為，星形膠質(zhì)細胞能分泌軸突生長支持層黏連蛋白,促進軸突再生。此外，中樞神經(jīng)受損后，在生長因子等刺激下，星形膠質(zhì)細胞具有引導(dǎo)軸突再生的作用。在星形膠質(zhì)細胞瘢痕周圍的反應(yīng)組織中，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞起到了誘導(dǎo)局部軸突出芽及調(diào)節(jié)突觸重塑的作用。OPC則有助于軸突再生，靶向清除OPC會導(dǎo)致自發(fā)性軸突再生受損[14]。成纖維細胞能通過分泌成纖維細胞生長因子促進軸突再生[15]。血源性巨噬細胞對脊髓損傷的自我修復(fù)也會造成一定影響。脊髓損傷后，M1型巨噬細胞會導(dǎo)致?lián)p傷軸突出現(xiàn)回縮，影響軸突再生；M2a型巨噬細胞能釋放精氨酸酶-1、Ym1或CD 206等抑制炎癥反應(yīng)，并促進脊髓損傷后的組織進入自我修復(fù)進程[11,16]。一般認為，中性粒細胞在脊髓損傷后釋放大量炎性因子，不利于脊髓損傷的修復(fù)[17]。但Kurimoto等[18]研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞能夠釋放癌調(diào)蛋白，從而起到促軸突再生的作用。Zhou等[6]研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷部位的微血管內(nèi)皮細胞可吞噬損傷的髓鞘碎片，吞噬碎片后的內(nèi)皮細胞具有調(diào)節(jié)脊髓損傷后炎癥反應(yīng)及纖維化的作用。綜上所述，脊髓損傷后的神經(jīng)修復(fù)是由多種細胞共同調(diào)節(jié)的結(jié)果。

2.2.3 分子調(diào)控

脊髓損傷后神經(jīng)的自我修復(fù)過程非常復(fù)雜，多種分子參與其中。研究顯示，在脊髓損傷病灶內(nèi)注入神經(jīng)營養(yǎng)因子能促進損傷的軸突再生，這些因子包括腦神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營養(yǎng)因子(NT)-3及膠質(zhì)細胞營養(yǎng)因子(GDNF)等[13]。Ji等[19]將BDNF注入脊髓損傷區(qū)域后發(fā)現(xiàn)，損傷區(qū)域M2型巨噬細胞發(fā)生極化，抑制了脊髓損傷后炎癥反應(yīng)對神經(jīng)的二次損害，有助于軸突再生。Keefe等[20]研究認為，NT-3通過激活TrkC相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)神經(jīng)再生。他們進行的體外實驗發(fā)現(xiàn)，NT-3能促進海馬神經(jīng)元、交感神經(jīng)元、背根神經(jīng)元、多巴胺能神經(jīng)元及γ-氨基丁酸能神經(jīng)元的修復(fù)，起到調(diào)節(jié)脊髓神經(jīng)修復(fù)的作用。Chen等[21]研究證實，施萬細胞分泌的GDNF具有促進脊髓損傷后突觸重建、局部神經(jīng)功能恢復(fù)的作用；層粘連蛋白、多配體聚糖等能調(diào)節(jié)軸突生長方向，阻斷層粘連蛋白-整合素可干擾脊髓損傷后軸突的再生[13]。另外，部分炎性因子，如白細胞介素(IL)-1、IL-6等也具有調(diào)節(jié)脊髓損傷后軸突再生的作用。

3 脊髓損傷后神經(jīng)修復(fù)的治療現(xiàn)狀

在細胞和分子的相互作用下，受損脊髓可完成有限的自我修復(fù)，但神經(jīng)功能的恢復(fù)仍需外界干預(yù)。目前臨床對于脊髓損傷后的治療有藥物治療、手術(shù)治療等多種方法，但效果均不甚理想。隨著研究進一步深入，針對脊髓損傷后的神經(jīng)修復(fù)出現(xiàn)了越來越多的治療方法。

3.1 神經(jīng)保護治療

3.1.1 藥物治療

神經(jīng)保護治療的藥物包括甲基強的松龍、利魯唑、肝生長因子及粒細胞集落刺激因子(CSF)等。

脊髓損傷后，臨床上較常使用甲基強的松龍抑制炎癥反應(yīng)，以減少對脊髓的二次損害[22]。利魯唑可減少受損神經(jīng)元的鈉離子內(nèi)流及限制突觸前神經(jīng)元釋放谷氨酸，從而減少興奮性毒性細胞死亡，達到神經(jīng)保護的目的[23]。Kitamura等[24]研究發(fā)現(xiàn)，肝生長因子也能促進脊髓損傷后病灶內(nèi)的血管再生，并起到恢復(fù)上肢功能的作用。此外，研究證實，CSF有助于缺血細胞的恢復(fù)，同時可減少炎性細胞因子的表達[25]。但利魯唑、肝生長因子及CSF等大多處于臨床前研究階段，在人體內(nèi)的安全性和有效性還有待進一步驗證。

3.1.2 非藥物治療

脊髓損傷一般由外力打擊引起，常同時伴有椎骨骨折、軟組織創(chuàng)傷等，易引起椎管受壓，導(dǎo)致脊髓組織進一步損傷。因此，除藥物治療外，對于脊髓損傷后神經(jīng)的保護多采用早期外科減壓干預(yù)。研究發(fā)現(xiàn)，早期外科減壓有益于脊髓損傷后的神經(jīng)恢復(fù)[26]。Saadeh等[27]研究認為，升高血壓能增加脊髓損傷部位的灌注，對促進脊髓損傷后的修復(fù)有重要作用。低溫治療能夠明顯降低機體代謝率和炎癥細胞活性，有助于保護脊髓損傷后的神經(jīng)功能[28]，已有將其成功運用于新生兒缺血缺氧性腦病中的報道。一項大型動物實驗結(jié)果顯示，腦脊液引流與增加動脈壓力聯(lián)合應(yīng)用后能較好地增加受損脊髓的血流量，從而起到神經(jīng)保護的作用[29]。

3.2 神經(jīng)再生治療

3.2.1 藥物治療

Rho-ROCK抑制劑和抗Nogo抗體均被認為是新型促脊髓損傷后神經(jīng)再生的藥物。早期研究認為，中樞神經(jīng)損傷后，硫酸軟骨素蛋白聚糖、髓鞘相關(guān)糖蛋白及Nogo通過激活Rho-ROCK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對神經(jīng)再生起到抑制作用。因此，通過拮抗該通路可促進脊髓損傷后神經(jīng)的再生[30]。一項臨床試驗發(fā)現(xiàn)，對脊髓損傷患者使用Rho-ROCK抑制劑能有效改善損傷后的神經(jīng)功能重建，同時未見不良反應(yīng)[31]。因此，Rho-ROCK抑制劑在脊髓損傷后的神經(jīng)再生治療中有明顯作用，目前3期臨床試驗正在進行中[32]，有望成為脊髓損傷后的神經(jīng)再生治療新藥物。此外，Chen等[33]研究認為，抗Nogo抗體可能通過改變下行神經(jīng)軸突再生與局部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相互作用，起到促進脊髓損傷后運動功能恢復(fù)的作用。

3.2.2 非藥物治療

近年來，與細胞移植及新型材料相關(guān)的非藥物治療已應(yīng)用于脊髓損傷后的神經(jīng)再生治療中。

細胞移植通過提供生長因子，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，促進神經(jīng)環(huán)路重建以及使脫髓鞘神經(jīng)再髓鞘化等作用促進神經(jīng)再生[34]。目前，學(xué)者們多使用神經(jīng)干細胞、間充質(zhì)干細胞、施萬細胞及嗅鞘細胞等進行移植。神經(jīng)干細胞移植能促進損傷脊髓的神經(jīng)環(huán)路重建，并恢復(fù)脊髓損傷后的神經(jīng)功能[35]。間充質(zhì)干細胞對損傷后的局部免疫細胞具有調(diào)節(jié)作用，可調(diào)節(jié)損傷后的炎癥反應(yīng)。此外，間充質(zhì)干細胞還可分化成多種與組織修復(fù)相關(guān)的結(jié)締組織，進一步促進脊髓損傷的修復(fù)[36]。Wiliams等[37]研究發(fā)現(xiàn)，將外周施萬細胞向中樞神經(jīng)組織移植可促進軸突再髓鞘化，從而達到組織修復(fù)的目的。Bunge等[38]在脊髓損傷模型中使用施萬細胞移植治療，結(jié)果顯示該方法可較好地改善脊髓損傷后的神經(jīng)功能。研究認為，施萬細胞在脊髓損傷后的修復(fù)作用是通過其在損傷區(qū)域中幫助建立連接和引導(dǎo)軸突，而使受損的軸突修復(fù)[39]。早期臨床試驗發(fā)現(xiàn)，移植嗅鞘細胞能促進神經(jīng)的生長及再髓鞘化，可達到修復(fù)神經(jīng)功能的目的[40]。

除細胞移植外，多種材料也被用于促進脊髓損傷的神經(jīng)再生治療中。Günther等[41]將神經(jīng)營養(yǎng)因子與硅藻酸凝膠結(jié)合治療脊髓半切損傷小鼠，結(jié)果顯示與單純使用神經(jīng)營養(yǎng)因子相比，該方法促進神經(jīng)軸突和血管再生的效果更好。另一項研究表明，將抗Nogo抗體與聚乳酸羥基乙酸共聚物結(jié)合可促進脊髓損傷后的血供恢復(fù)及神經(jīng)纖維再生[42]。此外，將施萬細胞與聚偏氟乙烯-三氟乙烯構(gòu)成的支架材料結(jié)合后，能更好地促進軸突及血管再生[43]。

4 結(jié)語

脊髓損傷是目前臨床治療中較為棘手的疾病。脊髓損傷后存在由多種細胞、分子共同作用并調(diào)節(jié)的神經(jīng)自我修復(fù)過程，但修復(fù)程度有限，不足以恢復(fù)脊髓功能。目前，多種方法已應(yīng)用于脊髓損傷后神經(jīng)修復(fù)治療中，包括神經(jīng)保護及神經(jīng)再生治療，但其療效不盡如人意。因此，亟待進一步闡明脊髓損傷后自我修復(fù)的具體機制，為脊髓損傷后修復(fù)提供更佳治療策略。