脂肪干細(xì)胞移植治療坐骨神經(jīng)損傷的研究進(jìn)展

劉娜，馮陽陽，唐洲平

坐骨神經(jīng)損傷多由車禍、刀傷、勞動(dòng)、局部肌肉注射等急性、慢性壓迫或切割性損傷引起。坐骨神經(jīng)完全離斷性損傷時(shí)可導(dǎo)致股后部肌肉、小腿和足部所有肌肉全部癱瘓，膝關(guān)節(jié)不能屈，踝關(guān)節(jié)和足趾運(yùn)動(dòng)功能、坐骨神經(jīng)支配區(qū)感覺功能及營養(yǎng)功能完全喪失。目前坐骨神經(jīng)損傷的神經(jīng)再生仍是臨床一大難題，其中臀部坐骨神經(jīng)損傷是周圍神經(jīng)損傷中最難處理和療效最差的損傷之一，也是基礎(chǔ)研究、臨床治療的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。

1 病理生理學(xué)發(fā)生機(jī)制

在正常生理狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元通過運(yùn)動(dòng)終板與骨骼肌纖維建立聯(lián)系，支配骨骼肌完成各種生理功能。當(dāng)坐骨神經(jīng)損傷后，近端軸突逆行潰變，神經(jīng)元受損乃至死亡，骨骼肌纖維也因失去了神經(jīng)營養(yǎng)而發(fā)生變性以及酶活性和分布的改變；遠(yuǎn)端軸突發(fā)生Waller 變性，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)終板乙酰膽堿酯酶活性下降，超微結(jié)構(gòu)改變明顯。當(dāng)坐骨神經(jīng)再生時(shí)，運(yùn)動(dòng)終板乙酰膽堿酯酶活性和超微結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常[2]。目前臨床治療坐骨神經(jīng)損傷的方法有藥物治療（糖皮質(zhì)激素等）、手術(shù)治療及物理治療等，每種療法都有各自的優(yōu)勢和局限性，將其聯(lián)合應(yīng)用也往往不能達(dá)到臨床上理想的效果。因此，從病理生理學(xué)發(fā)生機(jī)制來看，最大程度地實(shí)現(xiàn)神經(jīng)再生與修復(fù)是改善坐骨神經(jīng)損傷患者功能恢復(fù)的治療關(guān)鍵。

2 脂肪干細(xì)胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）移植治療坐骨神經(jīng)損傷

量大，適宜大規(guī)模培養(yǎng)；取材容易，易通過抽脂術(shù)等途徑獲得，對機(jī)體損傷較??；適宜自體移植，不具有免疫排斥反應(yīng)，不涉及社會(huì)倫理學(xué)問題[4-7]。2017 年Varghese 等[8]將41 篇基礎(chǔ)和臨床實(shí)驗(yàn)進(jìn)行Meta 分析：年齡、體重指數(shù)、糖尿病、放療和他莫昔芬治療等因素可導(dǎo)致ADSCs 的增殖和分化潛能下降；但性別、取材部位、艾滋病毒感染狀態(tài)和化療對ADSCs 的存活與增殖沒有顯著影響；總膽固醇、高血壓、腎臟疾病、體育鍛煉和外周血管疾病對ADSCS 產(chǎn)量也沒有顯著影響。因此，ADSCs 被認(rèn)為是最具有臨床應(yīng)用前景的成體干細(xì)胞之一。

目前ADSCs 用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究已多見報(bào)道。一項(xiàng)隨機(jī)三盲安慰劑對照臨床試驗(yàn)表明，將富集ADSCs 的自體脂肪組織移植到試驗(yàn)組受試者上臂皮下，121 d 后移植物仍存活，體積顯著大于對照組（未富集ADSCs 的自體脂肪組織），且未觀察到嚴(yán)重不良反應(yīng)[9]。亦有臨床試驗(yàn)證實(shí)，與ADSCs 生物學(xué)特性相似的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞用于治療缺血性心肌病[10]和耐藥結(jié)核[11]安全有效。Ra 等[12]報(bào)道用自體ADSCs 靜脈移植治療8 例脊髓損傷后遺癥的患者，使患者神經(jīng)功能明顯改善，且不具有致瘤性。有報(bào)道人ADSCs靜脈移植[13]和側(cè)腦室移植[14]可改善腦出血模型大鼠的神經(jīng)功能。將miRNA-34a 過表達(dá)的脂肪干細(xì)胞移植大鼠坐骨神經(jīng)損傷模型后可增強(qiáng)坐骨神經(jīng)修復(fù)與再生[15]。上述研究表明，ADSCs 移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有可靠、安全、穩(wěn)定的療效，具有促進(jìn)神經(jīng)再生的潛能。

ADSCs 由 Zuk 等[3]在 2001 年首次從人類脂肪細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，能在體外穩(wěn)定擴(kuò)增，并具有多向分化潛能。在體外特定條件下，ADSCs不僅能向中胚層細(xì)胞分化，還能夠跨胚層分化為神經(jīng)細(xì)胞等外胚層細(xì)胞及肝細(xì)胞等內(nèi)胚層細(xì)胞。ADSCs 較其它組織來源的干細(xì)胞具有以下優(yōu)勢：來源廣泛，體內(nèi)儲備

3 ADSCs 聯(lián)合三維生物支架移植治療坐骨神經(jīng)損傷

許多學(xué)者還采用ADSCs 與組織工程中的生物支架材料構(gòu)建成三維復(fù)合物聯(lián)合移植來促進(jìn)坐骨神經(jīng)的再生與修復(fù)，但目前還沒有公認(rèn)的最理想的生物支架[16]。生物支架對移植的細(xì)胞起錨定作用，在體內(nèi)、外為移植細(xì)胞提供天然的三維支持，還可釋放某些生物信號引導(dǎo)移植細(xì)胞生長、增殖及遷徙，并阻止其它的組織長入損傷區(qū)。2011 年Liu 等[17]將PKH26 標(biāo)記的帶有紅色熒光的 ADSCs 與培養(yǎng)基混懸液注射到硅膠管中，并將其移植到大鼠坐骨神經(jīng)10 mm 缺損的模型中。術(shù)后2 周ADSCs 組的神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)較對照組明顯增多，如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurophic factor，BDNF）、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3（ neurotrophin-3，NT-3）及膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell line derived neurotrophic factor，GDNF）。術(shù)后6 周，ADSCs 組的大鼠行走步態(tài)分析、神經(jīng)傳導(dǎo)速度、潛伏期及波峰、神經(jīng)纖維數(shù)目、軸突直徑、髓鞘厚度均比對照組有明顯改善。2012 年Gu 等[18]將ADSCs 向神經(jīng)元方向誘導(dǎo)分化的細(xì)胞注射到硅膠管中并移植到大鼠坐骨神經(jīng)10 mm 損傷處，12 周后發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)分化組髓鞘神經(jīng)纖維的長度、神經(jīng)傳導(dǎo)速度、Nestin、S100 和膠質(zhì)纖維酸性蛋白表達(dá)水平，均優(yōu)于未誘導(dǎo)分化組；但是未誘導(dǎo)分化組神經(jīng)髓鞘直徑及厚度方面優(yōu)于誘導(dǎo)分化組；移植的2 組有髓鞘神經(jīng)纖維的長度、神經(jīng)傳導(dǎo)速度、神經(jīng)髓鞘直徑及厚度均優(yōu)于空白對照組。2013 年Rahim 等[19]將未分化的ADSCs 與培養(yǎng)基混懸液注射到硅膠管移植到小鼠坐骨神經(jīng)10 mm 的損傷區(qū)，不僅發(fā)現(xiàn)小鼠的步態(tài)分析、肌肉萎縮較對照組明顯改善，也發(fā)現(xiàn)術(shù)后4、8、12 周實(shí)驗(yàn)組的S-100 表達(dá)量高于對照組。這表明移植的ADSCs 可能在坐骨神經(jīng)損傷區(qū)域受微環(huán)境影響誘導(dǎo)分化形成施萬細(xì)胞，促進(jìn)了坐骨神經(jīng)損傷的修復(fù)。2015 年有學(xué)者用軟骨素酶ABC 處理的脫細(xì)胞神經(jīng)與誘導(dǎo)分化的ADSCs 聯(lián)合移植修復(fù)SD 大鼠15 mm 坐骨神經(jīng)缺損，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示患側(cè)神經(jīng)傳導(dǎo)速度、復(fù)合肌肉動(dòng)作電位、三頭肌濕重恢復(fù)率和有髓軸索計(jì)數(shù)均顯著高于其他各組，在促進(jìn)神經(jīng)再生方面兩者具有協(xié)同作用[20]。

4 ADSCs移植促進(jìn)神經(jīng)再生可能的機(jī)制及展望

目前認(rèn)為干細(xì)胞移植治療主要通過減輕早期炎癥反應(yīng)、減少神經(jīng)細(xì)胞死亡、外源性細(xì)胞直接替代及促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生、血管形成等機(jī)制起作用[21]。除此之外，誘導(dǎo)后的ADSCs 促進(jìn)神經(jīng)再生可能的機(jī)制主要有以下3 個(gè)方面：

4.1 ADSCs 多向分化潛能

ADSCs 在體外特定的誘導(dǎo)條件和體內(nèi)損傷微環(huán)境下可誘導(dǎo)分化為神經(jīng)樣細(xì)胞和膠質(zhì)樣細(xì)胞[14,18,19,22,23]。目前已有采用包埋在膠原中的神經(jīng)前體細(xì)胞來修復(fù)大鼠15 mm 坐骨神經(jīng)缺損的實(shí)驗(yàn)研究獲得成功[24]。在大鼠腦出血模型中，造模48 h 后側(cè)腦室內(nèi)注射ADSCs，可動(dòng)態(tài)觀察到其向血腫周邊區(qū)遷移并向神經(jīng)終末細(xì)胞分化，伴有大鼠神經(jīng)功能顯著恢復(fù)[14]。

4.2 分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子

ADSCs 誘導(dǎo)后可以分泌更多的神經(jīng)營養(yǎng)因子[17]，促進(jìn)神經(jīng)纖維數(shù)目增多、軸突直徑及髓鞘厚度增加。2013 年TOMITA等[22]將人的ADSCs 體外誘導(dǎo)成星形膠質(zhì)樣細(xì)胞，與未誘導(dǎo)分化的細(xì)胞相比，它們可以分泌更多的神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞產(chǎn)生更多和更長的突起，如BDNF、GDNF 及神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）。若將誘導(dǎo)分化的ADSCs 注射到脛神經(jīng)鉗壓傷的大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)可改善損傷神經(jīng)的髓鞘生長速度。同年P(guān)aul J.Kingham 等[23]也證實(shí)了人的ADSCs 可在體外誘導(dǎo)成星形膠質(zhì)樣細(xì)胞，它們能夠分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子，并在體外促進(jìn)背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元軸突的再生，如BDNF、GDNF、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）-A及angiopoietin-1 蛋白。將誘導(dǎo)分化的細(xì)胞移植到大鼠坐骨神經(jīng)橫斷損傷處，2 周后發(fā)現(xiàn)坐骨神經(jīng)再生的軸突長度較對照組長。2016 年 Hsieh 等[25]將 ADSCs 與 PLA 導(dǎo)管相復(fù)合，然后植入10 mm 大鼠坐骨神經(jīng)缺損處，發(fā)現(xiàn)ADSCs 可能與內(nèi)源性施萬細(xì)胞相互作用，釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子促進(jìn)坐骨神經(jīng)的再生。

4.3 ADSCs 促進(jìn)血管生成

ADSCs 促進(jìn)灶周的新生血管生成，為神經(jīng)再生提供所需的物質(zhì)。在大鼠腦出血模型中，側(cè)腦室內(nèi)注射ADSCs 后可上調(diào)VEGF 的表達(dá)[14]。用纖維蛋白膠重懸的ADSCs 移植入大鼠坐骨神經(jīng)切斷模型中，發(fā)現(xiàn)ADSCs 積極參與神經(jīng)再生和相關(guān)血管生成過程，促進(jìn)了坐骨神經(jīng)損傷后的神經(jīng)再生[26]。

綜上所述，與ADSCs 相同，ADSCs 來源的神經(jīng)前體細(xì)胞也具有易大量獲取、可自體移植、無免疫排斥反應(yīng)、不涉及倫理學(xué)問題等優(yōu)勢。將ADSCs 體外誘導(dǎo)分化至神經(jīng)前體細(xì)胞階段與三維生物支架進(jìn)行聯(lián)合移植，不僅避免了ADSCs 向成脂、成骨等方向分化所帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)，還可提高向神經(jīng)終末細(xì)胞的分化效率和促進(jìn)坐骨神經(jīng)損傷后神經(jīng)再生與修復(fù)。因此，ADSCs 誘導(dǎo)分化的神經(jīng)前體細(xì)胞可作為移植治療坐骨神經(jīng)損傷的理想種子干細(xì)胞，再聯(lián)合三維生物支架移植可能會(huì)成為坐骨神經(jīng)損傷的有效治療方法。