間充質(zhì)干細胞在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展

王延民，胡群亮

(天津市北辰醫(yī)院腦系科，天津 300400)

干細胞研究已成為21世紀(jì)國際生命科學(xué)研究中最具發(fā)展?jié)摿Φ姆较蛑?，?yīng)用于人體細胞的替代治療，具有治愈各類疾病的潛能。干細胞是一種具有再生各種組織器官潛能的組織細胞，而間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是成體干細胞的重要成員之一，是一類具有自我更新和多向分化潛能的符合干細胞特征的多能干細胞，存在于骨髓、臍血、臍帶、全身結(jié)締組織以及器官間質(zhì)等組織中，來源廣泛、獲取容易、免疫原性低，治療過程無需配型[1-3]。MSCs具有高度的自我更新能力和多向分化潛能，在體外擴增迅速，可在較短時間內(nèi)獲得較大的細胞數(shù)量，滿足臨床治療需求，且在臨床治療中操作相對簡單[4-6]。絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病原因為神經(jīng)元的損害和(或)死亡，如顱腦創(chuàng)傷、腦卒中、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)變性性疾病等[7-11]。神經(jīng)細胞及時有效補充對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防治至關(guān)重要，MSCs具有定向分化成神經(jīng)細胞的潛能，從而補充受損的病變細胞，提高神經(jīng)學(xué)功能，改善患者的生存狀態(tài)[12-13]?，F(xiàn)就MSCs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展予以綜述。

1 MSCs與腦血管病

目前，心腦血管疾病是人類第二大致死性疾病，缺乏有效的治療手段，其發(fā)病后通常導(dǎo)致偏癱、失明、失語等，嚴(yán)重威脅患者的健康和生活質(zhì)量。通常認(rèn)為神經(jīng)細胞為不可再生細胞，隨著干細胞技術(shù)的發(fā)展，研究證實，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在多個神經(jīng)干細胞，具有分化成神經(jīng)組織細胞的潛能，并能在特定的條件下激活、遷移、歸巢至損傷區(qū)域，實現(xiàn)神經(jīng)再生[14]。研究證實，將MSCs移植到腦缺血或出血動物中，動物神經(jīng)功能顯著改善，表明MSCs可有效地促進腦血管疾病神經(jīng)損傷的修復(fù)[14-15]。

在大鼠模型上，將臍帶提取的MSCs植入腦組織的缺血區(qū)域和腦出血周圍區(qū)域，血管密度顯著升高，提示MSCs可以在腦內(nèi)存活，并促進血管的再生重建，可能是MSCs治療腦血管疾病的機制之一[16-17]；而在骨髓源MSCs和脂肪來源的MSCs同樣可以復(fù)制上述結(jié)果，并證明MSCs具有成血管的能力，利用MSCs分泌因子和(或)外泌體亦能重復(fù)該研究[18-19]。目前，多數(shù)研究認(rèn)為，MSCs移植治療腦血管病的動物模型中，MSCs直接分化為神經(jīng)細胞的概率通常低于3%[19-20]。利用MSCs細胞本身的細胞替代作用實現(xiàn)治療效果，而利用細胞分泌的活性物質(zhì)、外泌體等亦具有治療效果，因此，目前多不認(rèn)為MSCs是以細胞替代的方式促進腦血管病后神經(jīng)功能的恢復(fù)，但確定的是MSCs本身或其代謝產(chǎn)品的治療效果得到證實。

多種因素(產(chǎn)道擠壓、外傷、產(chǎn)程過長、圍生期窒息等)可導(dǎo)致新生兒腦損傷，其中缺血缺氧性腦病是新生兒腦癱的最常見病因。新生兒腦癱可遺留永久性腦損害，如癱瘓、癲癇、智力低下、視聽障礙、語言障礙等，給社會和家庭帶來了極大的負(fù)擔(dān)[20]。目前對腦癱的治療尚無特效藥，臨床上主要是對癥支持治療以及后期的康復(fù)訓(xùn)練，整體治療效果較差。神經(jīng)組織或細胞移植為神經(jīng)功能的恢復(fù)提供了新的希望，在最初的研究中采用胎腦或細胞作為供體，因為胎腦具有抗原性低以及可進行無氧代謝的特性，移植后易于存活，并與宿主腦組織整合，但是胎腦要求點對點移植，否則不能形成有效的纖維投射，且胎腦的獲取有限，尚有倫理限制難以推廣，近年來人們致力于尋找其他供體[20-21]。因MSCs具有多向分化的潛能、造血支持、促進干細胞的植入、免疫調(diào)控等特點而備受關(guān)注，成為腦癱治療的“明星細胞”之一。

研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過新生大鼠血腦屏障進入腦實質(zhì)，并向腦損傷的部位聚集，14 d內(nèi)定居腦實質(zhì)，超過28 d分化為神經(jīng)干細胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞；實驗動物行為學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，痙攣性癱瘓顯著減輕，步態(tài)改善，但不能改變形態(tài)學(xué)損傷的嚴(yán)重程度[5,20]。對于臨床研究方面，不少研究團隊亦證實，MSCs移植可顯著改善腦癱患者神經(jīng)功能，且回顧性研究顯示，年齡越低的患兒治療效果越顯著[20-21]；另有文獻報道，臍帶源MSCs可作為優(yōu)良的“種子細胞”用于腦癱患兒的治療，經(jīng)過鞘內(nèi)注射和(或)靜脈輸注臍帶MSCs，患兒的粗大運動功能以及腦電圖等均顯著改善[20-23]。干細胞治療是腦癱的治療方法之一，也是治療腦癱的研究方向之一，目前在臨床研究和實驗研究方面取得了令人矚目的成績，為腦癱患者帶來了新的希望。

2 MSCs與神經(jīng)變性疾病

神經(jīng)變性疾病是一類以神經(jīng)細胞變性或凋亡為特征的慢性神經(jīng)系統(tǒng)的疑難雜癥，包括肌萎縮側(cè)索硬化癥、帕金森病、阿爾茨海默病等[23-26]。干細胞替代療法有望徹底治愈神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。體外培養(yǎng)的胚胎干細胞和神經(jīng)干細胞分化為可移植于體內(nèi)的具有電生理活性，并能支配肌管運動的神經(jīng)細胞，實現(xiàn)病變細胞的替代，有望成為治愈神經(jīng)變性疾病的手段之一[19-22]。在運動神經(jīng)元缺失的大鼠脊髓內(nèi)，移植的神經(jīng)干細胞能分化為運動神經(jīng)元，并支配骨骼肌的運動，且較移植前各項評價指標(biāo)顯著改善[27]。另有研究證實，干細胞通過釋放神經(jīng)生長因子及重建運動神經(jīng)元微環(huán)境等機制保護受損的神經(jīng)細胞，從而延緩疾病的進展，這種干細胞的保護性治療、替代性治療以及“偽旁觀者效應(yīng)”具有實際意義[27-29]。

近年來干細胞的研究為神經(jīng)修復(fù)和再生提供了一條新的途徑，是神經(jīng)變性疾病治療的有效方法之一。由于倫理學(xué)限制和移植后排斥的問題，胚胎干細胞的臨床應(yīng)用受到了極大的限制，因此尋神經(jīng)干細胞的替代細胞成為目前研究的熱點。MSCs治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病是安全和有效的，MSCs在治療神經(jīng)變性疾病中逐漸顯示出治療的優(yōu)勢和臨床價值，是一種行之有效且安全性高的治療手段，具有巨大的臨床應(yīng)用潛力。但目前仍有許多關(guān)鍵問題需要解決，如“種子細胞”種類的選擇、最佳的移植部位、細胞的誘導(dǎo)和分化、不良反應(yīng)及對策以及遠期的安全性評價等。人臍帶MSCs具有干細胞的特征，具有多強分化的潛質(zhì)，在一定的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)下可分化為神經(jīng)干細胞和神經(jīng)元，同時來源廣泛、免疫原性低、無倫理限制、培養(yǎng)擴增簡單，是治療神經(jīng)變性疾病的首選之一，具有廣闊的應(yīng)用前景[30-31]。

3 MSCs與神經(jīng)損傷性疾病

近年來脊髓損傷和顱腦創(chuàng)傷的發(fā)病率逐年上升，傳統(tǒng)的治療措施為手術(shù)與神經(jīng)營養(yǎng)和康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，對患者的康復(fù)有一定的治療作用。而干細胞治療除運動功能、感覺功能有相當(dāng)?shù)母纳仆?，患者汗腺分泌障礙、直立性低血壓亦得到緩解，這些治療效果是傳統(tǒng)的治療方法所不能實現(xiàn)的，因此細胞治療在神經(jīng)損傷性疾病的治療中有著獨特的優(yōu)勢。MSCs來源豐富、獲取簡單、增殖快、干性強，經(jīng)誘導(dǎo)可分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞[25-29，31]，現(xiàn)已經(jīng)成為神經(jīng)干細胞移植治療神經(jīng)損傷策略中的“明星細胞”和“種子細胞”。

對于神經(jīng)損傷性疾病細胞移植時間窗的選擇，通常認(rèn)為創(chuàng)傷急性期患者體征相對波動、細胞代謝和離子平衡紊亂、機體內(nèi)環(huán)境相對不穩(wěn)定，處于“激惹期”和“熱反應(yīng)期”，外源性細胞的植入易引起排斥反應(yīng)，此時進行移植不良反應(yīng)顯著增多。通常認(rèn)為，在神經(jīng)損傷后1周內(nèi)損傷周圍微環(huán)境存在大量的自由基和炎癥介質(zhì)，不適合移植后細胞的存活，而損傷晚期(2周后)，由于膠質(zhì)細胞增生和膠質(zhì)瘢痕的形成不利于移植細胞的存活以及再生軸突與宿主細胞的整合，因此在損傷后1～2周內(nèi)為移植最佳時期[30-31]。對于體內(nèi)存在長期感染的患者以及處于高敏狀態(tài)的患者，建議感染控制后再行細胞移植術(shù)。MSCs移植具有提高軸突再生的能力，抑制脫髓鞘，并促進髓鞘再生和損傷的神經(jīng)細胞恢復(fù)。MSCs移植治療神經(jīng)損傷性疾病的機制包括損傷細胞的替代性治療、旁分泌或自分泌多種神經(jīng)生長因子、神經(jīng)軸突的再生、神經(jīng)環(huán)路的重建、移植細胞和宿主細胞的整合、阻止和減輕損傷處膠質(zhì)瘢痕的形成等[22-23，30-31]。研究證實，MSCs可以在宿主體內(nèi)存活并分化為具有神經(jīng)細胞特征的細胞，實現(xiàn)損傷細胞的替代，從而為神經(jīng)功能的再建奠定物質(zhì)基礎(chǔ)[26-28,30-31]。部分研究認(rèn)為，神經(jīng)損傷后干細胞的治療原理在于移植細胞所分泌的多種神經(jīng)生長因子(神經(jīng)生長因子、膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)生長因子、腦源性神經(jīng)生長因子等)，這些物質(zhì)可以改善損傷區(qū)域的局部微環(huán)境，從而為移植細胞的存活創(chuàng)造良好的環(huán)境基礎(chǔ)，并為軸突的再生以及移植細胞與宿主細胞整合創(chuàng)造良好的窗口期[20，31]。另外，創(chuàng)傷后出現(xiàn)癲癇的患者如果近期有發(fā)作建議謹(jǐn)慎行干細胞移植手術(shù)，因移植后會提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，加重原有的癲癇癥狀。干細胞治療后最先改善的多為自主神經(jīng)功能，患者可表現(xiàn)為失眠、多汗、四肢潮熱、小便增多等癥狀，一般在術(shù)后2周左右自行緩解。

目前，對于神經(jīng)創(chuàng)傷性疾病的干細胞治療已經(jīng)取得了較為肯定的結(jié)果，如何提高干細胞的治療效果、降低移植的風(fēng)險以及干細胞具體的作用機制是后續(xù)研究的重點[20]。干細胞治療為更好地救治神經(jīng)損傷的患者提供了新的理念，通過干細胞修復(fù)損傷的神經(jīng)組織，既要恢復(fù)損傷的神經(jīng)，又要重建神經(jīng)功能。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，干細胞移植的方法將會更加精細、高效、微創(chuàng)。

4 MSCs與血管新生

血管性疾病是全球范圍內(nèi)的“頭號殺手”。促進缺血組織生成新生的血管就是改善患者血供，即治療性血管再生。從研究角度無論是基因和蛋白水平，還是細胞水平，均可實現(xiàn)治療性血管再生這一目標(biāo)。但值得一提的是，在動物模型中同樣證實，導(dǎo)入外源性血管內(nèi)皮生長因子可促進缺血組織再生側(cè)支循環(huán)的血管，但在臨床應(yīng)用中并未復(fù)制到動物實驗的效果[13,18,20]。另外，外源性基因和生長因子的導(dǎo)入對人體是否存在潛在的危害，是否會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生尚無定論，存在安全隱患和不良事件發(fā)生的風(fēng)險[20,26]。隨著干細胞技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)將逐漸地被應(yīng)用于血管再生。體外實驗證明，MSCs可分化為內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞，同時在動物實驗亦得到證實，骨髓源MSCs能促進血管新生[20，31]。

5 小 結(jié)

MSCs在多種疾病的治療中逐漸顯現(xiàn)出獨特的治療優(yōu)勢，被廣大的醫(yī)務(wù)人員及患者寄予厚望。MSCs參與造血、免疫功能調(diào)節(jié)、血管新生等，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，是組織工程領(lǐng)域首選的“種子細胞”，亦是移植領(lǐng)域和自身免疫性疾病治療的“明星細胞”。隨著對MSCs基礎(chǔ)研究的不斷深入，MSCs無疑為治療疑難雜癥和處理棘手的神經(jīng)系統(tǒng)疾病打開了一扇新的大門，同時MSCs將為更多難治性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療帶來新的希望。研究者應(yīng)將MSCs與基因修飾技術(shù)有機結(jié)合，規(guī)范科學(xué)地利用干細胞技術(shù)，最大限度地發(fā)揮干細胞治療的優(yōu)勢，使干細胞技術(shù)最大限度地惠及需要治療的患者。