雌激素作用下神經(jīng)干細(xì)胞移植治療創(chuàng)傷性腦損傷的研究進(jìn)展

梁雨婷 胡悅 趙安琪 王沐榕 孫建 李力卓

以往大量研究表明，雌激素可以發(fā)揮與生殖系統(tǒng)、非生殖系統(tǒng)相關(guān)的生理作用，在機(jī)體生長發(fā)育過程中參與激活、形成神經(jīng)通路以及構(gòu)建中樞神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，同時雌激素也可對神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞程序性死亡等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。人類主要的雌激素是17β-雌二醇（17β-estradiol，E2），卵巢內(nèi)膽固醇是合成雌激素的主要前體。而在大腦內(nèi)，雌激素是雄激素經(jīng)芳香酶的作用轉(zhuǎn)變合成的，同時雌激素也可經(jīng)神經(jīng)細(xì)胞自身合成。這些局部合成的雌激素對神經(jīng)元和突觸的形成發(fā)揮著極為重要的作用，同時對神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells，NSCs）分化成為神經(jīng)元也有重要的調(diào)控作用。目前，關(guān)于NSCs 移植治療創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）的研究已有一定的進(jìn)展和發(fā)現(xiàn)，為臨床實(shí)施TBI 治療手段和途徑的創(chuàng)新提供了良好的開端。本文將從雌激素對NSCs 的控制作用、雌激素對NSCs 分化方向的調(diào)控作用、NSCs 移植治療TBI 的臨床應(yīng)用以及雌激素治療TBI 的臨床應(yīng)用等方面展開綜述。

一、雌激素對NSCs 的控制作用

（一）雌激素作用下NSCs 可發(fā)育為神經(jīng)元

NSCs 是一類具有多向分化潛能并且能夠自我更新、無限增殖的細(xì)胞。E2 影響神經(jīng)細(xì)胞的生長和分化、各級突觸的形成及相關(guān)激素和神經(jīng)遞質(zhì)受體的合成，從而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的永久性改變[2]。NSCs 在E2 的作用下可分化為神經(jīng)元[3]。E2 主要通過與雌激素受體（estrogen receptors，ERs）的結(jié)合對NSCs 發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)。ERs 包括α 亞型和β 亞型，這2 種受體亞型在腦內(nèi)的分布具有腦區(qū)特異性[4,5]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，E2 主要通過與ERβ 結(jié)合促進(jìn)人類神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖，E2 與ERβ 結(jié)合后誘導(dǎo)ERβ 激活，經(jīng)pERK 信號通路觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)DNA 復(fù)制、細(xì)胞中心體擴(kuò)增使前體細(xì)胞增殖[6]。此外，ERβ 的激活啟動DNA、中心體復(fù)制，使細(xì)胞周期進(jìn)入S 期和DNA 分離。同時E2 還可促進(jìn)海馬NSCs 增殖，當(dāng)其濃度為10-8mol/L 時，細(xì)胞增殖的數(shù)量最多，E2 濃度逐漸增加后，在細(xì)胞增殖過程中，NSCs 可同時表達(dá)ERα 和ERβ[7]。據(jù)此推斷，E2 在促進(jìn)NSCs 增殖、分裂分化為神經(jīng)元的過程中是通過ERα 與ERβ 結(jié)合后同時發(fā)揮作用的，即E2 與ERα 和ERβ 結(jié)合形成的激素-受體復(fù)合物激活受體DNA 上特異的激素反應(yīng)元件，互相作用后調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。除此之外，還可通過非基因組機(jī)制，如E2 通過與G 蛋白相偶聯(lián)的膜通道受體等發(fā)揮生理效應(yīng)[8]。

（二）雌激素作用下NSCs 分化后的神經(jīng)元突觸增加

給予去勢的雌性大鼠定量E2 后，海馬CA1 區(qū)錐狀神經(jīng)元的興奮性樹突密度增加，且在新生的興奮性樹突上有新突觸形成，新生突觸長度變短而分枝數(shù)目增加[9]。Murphy 和Glanzman[10]的研究結(jié)果證實(shí)，E2 誘導(dǎo)興奮性樹突上的新突觸形成可被N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受體阻斷劑阻斷。側(cè)面說明E2 使海馬CA1 區(qū)NMDA 受體密度增加可能是形成海馬CA1 區(qū)內(nèi)興奮性突觸的重要條件之一。各種損傷后的軸突和突觸再建可促進(jìn)損傷后的神經(jīng)修復(fù)，使神經(jīng)系統(tǒng)功能得到充分改善。突觸素（synaptophysin，SYP） 是一種位于突觸前囊泡上與突觸結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)的鈣結(jié)合蛋白，其幾乎存在于外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的所有神經(jīng)末梢上，參與發(fā)生突觸、釋放神經(jīng)遞質(zhì)以及導(dǎo)入、轉(zhuǎn)運(yùn)、再循環(huán)利用突觸囊泡[11]。雌激素可間接影響SYP 進(jìn)而使突觸發(fā)生和形成，是突觸結(jié)構(gòu)與功能完整的重要生化物質(zhì)基礎(chǔ)。近年研究發(fā)現(xiàn)，小劑量的E2 可上調(diào)樹突的肌動蛋白F-actin，控制與神經(jīng)元樹突形態(tài)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動密切相關(guān)的上游調(diào)控因子，使樹突的長度、密度和運(yùn)動性增加，同時NMDA 受體磷酸化增加；E2 較長時間的積累抑制突觸發(fā)生的同時可抑制神經(jīng)元樹突的密度，使樹突上突觸密度減小[12]。由此推斷，小劑量的E2 在促進(jìn)NSCs 增殖、分裂、分化為神經(jīng)元后，樹突的長度、密度、運(yùn)動性增加，同時可減輕突觸受損、促進(jìn)突觸重建，而大劑量或長時間的E2 累積可抑制樹突和突觸發(fā)育，繼而神經(jīng)元受損，影響動物大腦的發(fā)育過程，神經(jīng)系統(tǒng)功能惡化導(dǎo)致成年后記憶、認(rèn)知、感覺等行為的異常。雖然在E2 的作用下決定NSCs 分化結(jié)果的分子機(jī)制尚未徹底研究透徹，但可以肯定的是，多種特異性的受體及生長因子之間的互相作用決定了NSCs 的分化結(jié)果[13]。同時，E2 控制NSCs 的增殖、分化，在大鼠的整個神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中起著不可比擬的作用。

二、雌激素對NSCs 分化方向的調(diào)控作用

（一）雌激素對5-羥色胺能神經(jīng)元的作用

E2 主要通過與ERs 結(jié)合對5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）能神經(jīng)元發(fā)揮作用[14]。相關(guān)研究表明，NSCs 在一定條件下可被定向誘導(dǎo)分化為5-HT 能神經(jīng)元，并且同時表達(dá)ERα和ERβ[15]。目前普遍認(rèn)為，ERα 主要在海馬回介導(dǎo)，而ERβ則在基底前腦、中縫背核高濃度分布。Gundlah 等[16]對去勢恒河猴的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ERβ mRNA 中縫背核5-HT 能神經(jīng)元表達(dá)ERβ mRNA 的同時可被翻譯成相應(yīng)的蛋白，而且不論是ERβ mRNA 還是ERβ 蛋白表達(dá)，有或無E2，治療組都表現(xiàn)出極其相似的表達(dá)濃度，因此介導(dǎo)恒定表達(dá)的ERβ 受體促使細(xì)胞核內(nèi)某些基因的轉(zhuǎn)錄如TPH、5-HT 受體基因等，繼而受體基因轉(zhuǎn)錄后表達(dá)為有功能的蛋白質(zhì)，從而影響5-HT能神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞功能，可能是E2 對5-HT 能神經(jīng)元的作用途徑之一。

E2 也可作用于5-HT 受體，調(diào)節(jié)5-HT 能神經(jīng)元的功能。5-HT 受體有許多不同的亞型，5-HT1A、5-HT2A 和5-HT2C 則是目前為止研究較多的5-HT 受體亞型。Lu 和Bethea[17]對去勢恒河猴的E2 治療組與空白對照組的治療結(jié)果比較后發(fā)現(xiàn)，空白對照組位于中縫背核的5-HT1A 自身受體結(jié)合下調(diào)，同時位于下丘腦的神經(jīng)元突觸后5-HT1A 受體結(jié)合位點(diǎn)下調(diào)。激素替代治療后的突觸后5-HT2A 受體增多，而突觸前5-HT1A 自身受體減少，因而促進(jìn)5-HT 能神經(jīng)元的功能，與5-HT 能神經(jīng)元功能相關(guān)疾病的輕躁狂、激越、意識混亂、定向障礙等癥狀從而得到改善。

（二）雌激素對多巴胺能神經(jīng)元的作用

一定條件下E2 可誘導(dǎo)NSCs 分化為多巴胺（dopamine，DA）能神經(jīng)元，為NSCs 移植治療帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）提供了理論基礎(chǔ)[18]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，乙酰膽堿或γ-氨基丁酸可體外調(diào)節(jié)作用于DA 能神經(jīng)元末梢的突觸前膜，以此控制DA 的釋放[19]。E2 也可直接影響紋狀體乙酰膽堿和γ-氨基丁酸的活性，進(jìn)而直接作用于DA 能神經(jīng)元末梢，使DA 釋放增加，PD 患者癥狀改善。

E2 不僅可調(diào)節(jié)DA 能神經(jīng)元，還對其有神經(jīng)保護(hù)作用。早在1977 年Bedard 等[20]提出E2 可作為神經(jīng)保護(hù)劑抵抗紋狀體DA 能神經(jīng)元病變的觀點(diǎn)。給予去卵巢雌鼠定量E2 后，可使應(yīng)用神經(jīng)毒性物質(zhì)1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropy ridine，MPTP）導(dǎo)致的細(xì)胞死亡減少且紋狀體DA 的含量減少得到改善。但是E2 的長時間應(yīng)用最終會導(dǎo)致DA 能神經(jīng)元耗竭、DA 釋放減少以致癥狀加重。除此之外，正常雌鼠補(bǔ)充E2 后并不能使其免受MPTP 的神經(jīng)毒性作用甚至神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂[21]。由此可見，低水平的E2 可對DA 能神經(jīng)元提供神經(jīng)保護(hù)作用，而長時間的E2 使用并不能削弱MPTP 對紋狀體DA 能神經(jīng)元的細(xì)胞毒性作用。ERs 位于PD 患者DA 能神經(jīng)元稀少的中腦中央灰質(zhì)區(qū)，這一發(fā)現(xiàn)表明E2 可能在中腦中央灰質(zhì)區(qū)為DA 能神經(jīng)元提供神經(jīng)保護(hù)作用。同時E2 可通過影響DA 轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)減少神經(jīng)毒性物質(zhì)MPTP 重吸收，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，使DA 能神經(jīng)元免受毒害甚至死亡[22]。E2 還可與神經(jīng)營養(yǎng)因子協(xié)同作用而發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)功能，同時作為抗氧化物質(zhì)抵抗氧自由基的毒性作用[23]?？傊?，雌激素通過上述的諸多因素及環(huán)節(jié)促進(jìn)了NSCs 向5-HT 能神經(jīng)元、DA 能神經(jīng)元的分化，為利用雌激素“潤色”NSCs 移植治療相關(guān)腦部疾病提供了有力證據(jù)。

三、NSCs 移植治療TBI 的臨床應(yīng)用

（一）NSCs 移植類型的選取

自身NSCs 提取并經(jīng)體外的細(xì)胞培養(yǎng)、擴(kuò)增后進(jìn)行移植具有較高的存活率，并且可避免移植后發(fā)生的免疫排斥反應(yīng)。但自體NSCs 提取是有創(chuàng)的，會給機(jī)體帶來巨大負(fù)擔(dān)，加重腦損傷區(qū)域和周圍水腫帶細(xì)胞的損傷，嚴(yán)重的甚至?xí)苯訉?dǎo)致機(jī)體的死亡[24]。高速發(fā)展的克隆技術(shù)可解決這一問題帶來的危害，但由于該技術(shù)操作過于繁雜、耗時過長、成本過高，且存在一定醫(yī)學(xué)倫理的限制，因此目前難以得到廣泛的普及和應(yīng)用。異體的NSCs 移植目前研究較多，其優(yōu)勢包括：（1）異體NSCs 移植后可在機(jī)體內(nèi)長期生存并分化為神經(jīng)元，這一觀點(diǎn)已在相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到證實(shí)[25]；（2）異體NSCs 移植也可直接參與神經(jīng)再生作用或分泌型神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進(jìn)其參與神經(jīng)修復(fù)作用使受損的神經(jīng)功能獲得提升[26]；（3）異體NSCs 移植能改善機(jī)體運(yùn)動功能的同時還能明顯使其認(rèn)知功能好轉(zhuǎn)[27]。

目前異體NSCs 移植的一大問題是NSCs 在受損區(qū)域環(huán)境下的低生存率和保留率。除了受損區(qū)域的微環(huán)境直接被改善外也可在受損區(qū)域搭建一個適合NSCs 遷移及留存的新細(xì)胞骨架[28]。建立TBI 大鼠模型后，將NSCs 與透明質(zhì)酸-膠原骨架中的bFGF 緩釋系統(tǒng)（bFGF sustained release system,bFGFCRS） 共同移植到受損區(qū)域后發(fā)現(xiàn)，外源性NSCs 被bFGFCRS 作用后分化為神經(jīng)元顯著增高，并且新生神經(jīng)元的突觸與宿主腦組織原有的突觸形成都增加。這些結(jié)果顯示，bFGFCRS 的搭建為異體植入的NSCs 創(chuàng)造了良好的微環(huán)境，并且有利于神經(jīng)組織的再生和機(jī)能恢復(fù)。使用HA-Lm 膠作為bFGF-CRS 的介質(zhì)，觀察到NSCs 在移植區(qū)域內(nèi)的留存時間得到顯著延長（＞3 d），且神經(jīng)前體細(xì)胞向損傷區(qū)域周圍的遷移率上升了20%[29]。

（二）移植部位和時間的選擇

TBI 后腦組織可發(fā)生受損區(qū)域周圍組織水腫、神經(jīng)元死亡以及相關(guān)的炎癥反應(yīng)，尤其是小膠質(zhì)細(xì)胞可在TBI 早期被誘導(dǎo)激活后發(fā)揮巨噬細(xì)胞樣功能，產(chǎn)生相應(yīng)細(xì)胞毒性效應(yīng)，產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)因子和炎性介質(zhì)對神經(jīng)通路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更改，促進(jìn)損傷神經(jīng)元凋亡、突觸的剝離，繼而影響神經(jīng)修復(fù)性重組以及神經(jīng)通路信息的傳遞[30,31]。雖然小膠質(zhì)細(xì)胞的激活影響NSCs 移植后的遷移、存活、增殖以及分化，但與小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的NSCs 也會調(diào)節(jié)其活動和功能，兩者相輔相成、相互作用、相互影響[32]。促炎因子、炎性介質(zhì)、興奮毒性神經(jīng)遞質(zhì)以及自由基在TBI 急性期（傷后3 h～3 d）大量釋放，繼而產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)及神經(jīng)毒性作用，這些均可影響NSCs 移植的生存率和留存率[33]。Lee 等[34]將NSCs 移植到腦出血模型大鼠的受損區(qū)域后發(fā)現(xiàn)，超急性期（傷后3 h）移植NSCs 可減少早期受損區(qū)域神經(jīng)元的凋亡、減少周圍水腫帶腦組織水腫的形成及炎性介質(zhì)的浸潤，這說明NSCs 具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。Shear 等[25]以CCI 動物模型為基礎(chǔ)，將NSCs 立體定向移植到對側(cè)皮質(zhì)區(qū)或受傷側(cè)紋狀體，分別在傷后第2、7、14 天進(jìn)行行為學(xué)的檢測和評估，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）外傷后2～7 d 是最佳的移植時間；（2）移植到損傷區(qū)域鄰近的大腦皮層或紋狀體的NSCs 存活率和向損傷區(qū)域定向遷移的能力增強(qiáng)，大鼠的平衡運(yùn)動系統(tǒng)也能得到部分改善。

（三）NSCs 移植治療TBI 存在的問題

大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，NSCs 移植對治療TBI 有一定成效，但其作用機(jī)制較為復(fù)雜，仍然需進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)和探討[35]。筆者認(rèn)為，未來的研究應(yīng)著重于以下幾個問題與方向：（1）如何精確調(diào)控植入的NSCs 使其在腦內(nèi)具有更高的存活率，并能精準(zhǔn)地向損傷區(qū)遷移，定向分化以修復(fù)受損的神經(jīng)組織，恢復(fù)腦功能；（2）探索最佳的NSCs 移植方式、移植時間、移植部位、移植數(shù)量以及移植后應(yīng)持續(xù)的治療以降低并發(fā)癥的產(chǎn)生；（3）NSCs 移植后產(chǎn)生的致畸性、致瘤性、免疫排斥反應(yīng)等相關(guān)并發(fā)癥。

總之，NSCs 移植能從細(xì)胞水平上對受損的神經(jīng)元、周圍組織進(jìn)行保護(hù)和修護(hù)，為TBI 的治療提供了新的想法和新的思路。隨著對NSCs 移植的深入研究，相信不久的將來就可以實(shí)現(xiàn)動物實(shí)驗(yàn)向臨床治療的轉(zhuǎn)化，使其成為TBI 治療的重要手段之一。

四、雌激素治療TBI 的臨床應(yīng)用

目前大多數(shù)關(guān)于TBI 的研究表明動物的預(yù)后存在明顯的性別差異，雌性動物的預(yù)后往往比雄性要好[36]。以往的研究表明，TBI 后動物創(chuàng)傷部位E2 的水平會增加，并且E2 的增加能夠降低顱內(nèi)壓、減輕腦水腫、增加腦灌注壓，最終使TBI后動物發(fā)生嚴(yán)重不良后果的幾率大大降低[37]。由此可見，E2對于TBI 后具有明顯的神經(jīng)保護(hù)作用。

TBI 后機(jī)體免疫功能紊亂，同時會使機(jī)體對創(chuàng)傷的敏感性大大增加。TBI 導(dǎo)致的機(jī)體免疫失調(diào)過程是極其復(fù)雜的，包括TBI 后釋放促炎因子與抗炎因子和抑制各種細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答[38]。Slowik 和Beyer[39]通過實(shí)驗(yàn)觀察到E2 可通過ER作用于TBI 后小鼠創(chuàng)傷部位初始免疫細(xì)胞miRNA 上游的免疫監(jiān)視序列，使其免疫監(jiān)視功能增強(qiáng)。由此可見，E2 對TBI 后所導(dǎo)致的免疫失調(diào)發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。此外E2 還會發(fā)揮積極的抗炎作用，減輕TBI 后所導(dǎo)致的中樞炎性損傷。機(jī)體遭受TBI 時，促炎因子的過量釋放導(dǎo)致腦水腫加重和神經(jīng)元損傷[40]。雖然TBI 后所導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)是病情加重的關(guān)鍵因素，但E2 對于TBI 后的炎癥反應(yīng)具有明顯抑制作用。

目前的研究結(jié)果多數(shù)是基于動物實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)的，缺乏相關(guān)臨床試驗(yàn)的研究。雌激素作為人體的一種生理激素，其含量也會隨著女性生理周期及年齡增長而發(fā)生變化。因此雌激素對于創(chuàng)傷性顱腦損傷的療效會存在個體差異化，在臨床工作中應(yīng)該根據(jù)患者具體病情及相關(guān)指標(biāo)結(jié)合判斷創(chuàng)傷性顱腦損傷的嚴(yán)重程度，制定個性化診療方案。

五、小結(jié)與展望

一定濃度的雌激素可促進(jìn)NSCs 增殖并調(diào)控NSCs 的分化方向，使其分化成神經(jīng)元。神經(jīng)元數(shù)量增多，其興奮性突觸增加，可減輕突觸受損、促進(jìn)突觸重建，恢復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溝通。小劑量的雌激素也可促進(jìn)NSCs 分化為5-HT 能神經(jīng)元和DA 能神經(jīng)元，使其功能得到恢復(fù)和改善，發(fā)揮良好的神經(jīng)保護(hù)作用使神經(jīng)元免受凋亡。目前研究發(fā)現(xiàn)，建立TBI 大鼠模型后，NSCs 移植治療后外源性NSCs 增殖、定向分化成為神經(jīng)元對其有良好的神經(jīng)修復(fù)作用。經(jīng)雌激素預(yù)處理的NSCs移植或提早干預(yù)患者體內(nèi)雌激素的濃度后NSCs 移植治療TBI 也許可以發(fā)揮良好的臨床效果，幫助患者提早恢復(fù)腦功能及認(rèn)知、感覺、運(yùn)動功能，減少并發(fā)癥的產(chǎn)生，也為未來治療TBI 的臨床手術(shù)途徑開創(chuàng)另一種可能性。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突