間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的應(yīng)用前景

李琪，云升

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特）

0 引言

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）來(lái)源于中胚層，為多能干細(xì)胞的一種，其廣泛存在于各種組織中，是一類(lèi)具有自我更新以及多向分化能力的細(xì)胞群，它取材方便，并且來(lái)源廣泛，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)以及臨床提供充足的細(xì)胞來(lái)源。間充質(zhì)干細(xì)胞不僅可分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、心肌細(xì)胞等中胚層細(xì)胞，還可以跨胚層分化為外胚層的神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)胚層的肝細(xì)胞等。

誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞(induced Neural stem cells，iNSCs)是一類(lèi)可以自我更新并且可以分化為神經(jīng)元以及膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞群，其還能夠釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)分子和生長(zhǎng)因子，進(jìn)而對(duì)分化后的神經(jīng)元細(xì)胞具有營(yíng)養(yǎng)保護(hù)作用，為細(xì)胞的替代治療（如顱腦腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)損傷等疾?。┨峁├硐氲募?xì)胞資源。自2006年鼠胚胎纖維母細(xì)胞被誘導(dǎo)成為誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)以來(lái)，成體細(xì)胞的重新編程在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中成為有潛能和有價(jià)值的工具。利用成體干細(xì)胞—間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為神經(jīng)干細(xì)胞，并進(jìn)行移植用于神經(jīng)系統(tǒng)損傷等疾病治療，已經(jīng)成為一種新的治療思路。

神經(jīng)系統(tǒng)的疾病是指一系列感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能及認(rèn)知障礙，主要包括神經(jīng)退行性疾?。ㄈ缗两鹕　柎暮Ｄ〉龋?、脊髓損傷、腦卒中以及外周神經(jīng)損傷等疾病。在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生病變后，因?yàn)椴∽兊纳窠?jīng)細(xì)胞不能有效地的再生修復(fù)，從而使神經(jīng)系統(tǒng)疾病成為致殘率以及致死率最高的疾病之一。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞的前景

間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)以及經(jīng)其誘導(dǎo)所得到的神經(jīng)干細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)是自行分化、自我分化的能力，其即可以分化成為神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細(xì)胞及少突膠質(zhì)細(xì)胞，對(duì)受損的神經(jīng)進(jìn)行修復(fù)；同時(shí)也可以通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子如粒細(xì)胞集落刺激因子、腦衍化神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞衍化營(yíng)養(yǎng)因子等，可以促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)。誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞為許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療帶來(lái)新的希望，如顱腦損傷及神經(jīng)元的退行性病變（帕金森氏病，阿爾茨海默病）等疾病。雖然胚胎干細(xì)胞同樣具有多向分化以及自我分化的潛能，但有大量研究表明，胚胎干細(xì)胞具有一定的致瘤性，且定向分化效率低，同時(shí)其安全性問(wèn)題的爭(zhēng)議亦限制其應(yīng)用。因此，將間充質(zhì)細(xì)胞直接誘導(dǎo)為神經(jīng)干細(xì)胞，從而減少其致瘤性，提高分化效率已成為目前的研究熱點(diǎn)。

2 關(guān)于誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞移植的治療機(jī)制

傳統(tǒng)理念認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)只有在胚胎期及出生后的一段時(shí)間才會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)元，當(dāng)神經(jīng)元成熟后則很難或者不能繼續(xù)分裂，各種原因造成神經(jīng)元的變性壞死是永久性的，只能有膠質(zhì)細(xì)胞才能代替，因此誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)使得神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療進(jìn)入新的時(shí)期。誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的移植是很多神經(jīng)變性疾病與神經(jīng)退行性疾病的治療新方法，除了能夠替代病變神經(jīng)細(xì)胞的功能，其次神經(jīng)干細(xì)胞所釋放的神經(jīng)保護(hù)因子及生長(zhǎng)因子對(duì)疾病的治療也有一定的作用。目前開(kāi)展的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀信两鹕。嗤㈩D舞蹈癥，多發(fā)性硬化，腦卒中及脊髓損傷等，以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的治療有一定效果，移植后的神經(jīng)干細(xì)胞依然維持自我更新以及多向分化的潛能，因此對(duì)于腦神經(jīng)損傷以及脊髓損傷等這類(lèi)非單一性神經(jīng)細(xì)胞病變的疾病，使用誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的移植治療更加合適。

2.1 替代神經(jīng)干細(xì)胞

誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞在體內(nèi)、體外均能成功分化為神經(jīng)元以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，從而替代損傷細(xì)胞，重建神經(jīng)通路，繼而達(dá)到恢復(fù)神經(jīng)功能的目標(biāo)。

2.2 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)

移植人體內(nèi)的誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞在梗死區(qū)的特殊微環(huán)境作用下能夠促進(jìn)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)，如FGF、神經(jīng)生長(zhǎng)因子（nerve growth factor，F(xiàn)GF）、VEGF、BDNF等。

2.3 促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的再生

神經(jīng)干細(xì)胞廣泛分布于哺乳動(dòng)物中，誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞能夠促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化、遷移及成熟，從而生成新的神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)修復(fù)受損的腦組織，促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)功能的恢復(fù)和改善。

2.4 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)

誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞有一定的炎癥調(diào)節(jié)作用，不僅可以促進(jìn)血管生成，還可以提高存活率。神經(jīng)干細(xì)胞分泌的內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子在抑制炎癥反應(yīng)以及促進(jìn)神經(jīng)血管新生中起到了至關(guān)重要的作用。

2.5 促進(jìn)血管新生

誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞可以促進(jìn)腦損傷局部血管新生，增強(qiáng)腦學(xué)流量，恢復(fù)腦損傷區(qū)域血供，改善預(yù)后。

3 誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用前景

3.1 神經(jīng)變性疾病

3.1.1 帕金森病、阿爾茨海默病等變性疾病，其主要的病理特征是神經(jīng)元退行性病變。帕金森?。≒D）的主要病理改變是中腦的黑質(zhì)、多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性變性壞死，導(dǎo)致黑質(zhì)-紋狀體的通路受損,從而引起多巴胺從黑質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到紋狀體的含量顯著下降，引起靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩和肌強(qiáng)直，中晚期出現(xiàn)姿勢(shì)平衡障礙等臨床癥侯群。盡管隨著藥物治療和外科手術(shù)方法的發(fā)展，已可在相當(dāng)程度上改善患者的癥狀，但不能阻止疾病進(jìn)展，長(zhǎng)期療效仍不樂(lè)觀。誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的出現(xiàn)為帕金森病的治療帶來(lái)了新的希望。2006年，研究人員從人胚胎分離誘導(dǎo)并分化出神經(jīng)干細(xì)胞，繼而移植到宿主的腦內(nèi)，其能夠遷移并分化為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元，這為帕金森病患者神經(jīng)干細(xì)胞的移植治療提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。全面評(píng)估神經(jīng)干細(xì)胞移植PD動(dòng)物模型后證實(shí)，神經(jīng)干細(xì)胞可以整合到黑質(zhì)紋狀體通路，恢復(fù)黑質(zhì)到紋狀體的投射，恢復(fù)DA 的合成及釋放，改善帕金森癥狀。但在實(shí)際應(yīng)用中胚胎干細(xì)胞有一定的致瘤性，因此間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞可以提高分化效率，從而達(dá)到治療疾病的目的。

3.1.2 阿爾茨海默?。ˋD），系癡呆最常見(jiàn)的原因之一，病程緩慢而且不可逆轉(zhuǎn)。其病理改變主要為基底節(jié)區(qū)的腦細(xì)胞廣泛死亡，乙酰膽堿化酶和乙酰膽堿含量顯著減少，腦內(nèi) β- 淀粉樣蛋白的過(guò)度累積以及腦中廣泛的神經(jīng)纖維纏結(jié)等。目前傳統(tǒng)治療藥物物能相對(duì)減輕AD的癥狀，但均不能阻止病情的進(jìn)展，因而療效有限。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)移植的神經(jīng)干細(xì)胞不僅可以分化為多種類(lèi)型的神經(jīng)細(xì)胞來(lái)替代缺失的神經(jīng)組織，同時(shí)也可以產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子以及神經(jīng)生長(zhǎng)因子等，并且能夠促進(jìn)突觸發(fā)生、調(diào)節(jié)其可塑性，進(jìn)而有效改善AD動(dòng)物認(rèn)知、學(xué)習(xí)與記憶功能。因此，使誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞為載體的基因治療成為AD干細(xì)胞治療的新方向。

3.2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病

當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)遭受創(chuàng)傷、出血以及缺血等損傷時(shí)，會(huì)發(fā)生各種細(xì)胞的壞死和缺失，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能不全甚至喪失，嚴(yán)重危害到人類(lèi)的生命健康。脊髓損傷（SCI）是多種損傷因素引發(fā)的感覺(jué)障礙以及運(yùn)動(dòng)障礙。其病理機(jī)制主要包括：脊髓損傷導(dǎo)致血-脊髓屏障遭到破壞，造成局部缺血缺氧，進(jìn)而多種炎性因子到達(dá)損傷區(qū)域，觸發(fā)細(xì)胞壞死以及細(xì)胞凋亡等連鎖效應(yīng)。炎性因子不僅會(huì)損傷殘存的神經(jīng)細(xì)胞，同時(shí)也會(huì)造成脊髓創(chuàng)傷區(qū)的邊緣脊髓組織損傷。目前，藥物、手術(shù)等治療手段均不能從根本上解決神經(jīng)細(xì)胞再生問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞移植到脊髓損傷的區(qū)域后可以進(jìn)一步分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，連接脊髓斷端重建神經(jīng)傳導(dǎo)通路，從而使損傷平面以下的感覺(jué)及運(yùn)動(dòng)功能得到改善。總之通過(guò)將間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)為神經(jīng)干細(xì)胞來(lái)直接替代丟失的神經(jīng)干以及神經(jīng)元，替換損傷和丟失的神經(jīng)細(xì)胞，從而使中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷得以修復(fù)，發(fā)揮其相應(yīng)的功能。

3.3 白質(zhì)脫髓鞘性疾病

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，很多疾病都會(huì)出現(xiàn)原發(fā)或繼發(fā)的脫髓鞘改變，然而髓鞘的脫失會(huì)直接影響神經(jīng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)功能，進(jìn)而產(chǎn)生一系列神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂現(xiàn)象。誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞能夠促使殘存的脫髓鞘神經(jīng)纖維以及新生神經(jīng)纖維形成新的髓鞘，從而使神經(jīng)纖維功能保持完整。誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞移植是目前多發(fā)性硬化治療比較有前景的方法，能很好的控制疾病的進(jìn)展。

3.4 中樞神經(jīng)系統(tǒng)遺傳代謝疾病

應(yīng)用誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的移植來(lái)治療遺傳代謝疾病日益引起重視。溶酶體蓄積疾病是一組因基因紊亂而導(dǎo)致的疾病，其因缺乏激動(dòng)蛋白或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、水解酶等導(dǎo)致溶酶體在細(xì)胞內(nèi)蓄積。目前誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞移植治療在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中已成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，干細(xì)胞移植治療可能通過(guò)多種途徑來(lái)促進(jìn)神經(jīng)功能的修復(fù)。

4 誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的展望

神經(jīng)組織作為一種高度分化組織，一直被認(rèn)為其再生僅限于胚胎時(shí)期和出生后不久，在成年時(shí)期，受到外傷和發(fā)生某些疾病的成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)很難甚至不能進(jìn)行自我修復(fù)。誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的研究及發(fā)現(xiàn)，打破了以往認(rèn)為的成年哺乳動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞不能再生的觀念，從而使得細(xì)胞移植治療尤其是干細(xì)胞移植治療在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中成為一種新治療策略。綜上所述，近年來(lái)已有很多研究將誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞療法應(yīng)用到神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中，相信隨著誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞更加深入的生物學(xué)研究，神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的誘導(dǎo)型神經(jīng)干細(xì)胞的作用會(huì)取得飛躍進(jìn)展，同時(shí)也必將為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療帶來(lái)更多新的希望。