骨髓間充質(zhì)干細胞移植在缺血性腦卒中治療中的應(yīng)用研究進展

劉玉林，閔瑜，黃臻 廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院，廣州511400

腦卒中是導(dǎo)致人類死亡和殘疾最常見的原因，具有高發(fā)病率、高病死率、高致殘率和不可預(yù)知等特點，嚴重地威脅人類健康并影響患者生存質(zhì)量[1]。溶栓治療和經(jīng)皮血管內(nèi)干預(yù)是目前臨床常用的治療手段，可在一定程度上降低了患者的病死率，但該方法受時間窗的限制，臨床上亟需尋找其他更為有效的治療手段。近年來研究發(fā)現(xiàn)，干細胞移植治療是促進腦卒中后患者功能恢復(fù)的有效方法之一[2]。干細胞是一類具有自我更新、多向分化潛能的未分化細胞群體，在一定的條件下可以分化成多種功能細胞、組織或器官。骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)是干細胞成員之一，具有可自體取材、增殖速度快、易體外培養(yǎng)、低免疫原性、無倫理學限制等特點[3～5]。目前研究顯示，BMSCs不僅可以通過分化成神經(jīng)元來修復(fù)卒中后的腦組織[6, 7]，還可以通過調(diào)節(jié)受損腦組織的微環(huán)境[8]，減輕炎癥反應(yīng)，促進血管生成、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)血管修復(fù)等[9, 10]，發(fā)揮減少梗死面積和減輕血腦屏障破壞的作用。本文將對BMSCs在缺血性腦卒中治療中的移植時機、移植途徑及其應(yīng)用作一綜述。

1 BMSCs在缺血性腦卒中治療中的移植時機、移植途徑

1.1 BMSCs的移植時機 缺血性腦卒中超早期溶栓有4.5 h時間窗的限制，因此只有較少數(shù)患者能從中受益，而BMSCs移植可明顯延長缺血性腦卒中治療的時間窗，在急性期、亞急性期和慢性期缺血性腦卒中的治療中均有效。既往認為，缺血性腦卒中患者應(yīng)盡早進行BMSCs移植治療。但Yavagal等[11]發(fā)現(xiàn)，在腦缺血后1 h通過動脈移植BMSCs后，患者的梗死面積并沒有顯著減少，而在腦缺血后24 h進行移植的患者梗死面積明顯減小，說明在超急性期移植BMSCs的神經(jīng)保護作用并不明顯，可能需經(jīng)過一段時間后，機體才會產(chǎn)生更高濃度的趨化因子，從而促進BMSCs的內(nèi)皮轉(zhuǎn)運。Rosenblum等[12]也發(fā)現(xiàn)，適當延遲腦卒中后干細胞移植時間可顯著提高療效；該研究認為，在腦組織缺血后的超急性期進行動脈移植BMSCs可能是不利的，而在超急性炎癥反應(yīng)減弱或消退后的幾天進行移植可帶來較好的效果。Kawabori等[13]研究顯示，在缺血性腦卒中后1周移植低劑量和高劑量BMSCs均可顯著促進患者的功能恢復(fù)，而在缺血性腦卒中后4周進行高劑量BMSCs移植的患者功能恢復(fù)情況優(yōu)于低劑量者；認為不宜在缺血性腦卒中超急性期進行BMSCs移植治療，而在恢復(fù)期的移植治療可能需要提高移植細胞數(shù)量才能達到有效效果。因此，BMSCs移植治療還需嚴格把握時間窗，其最佳治療時間目前尚無定論，這也是需要深入研究的方向之一。

1.2 BMSCs的移植途徑 在動物實驗中BMSCs的移植途徑主要有立體定向腦內(nèi)注射法及經(jīng)外周靜脈注射、頸動脈注射、鞘內(nèi)注射等，而在臨床實驗中多采用立體定向腦內(nèi)注射及經(jīng)外周靜脈注射、頸動脈注射。立體定向腦內(nèi)注射可將干細胞精確移植于病灶處，使梗死區(qū)及周邊有更多的移植細胞，有助于細胞成活和分化，從而促進組織損傷修復(fù)；但是，立體定向腦內(nèi)注射是一種有創(chuàng)性操作，可引起顱內(nèi)感染、發(fā)熱、局部損傷等不良反應(yīng)，導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受限[14, 15]。經(jīng)外周靜脈注射是一種應(yīng)用比較廣泛的移植方法，具有安全性高、可重復(fù)操作等特點，患者更容易接受，更適用于臨床應(yīng)用。雖然干細胞可通過血液循環(huán)趨化至受損組織發(fā)揮作用，但移植的干細胞從外周血管進入腦內(nèi)需經(jīng)較長時間的遷移，可能經(jīng)過肝臟的首過代謝，而且通過肺循環(huán)也會損失一定數(shù)量的細胞，導(dǎo)致最后進入腦內(nèi)的細胞數(shù)量十分有限，而注入足夠數(shù)量的干細胞有可能增加血栓形成的風險。因此，相對于經(jīng)外周靜脈移植，頸動脈移植不需經(jīng)過其他器官而損失大量的細胞，可更直接、更快速地到達病灶部位，但因BMSCs體積較大，有可能形成微栓子，有造成新發(fā)梗死的可能。有研究者通過動脈、靜脈和腦內(nèi)途徑分別移植BMSCs，發(fā)現(xiàn)3種途徑移植的BMSCs均可促進梗死側(cè)胼胝體區(qū)域軸突髓鞘的重建，而經(jīng)動脈移植的患者神經(jīng)功能恢復(fù)的程度最好、速度最快[16]。鞘內(nèi)注射的方法可使BMSCs隨腦脊液分布至整個大腦和脊髓，但到達病灶部位的細胞數(shù)量并不多，常用于治療廣泛病變，不適合治療小范圍病變。對于選擇何種移植途徑，需結(jié)合腦卒中梗死的面積、位置、形狀、移植細胞的數(shù)量等情況，如梗死面積大、梗死及其周邊血運好，可選擇動脈或靜脈注射方式進行BMSCs移植治療[17]。

2 BMSCs移植在缺血性腦卒中治療中的應(yīng)用

2.1 單純BMSCs移植 目前研究證明，BMSCs移植對缺血性腦卒中患者具有神經(jīng)保護及損傷修復(fù)作用，其機制可能與促進血管生成、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)血管修復(fù)等有關(guān)。王宗立等[18]采用線栓法建立大腦中動脈栓塞大鼠模型，在建模成功后3 h通過立體儀注射同種異體BMSCs懸液，發(fā)現(xiàn)BMSCs可明顯改善腦缺血再灌注大鼠的神經(jīng)功能，其機制可能與上調(diào)survivin蛋白表達、下調(diào)Caspase-3表達并減少腦缺血再灌注大鼠神經(jīng)細胞凋亡有關(guān)。Zhang等[19]在大鼠腦缺血21 d時采用經(jīng)股靜脈注射BMSCs移植治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn) BMSCs移植也可明顯改善腦缺血恢復(fù)期大鼠的神經(jīng)功能缺損，并有助于減小缺血灶體積、減少瘢痕組織形成，其機制與下調(diào)Nogo-A、NgR、RhoA及ROCK等表達，減輕炎癥反應(yīng)對軸突生長的抑制作用等有關(guān)，這表明BMSCs移植在腦缺血恢復(fù)期的治療中仍有作用。

除了基礎(chǔ)實驗方面的研究，BMSCs移植治療在臨床實驗中也有了較大進展。Lee等[20]對52例大腦中動脈梗死患者進行了觀察者單盲臨床實驗和長達5年的隨訪，發(fā)現(xiàn)靜脈自體BMSCs移植治療腦卒中是安全、有效的。Honmou等[21]對12例缺血性卒中患者靜脈注射大劑量BMSCs懸液[細胞數(shù)為(0.6～1.6)×108個]，結(jié)果顯示患者的NIHSS均持續(xù)改善，在輸注BMSCs 1周后，磁共振成像評估顯示平均病變體積減小>20%，治療后1年隨訪顯示患者未發(fā)生任何中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、異常細胞生長、靜脈血栓栓塞、全身惡性腫瘤或全身感染等不良反應(yīng)。由此可見，BMSCs移植是治療缺血性腦卒中的有效措施，且安全性較高。

2.2 經(jīng)基因修飾后BMSCs移植 為了進一步提高BMSCs的移植效能，有研究將BMSCs經(jīng)基因修飾后作為供體細胞，目的是使BMSCs在大腦組織中表達相應(yīng)的目的基因[22]。程率芳[22]通過構(gòu)建血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)基因表達載體并轉(zhuǎn)染SD大鼠的BMSCs，發(fā)現(xiàn)攜帶 VEGF基因的BMSCs可以改善腦缺血大鼠的神經(jīng)功能，減小腦缺血面積，并能促進缺血性腦組織的血管生成；且大鼠缺血半暗帶內(nèi)有明顯的新生血管，并且向梗死中心區(qū)域延伸、增多。Zhang等[23]將TSP4基因通過慢病毒表達載體系統(tǒng)轉(zhuǎn)染BMSCs，發(fā)現(xiàn)TSP4-BMSCs可通過上調(diào)TGF-β/Smad2/3信號通路，增加血管性假血友病因子(VWF)、血管生成素1(Ang-1)、基質(zhì)金屬蛋白9(MMP-9)、基質(zhì)金屬蛋白2(MMP-2)在腦缺血半暗帶中的表達，從而促進內(nèi)皮細胞增殖、遷移和管狀形成；此外，TSP4-BMSCs輸注明顯改善了大腦中動脈栓塞大鼠的神經(jīng)功能評分，并可促進腦卒中后神經(jīng)功能的恢復(fù)，較野生型BMSCs具有更好的治療效果。因此，基因修飾后的BMSCs可在腦卒中治療中發(fā)揮積極作用，比單純BMSCs可能有更好的治療效果，但目前主要為基礎(chǔ)研究，還需要更多的臨床實驗進一步證實。

2.3 BMSCs移植聯(lián)合藥物治療 研究表明，阿魏酸鈉聯(lián)合BMSCs注射可通過上調(diào)基質(zhì)細胞衍生因子1α(SDF-1α)/趨化因子受體4軸，促進BMSCs向腦內(nèi)缺血組織遷移，同時促進外源性BMSCs向神經(jīng)樣細胞和星形細胞分化，并通過促進腦卒中后糖代謝和內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生來增強腦實質(zhì)細胞的修復(fù)能力，顯著縮小缺血性腦卒中的梗死范圍；其機制可能與上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)2/4，下調(diào)Notch-1、Hes1和Hes5表達有關(guān)[24]。此外，Wang等[25]發(fā)現(xiàn)，靜脈注射黃芪甲苷聯(lián)合BMSC移植治療可顯著促進缺血性腦卒中患者的功能恢復(fù)和血管生成，聯(lián)合治療的療效明顯優(yōu)于單一治療，其機制可能與黃芪甲苷通過上調(diào)SDF-1和VEGF表達而促進BMSCs存活和遷移有關(guān)。此外，依達拉奉[26]、補陽還五湯[27]、NO[28]、紅細胞生成素[29, 30]等聯(lián)合BMSCs移植對缺血性腦卒中的治療效果均較好。BMSCs聯(lián)合藥物可以起到更好的協(xié)同效應(yīng)，其原因可能是聯(lián)合藥物可促進內(nèi)源性干細胞增殖、提高干細胞存活及遷移、促進神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌、促進血管生成等。

綜上所述，單純BMSCs移植、經(jīng)基因修飾后BMSCs移植及BMSCs移植聯(lián)合藥物治療3種方法對缺血性腦卒中的治療均有積極作用，具體哪種治療方法的效果最佳尚無定論，有待更多大樣本、隨機對照研究進行探討。關(guān)于BMSCs移植治療缺血性腦卒中不管在基礎(chǔ)實驗還是臨床研究均有了較大的進展，但仍有很多問題需進一步研究，比如移植治療的最佳時間窗、細胞劑量及途徑等。臨床中每例腦卒中患者的病情輕重不同，其梗死部位、大小、年齡等各有差異，因此在臨床治療中尋找最佳的移植方案遠比動物實驗復(fù)雜得多。此外，動物實驗基本上選擇健康的年輕雄性動物，在臨床研究中還缺乏關(guān)于合并糖尿病、高血壓等基礎(chǔ)疾病對BMSCs治療缺血性腦卒中效果的影響；同時目前臨床研究的樣本量、隨訪時間及安全性研究等均不足，還需要多中心、大樣本、雙盲、安慰劑對照、隨機臨床試驗提供更多依據(jù)。