干細(xì)胞及其來(lái)源外泌體促進(jìn)面神經(jīng)損傷修復(fù)的作用及潛力*

荊午陽(yáng) 綜述,羅 嵐,駱文龍 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 400010)

面部運(yùn)動(dòng)是由面神經(jīng)及其分支控制面部肌肉完成的?？蓞f(xié)助非語(yǔ)言溝通，是人類情感傳達(dá)和交流的重要部分[1]。面癱指各種原因?qū)е碌拿娌考∪獠糠只蛲耆园c瘓，它是由支配面部肌肉的面神經(jīng)受到損傷而引起的，這種病變會(huì)嚴(yán)重?fù)p害患者的社會(huì)功能和心理健康，降低生活質(zhì)量。此外，面癱還會(huì)使面部的許多基本功能如眨眼、角膜保護(hù)、鼻腔呼吸、唇部功能和言語(yǔ)以及微笑受到嚴(yán)重?fù)p害[2]。在導(dǎo)致面癱的種種因素中，面部運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)到面部肌肉的神經(jīng)肌肉通路中斷是其共同點(diǎn)。面癱可以根據(jù)病變所在部位分為中樞性與周?chē)悦姘c[3]。其中周?chē)悦姘c在臨床上更為常見(jiàn)，成人周?chē)悦姘c發(fā)病率約每年17/100 000～35/100 000[4],而成年人在被診斷為面癱后的抑郁率達(dá)到6.1%[5]，給個(gè)人和社會(huì)都帶來(lái)了心理及經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)。但目前對(duì)周?chē)悦姘c的處理仍存在爭(zhēng)議,面癱修復(fù)治療主要目的為恢復(fù)面部功能，以改善患者靜態(tài)面容及面部肌肉活動(dòng)為主。常見(jiàn)修復(fù)方式包括:外科治療、藥物治療、物理療法以及種子細(xì)胞與導(dǎo)管支架的應(yīng)用等，雖然具有一定效果，但是修復(fù)后功能的恢復(fù)仍然不夠理想。因此，對(duì)于修復(fù)面神經(jīng)的損傷，探索新的治療方法，提供新的治療方向成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。

1 干細(xì)胞來(lái)源

干細(xì)胞在外周神經(jīng)損傷的自身修復(fù)中發(fā)揮著很大的作用，近年來(lái)，許多學(xué)者嘗試用不同來(lái)源干細(xì)胞修復(fù)周?chē)窠?jīng)。主要的干細(xì)胞來(lái)源包括：神經(jīng)干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、牙源性干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞等。干細(xì)胞使神經(jīng)再生的關(guān)鍵因素在于其可在特定的條件下誘導(dǎo)分化為許旺細(xì)胞，而許旺細(xì)胞作為修復(fù)受損神經(jīng)的關(guān)鍵細(xì)胞可以產(chǎn)生多種細(xì)胞因子和趨化因子并分泌多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，以此促進(jìn)軸突生長(zhǎng)[6-7]。神經(jīng)干細(xì)胞是一種可塑強(qiáng)、遷移率高、免疫原性低的干細(xì)胞，GUO等[8]用神經(jīng)干細(xì)胞的殼聚糖導(dǎo)管移植治療家兔面神經(jīng)缺損，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與自體神經(jīng)移植組效果相似，修復(fù)效果顯著，證實(shí)了神經(jīng)干細(xì)胞可以促進(jìn)面神經(jīng)損傷的修復(fù)。但神經(jīng)干細(xì)胞因其需要在哺乳動(dòng)物的大腦內(nèi)取材，過(guò)程困難，臨床應(yīng)用價(jià)值一般；相較于神經(jīng)干細(xì)胞，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞取材更易獲取，移植后反應(yīng)小，干細(xì)胞的特性穩(wěn)定[9]。且研究發(fā)現(xiàn)，具有許旺表型的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可加速受損軸突再生，增加軸突數(shù)量和動(dòng)作電位振幅[10-11]。然而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞取材的過(guò)程往往會(huì)給供者造成侵入性傷害，同時(shí)供者年齡會(huì)影響其細(xì)胞的增殖能力；來(lái)源于牙周組織的牙源性干細(xì)胞，取材則較為容易，同時(shí)有還具有高度自我更新和多向分化的特點(diǎn)。SASAKI等[12]將聯(lián)合聚乳酸管的牙髓干細(xì)胞移植到大鼠面神經(jīng)損傷模型中，發(fā)現(xiàn)在聚乳酸管中，軸突再生，而隨著時(shí)間的推移，大量軸突出現(xiàn)在再生的神經(jīng)中，證實(shí)了牙髓干細(xì)胞可促進(jìn)神經(jīng)再生；脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞相對(duì)于其他干細(xì)胞而言，有許多優(yōu)點(diǎn)，分布廣泛、體內(nèi)含量多，取材損傷程度小、免疫原性低、遺傳穩(wěn)定性好、分離培養(yǎng)和擴(kuò)增方法簡(jiǎn)單等。TOMITO等[13]在體外成功把人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)形成許旺細(xì)胞，而被誘導(dǎo)形成的許旺細(xì)胞可分泌大量腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、膠質(zhì)細(xì)胞源性生長(zhǎng)因子，還證實(shí)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可以產(chǎn)生髓鞘蛋白(S-100),具有提高周?chē)軗p神經(jīng)功能恢復(fù)的能力。有研究發(fā)現(xiàn)，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞可通過(guò)分泌腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、膠質(zhì)細(xì)胞源性生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的旁分泌途徑作用于受損的神經(jīng)從而促進(jìn)其修復(fù)[14-15]。除此之外，相關(guān)研究認(rèn)為，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的另一個(gè)促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的方式在于其可通過(guò)分泌細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)外周血單核細(xì)胞的作用從而降低炎性反應(yīng)的發(fā)生[16]。越來(lái)越多的研究證實(shí)干細(xì)胞在神經(jīng)修復(fù)和再生方面應(yīng)用前景廣闊，但目前對(duì)于干細(xì)胞在修復(fù)損傷神經(jīng)中所發(fā)揮具體作用和機(jī)制還尚不明了，同時(shí)，干細(xì)胞移植存在一定的爭(zhēng)議，如干細(xì)胞移植是否有最佳劑量以及其是否存在無(wú)可挽回的風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，都尚待未來(lái)研究的進(jìn)一步探索[17]。

2 干細(xì)胞來(lái)源外泌體

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞的旁分泌效應(yīng)為干細(xì)胞治療效果發(fā)揮主要作用[18-19]。間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌效應(yīng)在大約20年前首次被描述，有研究者發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞合成和分泌廣泛的生長(zhǎng)因子、趨化因子和11種細(xì)胞因子，可對(duì)其周?chē)?xì)胞產(chǎn)生顯著影響。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外小泡可能至少在一定程度上促進(jìn)了旁分泌作用，而不是對(duì)其分化潛能的影響[20-21]。這種細(xì)胞間通訊的新機(jī)制依賴于細(xì)胞外小泡介導(dǎo)的生物活性脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸向受體細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[22-23]。細(xì)胞外小泡是一種多種細(xì)胞釋放到細(xì)胞外空間的膜泡，主要包括凋亡小體、微泡和外泌體三類。由于外泌體最具有細(xì)胞外小泡特征而成為許多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)[24-25]。外泌體的功能主要是作為細(xì)胞物質(zhì)從分泌細(xì)胞到受體細(xì)胞的單向傳送帶，以調(diào)節(jié)受體細(xì)胞的活動(dòng)。而外泌體內(nèi)攜帶的各種復(fù)雜物質(zhì)，比如核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等，使得外泌體具有誘發(fā)多種細(xì)胞反應(yīng)和與多種細(xì)胞類型相互作用的潛力[26]。BAULCH等[27]首先將囊泡植入動(dòng)物顱骨后，照射1個(gè)月后發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)和海馬缺損完全消除，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明微囊泡治療可以減輕神經(jīng)炎癥和保存宿主神經(jīng)元形態(tài)。一些研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體可促進(jìn)腦內(nèi)神經(jīng)軸突的生長(zhǎng)[28-29]。此外，SHENG等[30]發(fā)現(xiàn)髓間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞體外吞噬髓鞘碎片的能力，并為軸突再生創(chuàng)造一個(gè)良好的微環(huán)境來(lái)促進(jìn)脊髓的修復(fù)。但目前大部分研究都以小鼠作為模型，這類嚙齒類動(dòng)物的研究結(jié)果可能不會(huì)直接轉(zhuǎn)化到人類身上。所以為使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有參考價(jià)值，未來(lái)研究可選擇非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物作為研究的動(dòng)物模型。

3 外泌體的轉(zhuǎn)導(dǎo)及干細(xì)胞生物支架

已經(jīng)有大量的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,干細(xì)胞來(lái)源的外泌體多對(duì)于神經(jīng)具有修復(fù)作用，且外泌體可規(guī)避體內(nèi)的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)對(duì)其的清除作用從而發(fā)揮作用，但仍有一些對(duì)外泌體滲透和內(nèi)吞速率較低的組織[31]。因此選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)導(dǎo)方式來(lái)增加外泌體到達(dá)有效部位的效率顯得十分關(guān)鍵。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，超聲靶向微泡技術(shù)作為一種低侵襲性、高轉(zhuǎn)移率、高器官特異性和高穩(wěn)定性的基因或藥物載體可顯著提高其表達(dá)效用[32-33]，已有研究觀察了超聲微泡介導(dǎo)不同目的基因?qū)γ嫔窠?jīng)損傷修復(fù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)超聲微泡攜帶肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、促紅細(xì)胞生成素基因轉(zhuǎn)染面神經(jīng)損傷的大鼠，證實(shí)超聲微泡提高了目的基因轉(zhuǎn)染的效率，從而證實(shí)超聲微泡能夠作為一種有效的載體，為其應(yīng)用于修復(fù)面神經(jīng)損傷提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)[34-36]。但將其同干細(xì)胞來(lái)源外泌體聯(lián)合應(yīng)用還鮮有研究，為面神經(jīng)修復(fù)提供一種新策略。

干細(xì)胞移植的過(guò)程也存在著細(xì)胞的存活率低的特點(diǎn)，因此可利用體內(nèi)存在的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)再生，在缺損的組織原位植入生物材料以此不僅可招募干細(xì)胞還可以促進(jìn)組織再生。生物材料支架可以誘導(dǎo)軸突再生，目前使用圓柱形管道或多孔結(jié)構(gòu)以承載種子細(xì)胞作為替代材料才來(lái)代替神經(jīng)組織，其功能有利于誘導(dǎo)再生[37]。近期，WANG 等[38]研究顯示，導(dǎo)電石墨烯納米纖維支架可以引導(dǎo)細(xì)胞遷移，促進(jìn)周?chē)窠?jīng)再生。而對(duì)于面神經(jīng)節(jié)段性缺損，目前重建面神經(jīng)節(jié)段性缺損的所謂“金標(biāo)準(zhǔn)”是自體神經(jīng)移植物，但其自身存在限制，特別是當(dāng)神經(jīng)殘端之間有很大的間隙時(shí)，常常不能達(dá)到滿意的效果。在過(guò)去的幾十年里，人們做了大量的工作來(lái)開(kāi)發(fā)各種合成的和自然的神經(jīng)引導(dǎo)裝置，以改善小間隙缺損，然而，這些方法的總體臨床結(jié)果仍然令人失望，因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有找到合適的自體移植替代物。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越熱衷于將干細(xì)胞療法與組織工程相結(jié)合，特別是先進(jìn)的3D生物打印技術(shù)用于周?chē)窠?jīng)再生[39]。盡管還處于起步階段，一些研究也證明了利用干細(xì)胞負(fù)載支架作為“生物墨水”制造3D神經(jīng)組織的可行性[40-41]。

4 展 望

綜上所述，干細(xì)胞及其來(lái)源外泌體種類繁多，來(lái)源豐富，干細(xì)胞可分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子同時(shí)可以分化為許旺細(xì)胞，促進(jìn)神經(jīng)髓鞘的再生[42-43]，十分適合于面神經(jīng)損傷的修復(fù)。其來(lái)源外泌體也可對(duì)神經(jīng)組織起到促進(jìn)修復(fù)的作用，研究前景廣闊，但各種功能及作用機(jī)制尚未完全明了，依然處于研究的初級(jí)階段。因此，對(duì)于干細(xì)胞及其來(lái)源外泌體對(duì)面神經(jīng)損傷修復(fù)的治療效果及治療過(guò)程仍需大量基礎(chǔ)研究來(lái)探索。