周圍神經(jīng)損傷的修復機制

任文乾，王梓堯，張藝凡，耿婉月，劉靜竹，倪虹

周圍神經(jīng)損傷會影響機體的運動和感覺功能，隨著對周圍神經(jīng)損傷的研究不斷深入，逐漸形成了周圍神經(jīng)再生的理論體系。上世紀70年代以來，醫(yī)學研究進入分子醫(yī)學時代，周圍神經(jīng)再生的理論體系不斷被完善，已逐漸在基因和信號通路研究方面不斷取得新的突破。本文基于周圍神經(jīng)離斷后的微觀改變、修復過程、影響神經(jīng)再生的因素及修復方案與修復機制等，結合國內(nèi)外文獻對周圍神經(jīng)損傷的修復機制加以綜述。

1 周圍神經(jīng)離斷后的微觀改變

1.1 分子水平的變化

周圍神經(jīng)離斷后，髓鞘破損、軸突中斷、胞質(zhì)流阻斷，隨后鈣離子內(nèi)流，斷端產(chǎn)生炎性刺激，生長因子和微觀相關蛋白聚集[1]，向神經(jīng)元胞體及施萬細胞傳遞損傷信號，啟動多條信號轉(zhuǎn)導通路：如神經(jīng)生長因子與靶細胞結合，啟動MAPK信號通路，調(diào)控細胞增殖分化、炎癥反應和凋亡[2]；損傷部位發(fā)出電信號激活cAMP-PKA 通路，促進軸突延伸[3]；而Eph-Ephrin 和Slit3-Robo1信號通路則發(fā)揮促進細胞增殖分化與定向遷移的作用[2,4]，該通路與Bǜngner帶的形成有關；此外，Notch、mTOR 等通路的作用尚無定論。信號傳導通路啟動后，核基因的表達發(fā)生改變：細胞增殖和遷移相關基因、細胞凋亡相關基因[5]、炎癥反應和免疫反應相關基因的表達升高，神經(jīng)遞質(zhì)合成相關基因的表達降低[6]。有實驗表明周圍神經(jīng)損傷后，共有1000 多種基因的表達有所變化，400 多種蛋白含量發(fā)生改變[7]，這些損傷后分子水平的變化必將在細胞、組織水平有所體現(xiàn)。

1.2 細胞水平的變化

軸突離斷后，細胞水平的變化可分為3部分：胞體反應、軸突變性、髓鞘崩解。軸突損傷后24 h 內(nèi)，神經(jīng)元發(fā)生胞體反應：胞體變圓、核邊置、核仁變大、胞質(zhì)普遍嗜堿性化、尼氏體消失；同時，核酸與細胞骨架蛋白的合成增加，神經(jīng)遞質(zhì)合成減少。同時，斷端軸突變性：損傷處遠端和近端第1 個郎飛結或數(shù)個郎飛結之前的軸索發(fā)生沃勒變性（Wallerian degeneration）[8]，軸索斷裂，神經(jīng)微管與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)破損，線粒體腫脹，神經(jīng)微絲分解為小顆粒，軸漿濃集為顆粒狀物質(zhì)。在之后的幾天，受損部位的髓鞘崩解，施萬細胞壞死，巨噬細胞募集，清除細胞碎片，有研究表明此過程或許可通過細胞自噬來完成[9]。但神經(jīng)離斷后，髓鞘外層的基底膜仍保持完整，能夠為髓鞘的重建提供附著面，并釋放基膜素促進軸突再生，所以完整的神經(jīng)基底膜是神經(jīng)再生的基礎[10]。

2 神經(jīng)離斷后的修復過程

該修復過程可以分為3個方面：軸突再生、髓鞘重建、突觸重構，這3個過程同時進行且相互影響。

2.1 軸突再生

在神經(jīng)離斷后6～12 h，近端軸突發(fā)出新的神經(jīng)纖維嫩枝，向遠端延伸，生長的分枝頂端會形成生長錐，生長錐內(nèi)部含大量線粒體、致密體、神經(jīng)微絲，可以為神經(jīng)再生提供足夠的能量和物質(zhì)。在軸突延伸的同時，間充質(zhì)干細胞在損傷信號的刺激下不斷增殖，逐步形成跨越損傷區(qū)域的肉芽組織；當生長錐遇到肉芽組織的阻礙時，其延伸方向會發(fā)生改變，尋找阻力最小的途徑，最終只有1/7～1/6 的再生軸突能與遠側(cè)段吻合，其它軸突則會因“修剪”機制凋亡。但是，近端軸突與遠端神經(jīng)鞘管的吻合并不完全精確，往往發(fā)生對接錯誤，即錯配現(xiàn)象[11]。錯接現(xiàn)象發(fā)生后，有一種可能的糾正機制，即遠端基膜內(nèi)巨噬細胞、施萬細胞、成纖維細胞產(chǎn)生蛋白酶，溶解基底膜，使錯接生長錐在遠端鞘管內(nèi)的延伸不受限制，進行重新對接[12]，但這一機制有待進一步研究。

2.2 髓鞘重建

在軸突與髓鞘崩解后，產(chǎn)成很多碎屑與顆粒，這些碎屑與顆粒可作為有絲分裂原促進施萬細胞增殖[13]。新生的施萬細胞沿著基膜管延伸，形成Bǜngner帶，這是軸突延伸的便捷通路。再生軸突穿過2 mm 長的肉芽組織一般需要7～10 d，而當軸突進入Bǜngner帶后，其延伸速度可達2～3 mm/d，新生軸突與重構的施萬細胞管接觸后，會釋放成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）或其類似物促進施萬細胞分裂，施萬細胞則釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子如神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3（neurotrophin-3，NT-3）、細胞粘附分子（cell adhesion molecules，CAMs）[14]等促進軸突延伸。施萬細胞接觸到軸突后，便伸出偽足將軸突包裹，最終形成完整的髓鞘。

2.3 突觸重構

當軸突延伸至肌肉，會重構神經(jīng)-肌接頭，這一步需要較長時間，而在這期間肌肉會發(fā)生失神經(jīng)萎縮，甚至不可逆性改變[15]，故其功能很難恢復到原先水平。

3 影響神經(jīng)再生的因素

3.1 受損神經(jīng)的種類

相對而言，中樞神經(jīng)的損傷更難修復，原因如下：中樞神經(jīng)細胞分化程度高；中樞的神經(jīng)營養(yǎng)因子較少而抑制因子較多；中樞神經(jīng)受損后，星形膠質(zhì)細胞形成的瘢痕阻礙軸突延伸[16]。而在周圍神經(jīng)中，不同神經(jīng)的損傷修復能力也有較大差異，如混合神經(jīng)比單純的感覺或運動神經(jīng)的恢復效果差，主要是因為軸突延伸的錯配現(xiàn)象，最終神經(jīng)末梢難以形成突觸，無法建立功能結構復合體[17]。

3.2 損傷部位與胞體的距離

損傷部位離胞體越近，所導致的胞體反應越劇烈，胞體越易凋亡，有學者用大鼠脛神經(jīng)損傷實驗證明了這一點[18]。此外，損傷處離胞體越近，需要重建的神經(jīng)段越長，修復所需時間越長，效應器失神經(jīng)時間越長，其功能恢復就越差。

3.3 神經(jīng)缺損的長度

神經(jīng)缺損的長度越大，其自愈的可能性越小，各種修復方案的效果越差。有研究表明：＞3 cm的周圍神經(jīng)缺損難以通過構建神經(jīng)再生室進行修復，這與增生瘢痕的阻隔有關，也與神經(jīng)纖維錯配的概率增大有關，還與影響T細胞的活化與募集有關[19]。

3.4 肉芽組織的增生程度

神經(jīng)離斷后附近的間充質(zhì)干細胞增生，形成肉芽組織，在神經(jīng)斷端形成肉芽組織的帽，5～10 d 后，斷端由肉芽組織連接起來，肉芽組織中有很多毛細血管，可以保證充足的血供。但神經(jīng)缺損過大時，肉芽組織增生過多，成纖維細胞聚集，形成瘢痕，反而阻礙軸突生長錐的延伸，最終形成神經(jīng)瘤[20]，無法完成再生過程。因此控制肉芽組織增生成為修復損傷神經(jīng)的難點。目前解決這一問題的方案很多，如使用激素、進行二次手術，但療效都不理想，仍有改進空間。

3.5 免疫與炎癥反應

周圍神經(jīng)發(fā)生較嚴重的損傷后，血-神經(jīng)屏障被破壞，軸突與髓鞘碎片會引發(fā)機體的免疫反應，血液中單核細胞遷移至損傷部位，清除細胞碎片，有利于神經(jīng)再生。但在免疫反應不斷增強的過程中，T 細胞被激活，發(fā)生細胞免疫，產(chǎn)生抗神經(jīng)節(jié)苷脂與抗髓鞘的自身抗體，損傷部位IgG 沉積，免疫細胞浸潤，最終會抑制神經(jīng)再生[21]。因此，有學者建議使用免疫抑制劑治療周圍神經(jīng)損傷，有文獻表明免疫抑制劑如FK506能促進神經(jīng)再生[22]。

4 周圍神經(jīng)損傷的修復方案與修復機制

4.1 藥物治療

糖皮質(zhì)激素[23]、阿霉素[24]、雷公藤內(nèi)酯醇等藥物有抑制瘢痕生成、減輕炎癥反應、促進局部血液循環(huán)的作用，對周圍神經(jīng)損傷有一定的療效。

4.2 神經(jīng)縫合

無論是神經(jīng)外膜縫合還是神經(jīng)束膜縫合，都保證了離斷處近遠端的吻合，縮短了軸突延伸的距離[25]，但相對而言，神經(jīng)束膜的吻和效果更好[26]。

4.3 神經(jīng)移植

適用于神經(jīng)缺損較大的情況，在缺損處提供一段可供軸突快速延伸的神經(jīng)鞘管，加快神經(jīng)再生的整個過程[27]。神經(jīng)移植采用的多為自體神經(jīng)，也有動物實驗表明，脫細胞的異體神經(jīng)移植與自體神經(jīng)移植的治療效果相當[28]。

4.4 神經(jīng)電刺激

有學者研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)碾姶碳つ艽龠M軸突延伸，提高軸突對接的特異性[29,30]，具體機制有待研究。

4.5 構建神經(jīng)再生室

采用各種天然材料或人工合成材料[31]，模擬施萬細胞構成的髓鞘，為軸突再生提供一個保護性的管道，也可加入各種生長因子如NGF改善微環(huán)境[32]。

4.6 干細胞療法

誘導外源干細胞分化為施萬細胞或施萬細胞的前體細胞[15]，加速髓鞘重建，同時這些細胞可釋放多種神經(jīng)營養(yǎng)因子，促進軸突延伸。

4.7 基因治療

陳渝等[33]通過動物實驗證明，在神經(jīng)修復的過程中，腺病毒介導的NGF 與MAG 共基因表達，可以促進周圍神經(jīng)再生。目前利用基因工程治療周圍神經(jīng)損傷仍停留在試驗階段，距離臨床的應用還很遙遠[34]。

綜上所述，周圍神經(jīng)損傷后修復過程緩慢。無張力的神經(jīng)束膜縫合對神經(jīng)恢復效果最顯著，而對神經(jīng)缺損較大的患者，神經(jīng)移植仍是金標準。構建神經(jīng)再生室是基于組織工程的療法，可以輔以生長因子和干細胞治療，是一種很有前景的治療方案。此外，各種各樣的藥物治療、基因治療等都輔助參與周圍損傷修復?？梢娚窠?jīng)修復已經(jīng)不單純僅僅局限于外科手術治療，而拓展為多學科的綜合治療方案[35]。

5 未來展望

近年來，人們對周圍神經(jīng)損傷的研究取得了巨大進展，主要集中于微觀領域，如損傷后再生基因的表達和信號傳導通路的激活。而在以下方面亟待突破：神經(jīng)損傷信號的本質(zhì)是什么、如何傳導；神經(jīng)損傷近端軸突靠什么機制準確延伸進入遠端鞘管，該機制存不存在，如何發(fā)揮作用；基底膜如何調(diào)控神經(jīng)再生過程；各種神經(jīng)營養(yǎng)因子在神經(jīng)再生過程中有什么關鍵作用；再生軸突如何與肌肉重建聯(lián)系等。這些問題的解決既需要廣大科研工作者的不懈努力，也需要基礎科研手段與方法的革新。