髓內(nèi)注射干細胞治療脊髓損傷的臨床研究現(xiàn)狀

王型金，戎 鑫，黃康康，洪 瑛，劉 浩*

1.四川大學華西醫(yī)院骨科，成都 610041

2.四川大學華西醫(yī)院麻醉手術中心，成都 610041

3.四川大學華西護理學院，成都 610041

脊髓損傷（SCI）是一類多種原因造成脊髓完整性和連續(xù)性破壞，進而導致受傷平面以下運動能力受損、感覺功能及自主神經(jīng)功能障礙的疾?。?-3］。其發(fā)生的主要原因為各類創(chuàng)傷因素，如交通事故、高處墜落及重物砸傷等［4］。在脊髓受到暴力作用后，受傷部位出現(xiàn)組織變形和撕裂，大量出血以及細胞死亡，緊接著發(fā)生缺血、水腫，造成脊髓上下行神經(jīng)纖維（運動和感覺神經(jīng)通路）脫髓鞘、斷裂，甚至脊髓神經(jīng)元的死亡［5-6］。SCI 的發(fā)生率逐年增加，由于其具有很強的致殘性和危險性，給患者及家庭帶來沉重的負擔［1，7-9］。目前，SCI 的治療方式主要有手術、藥物、高壓氧、物理康復等。由于SCI 病理生理過程的復雜性，以及神經(jīng)細胞幾乎很難自我修復，其治療效果及預后仍不盡人意［10-13］。

干細胞在一定條件下具有增殖和自我更新能力，能進一步分化為多種功能細胞。近年來，髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 逐漸成為研究熱點［13-16］。髓內(nèi)注射可將干細胞直接注入損傷的脊髓處，相較其他給藥途徑，細胞存活時間較長，理論上可促進脊髓組織的長期修復［17］。本文就治療SCI 所用干細胞類型、髓內(nèi)注射操作及臨床應用作如下綜述。

1 干細胞類型

目前，髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 主要采用自體骨髓間充質(zhì)干細胞和神經(jīng)干細胞，2 種干細胞用于不同類型的SCI 均安全可行［14］。自體骨髓間充質(zhì)干細胞具有低免疫原性，在SCI 的修復過程中，可遷移至受傷的脊髓，隨后發(fā)生表型變化，表現(xiàn)出一種神經(jīng)細胞表型，允許表達促進修復的因子，但并非替換受損及壞死的細胞［18］；神經(jīng)干細胞具有多能性，可以分化為不同的細胞類型，具有促進組織再生及在損傷脊髓中形成新回路的潛能［19］。在SCI 的修復中，神經(jīng)干細胞可以通過分化為少突膠質(zhì)細胞促進軸突的髓鞘再生，達到修復受損脊髓的目的，理論上對脊髓神經(jīng)修復效果更好［14］。而在使用神經(jīng)干細胞進行治療的臨床研究中均使用了免疫抑制劑［20-23］，這與部分患者在術后出現(xiàn)發(fā)熱、頭痛等不良事件有關［14］，同時也會影響干細胞移植的療效［20］。

2 髓內(nèi)注射操作方式

髓內(nèi)注射的操作方式包括臺式固定注射和手持注射［22］。臺式固定注射穩(wěn)定性較好，但對患者的創(chuàng)傷較大；手持注射較為方便，但存在精確度較差的問題。

臺式固定注射借助錨定裝置可精準定向在一個或多個位點進行操作。Curtis 等［23］在進行移植操作時，首先取出患者手術部位的內(nèi)固定裝置，再將一個由4 根不銹鋼柱和螺釘組成的支撐平臺放置于患者椎板切除水平的上、下椎體上。在該支撐平臺的輔助下，將連接有注射泵的注射針頭插入脊髓組織進行干細胞注射。細胞注射速率為5 μL/min，持續(xù)2 min，注射完成后停留1 min 觀察有無細胞懸液漏出，再緩慢拔出注射器，防止細胞沿針道回流，接著行下一部位注射。該研究中，注射針頭可在注射時隨患者呼吸運動以及脊髓搏動時進行漂浮，進而保持注射的準確性與穩(wěn)定性。因此，整個過程中患者無須暫停自主呼吸。但因需要固定注射裝置，術中切口與肌肉剝離范圍較大，有加重患者術后椎旁肌肉萎縮及脊柱不穩(wěn)定的風險［22］。

手持注射醫(yī)師可通過訓練在注射過程中保持穩(wěn)定，并能主動調(diào)整注射器以適應患者潛在的呼吸運動。Saini等［24］采用注射器在損傷部位周圍6個注射點進行注射，注射速率為300 μL/min，細胞總劑量為2×108個，注射完成后在原位停留5 min，以防止細胞滲漏。Yoon 等［25］采用了同樣的方式進行干細胞注射。Curt 等［20］和Levi 等［21-22］根據(jù)術前MRI和術中超聲觀察患者SCI部位的髓內(nèi)改變，以確定干細胞注射部位，細胞注射速率為20 μL/min，頸段SCI患者使用的細胞數(shù)量為15×106～ 40×106個，胸段SCI患者使用的細胞數(shù)量為20×106個。在Curt 等［20］和Levi 等［21-22］的研究中，所有患者都曾在受傷后接受椎板減壓切除術治療，移植過程均在不移動原有內(nèi)置物的情況下進行。主刀醫(yī)師使用手持注射器將針頭緩慢插入脊髓，進針深度根據(jù)術前MRI 確定，注射完成后停留1 min，避免細胞沿針道流出。部分患者須在SCI 水平上下進行多次注射，相鄰注射部位須沿脊髓長軸間隔5 ～ 7 mm。Oh 等［26］在切除椎板并切開硬膜后，采用注射器在正常脊髓區(qū)域與損傷脊髓區(qū)域共5 個點進行注射，注射細胞總量為1.6×107個，硬膜下腔注射的細胞總量為3.2×107個，每個部位的注射均在10 s內(nèi)完成，然后停留1 min再取出針頭，取針后在注射部位涂上纖維蛋白膠防止細胞滲漏。

髓內(nèi)注射干細胞是一種有應用前景的SCI 治療方法，但手術操作需要考慮SCI 部位形態(tài)的自然演變過程。SCI 患者在受傷后早期，損傷部位可能會出現(xiàn)水腫，這是由局部細胞損傷導致的炎性反應和細胞滲漏引起的，這種水腫狀態(tài)通常會在幾周內(nèi)逐漸減輕，但在這一過程中，細胞注射量應有所限制，以避免增加壓力，損傷周圍正常神經(jīng)組織。在SCI后期，傷口周圍可能會形成囊腫，這是由細胞壞死和神經(jīng)軸突斷裂導致的神經(jīng)膠質(zhì)細胞增生和膠質(zhì)纖維化；囊腫可以產(chǎn)生額外的壓力并損傷周圍組織，這種情況下注射干細胞可以幫助改善組織修復，但應根據(jù)囊腫大小和位置及患者具體情況來調(diào)整細胞注射量和次數(shù)，以確保安全性和耐受性［14，21-22］。手持注射相較于臺式固定注射更加簡便，無須移除內(nèi)固定，避免了額外剝離椎旁肌肉，主刀醫(yī)師的可控性更高，同時對患者的創(chuàng)傷更小，適用于不同類型的SCI 患者。在術中超聲的輔助下，可準確定位損傷部位，并能對整個注射過程進行監(jiān)測，防止操作過程中注射至其他部位［14，27］。

3 臨床應用

3.1 安全性

采用干細胞治療SCI，具有形成髓鞘、促進和引導軸突生長和連接損傷部位的潛能［28-29］，同時也有導致異常增殖的風險［30-31］。因此，干細胞治療SCI 的安全性常被作為試驗的主要結局指標或共同主要結局指標。目前，髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 的臨床研究中，尚未發(fā)生因干細胞制劑導致的嚴重不良事件［20，22-23，25-27，32］。

Curtis等［23］的研究中，受試者在完成干細胞移植后進行了為期18 ～ 27個月的隨訪，期間未發(fā)生脊髓水腫、腫脹、積液或感染等不良事件，也未出現(xiàn)腦脊液漏或切口感染等操作相關并發(fā)癥。但在Curt等［20］和Levi等［21-22］的研究中，干細胞移植后存在腦脊液漏、假性硬膜膨出及傷口感染等問題。其中，胸段SCI的患者在完成髓內(nèi)注射后，1例于術后11 d發(fā)生腦脊液漏，1例于術后13 d發(fā)生假性硬膜膨出，1例在移植后49周發(fā)生便秘和尿路感染，上述患者均進行了延長住院時間治療或再入院治療；在后期6年的隨訪過程中，共出現(xiàn)包括膀胱功能障礙、異位骨化、脫肛、精神失常及骨折在內(nèi)的6 例嚴重不良事件，但未發(fā)生與干細胞制劑或移植操作相關的并發(fā)癥。在頸段SCI 的患者中，在1 ～ 12 個月的隨訪中共有9 例出現(xiàn)了包括傷口感染、便秘、自主反射障礙、術后敗血癥、癲癇、傷口血腫、失語、后路可逆性腦病綜合征、尿路感染在內(nèi)的嚴重不良事件，但沒有一例被認為與手術操作、干細胞注射操作或干細胞制劑有關［21-22］。Yoon 等［25］的研究中，平均10.4 個月的隨訪過程中沒有再次手術的不良事件，但有1 例在干細胞移植術后出現(xiàn)了短暫的神經(jīng)功能惡化，包括上肢握力的減退。除此之外，有7例發(fā)生神經(jīng)性疼痛，3 例發(fā)生頸后部肌肉張力增高。

綜上所述，目前采用髓內(nèi)注射干細胞的方式治療SCI 總體安全，未發(fā)生因干細胞注射導致的嚴重不良事件，但由于髓內(nèi)注射需要打開硬膜進入脊髓，對無菌和手術操作技巧要求較高，否則有傷口感染的風險，不利于患者的護理；同時，對硬膜進行穿刺有術后腦脊液漏和假性硬膜膨出的風險。因此，髓內(nèi)注射干細胞需要注意對脊髓的保護，并嚴格遵守無菌操作，以避免操作相關的并發(fā)癥發(fā)生。

3.2 有效性

采用干細胞治療SCI 的臨床研究中，有許多指標可用于評估患者治療后功能改善的情況［14］，包括SCI 國際標準化神經(jīng)學分類（ISNCSCI）評分、美國脊髓損傷協(xié)會（ASIA）分級、神經(jīng)功能穩(wěn)定性、神經(jīng)電生理監(jiān)測、自主神經(jīng)功能評定、查體情況等［20，22，27，33-34］。采用不同的評估方式可提高干細胞治療SCI 有效性檢測的敏感度，并最大限度地提高研究結果的臨床適用性［14］。

目前各臨床研究中，對髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 的治療效果進行了初步探索。Curtis 等［23］使用人脊髓源性神經(jīng)干細胞對4 例慢性胸段SCI 患者進行了治療，在18 ～ 27 個月的隨訪中發(fā)現(xiàn)，2 例的ISNCSCI 評分有不同程度提升，但所有患者的生活質(zhì)量評分并沒有顯著變化。Curt 等［20］對12 例ASIA分級為A 或B 級的亞急性或慢性胸段SCI 患者進行了6年的隨訪發(fā)現(xiàn)，5 例患者在輕觸覺、針刺覺或直腸深壓覺等感覺功能方面有細微改善，并伴有運動誘發(fā)電位和感覺誘發(fā)電位的改善。Levi 等［22］對29例亞急性或慢性頸段或胸段SCI 患者進行髓內(nèi)注射神經(jīng)干細胞制劑治療，隨訪1年后發(fā)現(xiàn)，患者上肢運動、力量、敏感度和握力等均有所改善。Oh 等［26］使用患者自體骨髓間充質(zhì)干細胞對16 例慢性頸部SCI 患者進行了注射治療，隨訪12 個月發(fā)現(xiàn)，2 例上肢運動功能改善，4 例感覺誘發(fā)電位改善，6 例運動誘發(fā)電位改善，僅有1 例運動評級提升。Saini等［24］與Yoon 等［25］均使用患者自體骨髓間充質(zhì)干細胞在SCI 部位周圍進行多次注射。Saini 等［24］的研究顯示，術后隨訪時MRI 提示13 例損傷部位的囊腔均縮小。Yoon等［25］的研究顯示，急性期接受治療的患者中，29.5%的神經(jīng)功能ASIA 分級從A 級改善至B 或C 級；亞急性期接受治療的患者中，33.3%的神經(jīng)功能從A 級改善至B 或C 級；慢性期接受治療的患者神經(jīng)功能沒有變化。

綜上，髓內(nèi)注射干細胞可部分提高患者感覺及運動功能評分，初步證明了其有效性，但還有較多問題亟待進一步研究。首先，不同研究中患者從受傷到接受干細胞治療的時間窗不同。雖然慢性期患者在進行干細胞治療后病情有所改善［21，23，26］，但Yoon等［25］的研究發(fā)現(xiàn)，在傷后急性期（＜ 2周）或亞急性期（2 ～ 8周）進行干細胞治療的患者中，有30.4%患者的神經(jīng)功能有所改善，而在慢性期（＞ 8周）進行干細胞治療的患者中則未觀察到明顯的變化。因此，盡早進行干細胞治療似乎具有更好的療效［35］。除此之外，各研究中使用的干細胞劑量也不相同，療效差異可能與干細胞類型［23，25］、注射次數(shù)［23-24，26］及試驗設計本身有關，但各研究結果均提示干細胞治療后患者的神經(jīng)功能有所改善。因此，未來還需要SCI 患者類型、損傷節(jié)段及干細胞類型與劑量一致的臨床研究來進一步證實髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 的有效性。

4 結語與展望

綜上所述，髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 的安全性與有效性已得到初步證實，在干細胞制劑注射后的隨訪過程中，未發(fā)生與干細胞制劑相關的嚴重并發(fā)癥，進一步證實了干細胞治療SCI 的安全性。治療后，患者的感覺和運動功能部分得到了改善，且MRI 表明脊髓內(nèi)部囊腔體積縮小，神經(jīng)電生理監(jiān)測結果提示運動誘發(fā)電位和感覺誘發(fā)電位改善，表明髓內(nèi)注射干細胞治療SCI 有效。但關于干細胞治療SCI 對患者運動功能、二便功能和生活質(zhì)量的改善情況，還需要更多的研究來進行評估。此外，各臨床研究中使用的干細胞量有一定差異，在3 項使用自體骨髓間充質(zhì)干細胞的臨床研究中，干細胞使用量為2×108個和1.6×107個，干細胞注射總體積為1.8 mL和1.0 mL［24-26］；在4項使用神經(jīng)干細胞的臨床研究中，干細胞使用量為12×105～ 4×107個［20-23］，干細胞注射總體積為60 μL ～ 1 mL。對于髓內(nèi)注射操作使用的干細胞量尚無統(tǒng)一結論，且細胞量越高也并未帶來更明顯的功能改善。干細胞治療SCI 的注射量和治療次數(shù)因患者個體差異而異，需要根據(jù)患者具體情況而定。

髓內(nèi)注射干細胞的方法主要為手持注射與臺式固定注射。手持注射方式操作簡便、患者創(chuàng)傷較小，在臨床研究中使用較多；臺式固定注射更加穩(wěn)定，但對患者創(chuàng)傷較大，未來是否能夠結合脊柱內(nèi)窺鏡技術，通過內(nèi)窺鏡通道進行髓內(nèi)注射，還須進一步研究。目前使用的干細胞種類主要為自體骨髓間充質(zhì)干細胞和神經(jīng)干細胞，自體骨髓間充質(zhì)干細胞具有多向分化潛能和免疫調(diào)節(jié)作用，可促進神經(jīng)組織再生和修復；神經(jīng)干細胞具有神經(jīng)元特異性，可分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞，可更好地促進神經(jīng)組織再生。雖然這兩種干細胞都被證明在治療SCI 中具有潛在的療效，但哪一種干細胞更有效，目前還沒有一致的結論。因此，干細胞注射治療SCI 的髓內(nèi)注射方式、干細胞選擇還需要進一步深入研究。