神經干細胞治療脊髓損傷的研究進展

李國剛，孫 濤，趙其娜，王泰華*

(1山東省紅十字會介入醫院，濟南250014;2山東中醫藥大學附屬醫院)

脊髓橫斷性損傷引起的神經功能障礙目前尚無有效的方法。神經干細胞的移植主要致力于提高軸突再生能力，其可以在患者的脊髓內遷移、分化為神經元以及分泌神經營養物質，具有促進脊髓損傷(SCI)后神經功能恢復的作用，有些甚至已經進入了臨床實驗階段。不過神經干細胞的成功應用，也存在很多問題。下面就神經干細胞特性和應用情況綜述如下。

1 神經干細胞的研究現狀

1.1 神經干細胞的來源、分布和分化 研究證實，神經干細胞可以從胚胎期神經系統的多個部位分離到;亦可以從成年的哺乳動物的體內分離到。有學者先后從大腦皮質、紋狀體、海馬、嗅球、腦室沿線包括側腦室、第三腦室和第四腦室、間腦、小腦、中腦、脊髓中分離得到了干細胞［1，2］。神經干細胞的生長方式為對稱性分裂和不對稱性分裂生長，分別使其具備分化和更新能力，但受分化前神經干細胞數目和分裂次數的控制［3］。目前研究認為，神經干細胞的分化受基因調控［4］，并且存在細胞自身基因調控和外源性信號調控兩種機制，神經干細胞在自身基因調控中依賴多個信號途徑，主要有Notch信號等途徑，在Notch信號轉導系統中Notch受體是一種整合型膜蛋白［5］，主要通過蛋白質相互作用，引起轉錄調節因子的改變或將轉錄調節因子結合到靶基因上，實現對特定基因轉錄的調控，通過對稱性分裂增加神經干細胞的數量，使神經干細胞不分化。

1.2 神經干細胞的基本特征 神經干細胞是指能夠產生成年動物中樞神經系統內主要細胞類型的，能夠進行自我更新的多潛能細胞，由Reynolds等［6］于1992年提出，指存在于神經系統內的一群具有多向分化潛能和自我復制能力的細胞群。神經干細胞的基本特征有:①多向分化。可以生成中樞神經系統內各種類型分化成熟的后代細胞。目前已經有實驗證明神經干細胞具有很強的跨系或跨胚層分化潛能，分化發育成其他細胞系。②自我維持和更新。在分化成其他細胞系的同時能夠自我更新，不斷形成新的神經干細胞;③歸巢性。移植過程中有向著其起源部位或功能及解剖區域的特殊趨化作用。④低免疫源性。在移植后相對較少發生免疫排斥反應。神經干細胞因上述特性而成為脊髓損傷的較理想移植材料。

2 神經干細胞在SCI治療中的應用

SCI可致損傷平面以下的運動、感覺及植物神經功能障礙，其修復一直是神經科學研究領域的一大難題。SCI后除原發性創傷直接對脊髓組織造成損害以外，損傷后微環境的改變和有害細胞因子的釋放亦間接損傷脊髓組織造成繼發性損害，如出現促進修復的神經因子缺乏、神經元的變性死亡、膠質瘢痕形成和空洞持續存在、抑制修復因子的釋放等情況［7］。目前其治療主要集中在改善SCI的生長環境、組織移植、干細胞移植、神經細胞移植等。神經細胞移植包括神經膜細胞(SCs)、嗅鞘細胞(OECs)、少突膠質細胞(OD)和被周圍神經激活的單核吞噬細胞等。利用其神經細胞或類神經細胞的特性促進神經的再生。Lee等［8］發現標記了的OECs在正常大鼠脊髓內進行廣泛地遷移，而在損傷的脊髓內遷移的范圍卻十分有限，并且沒有細胞能跨越橫斷損傷的脊髓部位。表明在SCI膠質瘢痕形成后，移植的OECs遷移能力和修復損傷能力均十分有限。

神經干細胞是一種潛在的、有效的神經系統組織工程的種子細胞。研究證明其來源于胎鼠的神經前體細胞在I型膠原上可以高度增殖并且分化［9］。神經干細胞作用于脊髓損傷的機制可能為:神經干細胞分化后產生的神經元和膠質細胞可分泌多種神經營養因子，改善脊髓局部的微環境，啟動再生相關基因的表達而使軸突再生，同時產生多種細胞外基質，來填充脊髓損傷后遺留的空腔，為再生軸突提供支持物;補充外傷后缺失的神經元和膠質細胞;使殘存髓鞘的神經纖維和新生的神經纖維形成髓鞘，保持神經纖維的完整性［10～12］。關于神經干細胞的移植時間，Ogawa 等［13］對 45只大鼠SCI 24 h后植入神經干細胞，細胞不能存活;但第9天移植則移植細胞大部分存活，并分化成不同類型神經細胞。證實損傷處微環境對神經干細胞存活有至關重要的作用。第9天時急性炎癥已消退，微環境進入修復階段，有神經生長、營養因子的表達及微血管的形成，有利于移植細胞的存活。也有學者提出損傷后1周內適宜為移植最佳時機，理由是損傷后由于細胞崩解、溶酶體破裂、組織水腫以及毒性物質釋放，脊髓殘端發生變性、壞死及空洞等。1周后逐漸形成膠質瘢痕，一旦瘢痕形成，神經纖維很難再生。神經干細胞移植途徑主要為:損傷部位原位移植、腦脊液途徑、靜脈輸入。

近年來，神經干細胞修復SCI得到了很大進步。Castdlanos等［14］將trk-C基因和NT-3因子修飾的神經前體細胞移植到完整的大鼠脊髓內，發現兩種處理因素聯用能促進神經干細胞的存活，填補脊髓空洞、促進β-微管蛋白纖維在移植細胞周圍的增生。Satake等［15］則將綠色熒光蛋白標志的神經干細胞在SCI損傷后的第3、5、7天自蛛網膜下腔注入，按時間順序分別在移植后的第7、14、28天取材，發現大部分移植細胞遷移到病變周圍，其中部分移植細胞表達了神經元和神經膠質細胞和少突膠質細胞的標志蛋白，同時大鼠的運動和神經功能得到明顯改善。SCI后形成的脊髓空洞需要大量的干細胞移植，包括神經干細胞移植在內的組織工程技術在短期內可以擴增足夠的神經細胞，并對移植的細胞起結構上的支撐作用，同時還可以創造適宜的微環境，使脊髓損傷得到盡快修復。目前亦有學者通過靜脈途徑注入神經干細胞治療SCI，也取得了較為理想的治療效果［16］。我院通過鞘內注射神經干細胞懸液治療脊髓損傷后遺癥療效顯著，隨機抽取58例，治療4周后感覺平面下移38例，大小便功能改善28例，雙下肢肌力增加34例，肌張力改善48例，疼痛減輕15例，在治療脊髓損傷后遺癥方面，取得了較為理想的治療效果。

目前，SCI的治療仍然是世界性難題。神經干細胞移植治療SCI亦存在諸多需要解決的問題:①神經干細胞的來源。目前神經干細胞主要來源是由胚胎干細胞培養分化。胚胎干細胞的來源主要是死亡胎兒、體外受精治療不孕患者提供的早期胚胎。尚不能滿足臨床需要且存在倫理學問題;②移植后的免疫排斥反應。神經干細胞移植很可能表達自體的主要組織相容性抗原，故存在免疫排斥反應;③遠期效果不理想。

目前對于實驗性SCI的神經干細胞移植修復研究進展較快，但還需進一步的研究才能大規模應用到臨床。隨著研究的深入，將為神經干細胞移植提供新的理論支持并促進其在臨床廣泛應用。

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