神經(jīng)干細胞對創(chuàng)傷性顱腦損傷治療的研究進展

王良偉 綜述 陶 進 校審

安徽蕪湖市弋磯山醫(yī)院神經(jīng)外科 蕪湖 241000

隨著社會經(jīng)濟水平不斷提高,交通運輸?shù)陌l(fā)達,創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury,TBI）呈不斷上升趨勢,顱腦損傷在全身部位損傷中約占15％,僅次于四肢傷,雖然顱腦損傷的臨床診治及相關(guān)基礎(chǔ)研究方面取得很大的進展,但帶來了嚴重的社會問題和沉重的經(jīng)濟負擔[1]。對于創(chuàng)傷性顱腦損傷病人的緊急處理是支持治療,并在保持大腦充足灌注的情況下控制顱內(nèi)壓,長期治療主要包括改善病人的認知和肢體的運動功能。盡管臨床上采取了積極地應(yīng)對措施,但是神經(jīng)元幾乎沒有自我修復(fù)的能力,也沒有很好的治療方法能扭轉(zhuǎn)細胞或者亞細胞水平的損傷。自1992年Reynolds[2]首次提出成年哺乳動物的腦中存在神經(jīng)干細胞后,學者們對神經(jīng)干細胞進行了大量的研究,神經(jīng)干細胞對神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的功能修復(fù)越來越受人重視。

1 神經(jīng)干細胞定義

長期以來,人們認為中樞神經(jīng)的神經(jīng)細胞在出生前或出生后不久就失去再生的能力,且成年哺乳動物腦內(nèi)神經(jīng)細胞不具備更新能力,一旦受損乃至死亡就不能再生。但近年的一些研究表明,成年哺乳動物的腦組織仍可以不斷產(chǎn)生新的神經(jīng)元細胞,成人腦組織中同樣存在神經(jīng)干細胞,主要在側(cè)腦室下層（SVZ）和海馬齒狀回。1997年,M ckay[3]提出神經(jīng)干細胞的定義是具有分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞少突膠質(zhì)細胞的能力,能自我更新并足以提供大量腦組織細胞的細胞群落,然而M ckay所提的并沒有涉及神經(jīng)干細胞的性質(zhì)。在2000年,Gage[4]提出神經(jīng)干細胞的特性,即能生成神經(jīng)組織或來源于神經(jīng)系統(tǒng),具有自我更新能力,可通過不對稱細胞分裂產(chǎn)生新的細胞。根據(jù)前人的研究,我們可以將神經(jīng)干細胞定義為：神經(jīng)干細胞（neural stem cell,NSCs）是一類能產(chǎn)生神經(jīng)組織或源于神經(jīng)系統(tǒng)具有自我更新能力通過不對稱分裂生成自身之外的其他類型細胞或組織。

2 神經(jīng)干細胞在創(chuàng)傷性顱腦損傷治療的進展

創(chuàng)傷性顱腦損傷的機制復(fù)雜,臨床上只是對癥及保護損傷的神經(jīng)細胞為主要措施,但死亡的神經(jīng)元細胞將永遠失去功能,這樣對受傷患者就會留下很多后遺癥。隨著神經(jīng)干細胞的發(fā)現(xiàn),人們應(yīng)用神經(jīng)干細胞移植治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷,恢復(fù)受損的功能成為研究的熱點。

2.1 內(nèi)源性神經(jīng)干細胞遷移修復(fù)在創(chuàng)傷性顱腦損傷發(fā)生后,中樞神經(jīng)系統(tǒng)可以動員內(nèi)源性的神經(jīng)干細胞來對受損的區(qū)域進行修復(fù)。內(nèi)源性神經(jīng)干細胞來源包括靜息狀態(tài)下的神經(jīng)干細胞被激活和成熟的神經(jīng)細胞逆向分化兩個方面：（1）靜息狀態(tài)下的神經(jīng)干細胞被激活：神經(jīng)干細胞在大腦中廣泛分布如室管膜下區(qū)（SVZ）、海馬顆粒下層（SGZ）等腦組織在受到創(chuàng)傷后,上述區(qū)域的神經(jīng)干細胞被激活,在誘導因子作用下向損傷部位遷移并分化成神經(jīng)細胞。海馬部位的神經(jīng)干細胞被分為1型和2型兩種亞型,在顱腦損傷后會誘發(fā)此部位的神經(jīng)干細胞向受損部位移行,進行修復(fù)。研究表明主要以1型干細胞為主,且在修復(fù)過程中需要其持續(xù)的活化[5-6]。（2）成熟的神經(jīng)細胞逆向分化：在一些神經(jīng)系統(tǒng)的病理狀態(tài)下如腦缺血、腦外傷、癲和神經(jīng)變性疾病等可以出現(xiàn)成熟神經(jīng)細胞胚胎化,出現(xiàn)胚胎神經(jīng)上皮的特性的再表達,這種神經(jīng)干細胞有人認為是少突膠質(zhì)細胞的前體細胞。而內(nèi)源性神經(jīng)干細胞向病變部位的遷移是在一些因子參與下完成的,包括炎性因子如 IFN-г、TNF、IL-2等,生長因子如 IGF、TGFβ1、VEGF 等,趨化因子如 MCP-1、C5a、ILβ4等酶如金屬蛋白釋放酶（MMPS）、多形唾液酸性蛋白酶（PSA）等及其他細胞因子如CSF、EPO等。在這些因子的影響下,神經(jīng)干細胞遷移到受損區(qū)域開始參與受損和缺失細胞的修復(fù)和替換,但這些內(nèi)源性因子,產(chǎn)生的量相對較少。一些學者通過試驗體外輸入神經(jīng)營養(yǎng)因子刺激患者體內(nèi)的內(nèi)源性神經(jīng)干細胞,發(fā)現(xiàn)能快速積極地促進神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復(fù),Schneider[14]和Shyu WC[15]認為 G-CSF能動員內(nèi)源性神經(jīng)干細胞參與修復(fù),能有效恢復(fù)腦缺血造成的神經(jīng)功能損傷。雖然內(nèi)源性干細胞在大腦內(nèi)分布廣泛,但在數(shù)量上相對較少,且有些干細胞離受損部位距離遠,到達不了受損區(qū)域。這種修復(fù)功能僅能起到較小的修復(fù)效果,在嚴重的腦損傷或神經(jīng)病變的情況下,這種修復(fù)功能起不到太大的作用。

2.2 外源性神經(jīng)干細胞的植入外源性神經(jīng)干細胞相對來說來源較廣泛,體外易培養(yǎng),且干細胞的數(shù)量上能達到一定的要求,特別是對嚴重的腦損傷或神經(jīng)病變。Aleksand rovaMA等[16]在各自的研究中發(fā)現(xiàn)被植入宿主體內(nèi)的神經(jīng)干細胞能夠向受損和病變的部位趨行、聚集并且能夠存活下來,增殖分化成為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞,建立聯(lián)系,部分恢復(fù)宿主缺失的功能。近些年一些研究員將人的神經(jīng)干細胞移植到實驗大鼠的皮層中,通過免疫組化的檢測發(fā)現(xiàn)其能夠整合到宿主的腦組織中,并分化形成皮層樣細胞和海馬區(qū)錐體神經(jīng)細胞,與鄰近的神經(jīng)細胞形成了突觸聯(lián)系,后通過膜片鉗技術(shù)進行檢測,顯示這些細胞有正常的電生理特征,能接受與之建立聯(lián)系的神經(jīng)元的刺激信號,這些表現(xiàn)出了神經(jīng)的電信號傳遞功能。Georgia Makri等將BM 88/Cend1高表達的神經(jīng)干細胞植入到大鼠受傷皮層內(nèi),經(jīng)過一段時間的觀察發(fā)現(xiàn)BM 88/Cend1高表達的神經(jīng)干細胞能有效地轉(zhuǎn)化成GABA能的中間神經(jīng)元,且能明顯減少星形膠質(zhì)瘢痕的形成而增加神經(jīng)元的數(shù)量[17]。Yamasaki TR等[18]將神經(jīng)干細胞植入到海馬缺失的轉(zhuǎn)基因小鼠受損部位,經(jīng)過一段時間的觀察和檢測,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細胞與其他神經(jīng)元融合、遷移、分化,且最顯著的是小鼠的記憶功能有明顯的改善。H arting等[19]直接將神經(jīng)干細胞植入到實驗大鼠受傷的腦組織,在接受治療的兩個星期有1％～3％存活并產(chǎn)生聯(lián)系,大鼠的運動功能有很大的改善,但是在認知方面的恢復(fù)情況沒有辦法識別。在顱腦損傷后腦組織發(fā)生水腫、神經(jīng)元細胞死亡及炎癥反應(yīng),腦組織分泌一些炎性分子如 TNF-α、IL-6等。最近 Lee等[20]在腦出血模型的大鼠注入神經(jīng)干細胞,發(fā)現(xiàn)其有抗炎的作用,神經(jīng)干細胞在受傷后的2 h和24 h被分別注入,做對比的是在相同時間段將神經(jīng)干細胞直接植入受傷部位,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在超急性期（傷后2 h）經(jīng)注射的一組顯示神經(jīng)干細胞可以減少早期神經(jīng)元的惡化,降低腦水腫的形成,減少炎性浸潤和神經(jīng)元的凋亡。另外早期的神經(jīng)干細胞的注入也可以減少TNF-α、IL-6和 NF-ΚB。外源性干細胞的植入的方法有很多種,如局部立體定向植入、腰穿植入、枕大池植入、靜脈和動脈植入等,但每一種方法都有自己的優(yōu)缺點。

2.3 內(nèi)源性神經(jīng)干細胞體外培養(yǎng)再植入內(nèi)源性神經(jīng)干細胞分布雖然廣,但在對于重度顱腦損傷及嚴重神經(jīng)系統(tǒng)病變就有一定的局限性,而外源性神經(jīng)干細胞在植入到受損區(qū)也存在一定的問題如免疫排斥反應(yīng)等。對此一些學者就做了一些針對此類問題的研究,并在臨床上進行了實驗。朱虹劍等[21]從腦外傷病人的受損腦組織中成功提取了神經(jīng)干細胞,并通過體外培養(yǎng)后再植入受傷部位,結(jié)果發(fā)現(xiàn)病變部位明顯好轉(zhuǎn)。彭鋼等利用克隆羊自身的體細胞培養(yǎng)干細胞,再利用同一克隆羊造腦挫裂傷模型,自體干細胞植入損傷部位。結(jié)果發(fā)現(xiàn)自體干細胞能改善受傷部位的微環(huán)境,促進水腫消退,阻止進一步的繼發(fā)性損傷過程,且能良好存活,分化,并可以重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

3 神經(jīng)干細胞對創(chuàng)傷性顱腦損傷的治療存在的問題

雖然現(xiàn)在對神經(jīng)干細胞的基礎(chǔ)和治療研究有大進步,而且在臨床上也有相應(yīng)治療情況的報道,但其在治療人類的神經(jīng)系統(tǒng)疾病和創(chuàng)傷性顱腦損傷還缺乏充足的臨床試驗,其還存在一些作用沒有解決。

3.1 移植后細胞的存活在大量的動物實驗研究顯示,神經(jīng)干細胞移植到受傷部位后會有大量的干細胞死亡,能存活的細胞數(shù)不到10％左右,分析其原因可能與受傷部位免疫排斥、缺乏內(nèi)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、炎癥反應(yīng)引起的細胞毒性反應(yīng)和自由基損傷有關(guān)。最近有學者用1-甲基-4苯基-1,2,3,6四氫吡啶打入靈長類大腦內(nèi)造模,再植入神經(jīng)干細胞,其中一組加入免疫抑制劑,結(jié)果加入免疫抑制劑一組神經(jīng)干細胞在生長、分化明顯優(yōu)于未加免疫抑制劑一組。提示神經(jīng)干細胞可能有免疫原性,存在免疫排斥風險,可以造成移植的干細胞大量死亡[22]。M ilosevic等[27]在其研究中發(fā)現(xiàn),即使在體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞也有四分之一的細胞表現(xiàn)出凋亡的跡象,在移植前對其進行抗凋亡處理后能明顯提高細胞的存活率,這也從側(cè)面表明凋亡因素是細胞移植后細胞的存活的一個重要因素。

3.2 致瘤性神經(jīng)干細胞在用于各種治療的時候就被人們廣泛的評價其安全性,一些臨床報道其是安全,且有較高的抗致瘤性。而Rubio D等[23]對干細胞在體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),短期時間內(nèi)（6～8周）干細胞可以比較穩(wěn)定增殖,沒有發(fā)現(xiàn)其有細胞轉(zhuǎn)變成腫瘤細胞,但當長期在體外培養(yǎng)時（4～5月）,干細胞就會出現(xiàn)腫瘤細胞。Li等[24]認為年齡也是植入神經(jīng)干細胞轉(zhuǎn)變成腫瘤細胞的一個因素,在用胚胎干細胞治療創(chuàng)傷性顱腦損傷的動物模型時,有個別模型的細胞發(fā)生瘤變。由于神經(jīng)干細胞的植入治療還處于一個臨床的前期階段,其在人體內(nèi)的致瘤性還需要長期的觀察來確認。

3.3 栓塞神經(jīng)干細胞的植入有很多途徑如直接植入到受損部位、枕大池穿刺以及腰大池穿刺等,相比較而言,以脈管注入最經(jīng)濟方便,但此種方法易引起栓子形成。Peters等[25]報道了1例卵圓孔未閉的病人,在移植干細胞后,干細胞形成了栓子。以前也有在用干細胞治療血液系統(tǒng)腫瘤,發(fā)生肺部形成栓子的報道。

3.4 植入的時間和方案目前對于干細胞的植入時間在什么時間段最好尚還沒有確切定論,對于植入的方案也沒有一個統(tǒng)一的認識,包括不同來源神經(jīng)干細胞體外培養(yǎng)的時間、培養(yǎng)的條件以及植入的部位等問題,如何使這個植入的細胞能有效地更好地發(fā)揮作用還需要更多的證據(jù)。

4 展望

盡管神經(jīng)干細胞的基礎(chǔ)研究已取得很大的進步,但仍然還有很多問題亟待解決,如神經(jīng)干細胞植入的方式、時間、部位的選擇等。在現(xiàn)階段我們還很難獲得來源同一系譜、無異質(zhì)性、分化程度一致的神經(jīng)干細胞,而且受傷的腦組織是一個非常復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境,神經(jīng)干細胞在植入后能否很好的與宿主細胞整合在一起,是否在受傷的腦組織中發(fā)生瘤變及排斥反應(yīng)等問題都會影響移植效果,體外可以誘導出所需的神經(jīng)細胞,但是當神經(jīng)干細胞植入到受損部位時神經(jīng)干細胞能否定向分化還是一個難題。相信隨著神經(jīng)干細胞研究的進一步深入,技術(shù)的進一步完善,神經(jīng)干細胞植入治療創(chuàng)傷性顱腦損傷將有可能成為一個有效措施之一。

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