骨髓間充質干細胞治療脊髓損傷患者的研究進展

陳仁輝(通信作者)

天津市第四中心醫院創傷骨科 (天津 300140)

脊髓損傷是由高處墜落、交通事故、體育意外、工礦事故等導致的脊柱損傷的嚴重并發癥之一，會導致患者損傷節段以下肢體發生嚴重的功能障礙，給其身體及心理帶來較大的痛苦。手術解除壓迫、物理治療、急性期大量激素治療均是臨床使用較多的治療脊髓損傷患者的方法。隨著醫療技術的進步，組織工程學與干細胞移植技術得到快速發展，骨髓間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSC)成為治療脊髓損傷患者的新思路，其能促進部位軸突的再生，重建突觸，恢復脊髓功能，對于脊髓損傷患者具有重要的意義。本研究主要介紹BMSC的生物學特征及其治療脊髓損傷患者的治療途徑、時間、次數及治療機制。

1 BMSC的生物學特征

(1)低免疫原性：BMSC表達MHC Ⅰ分子，但CD40、CD80、CD86、MHC Ⅱ等不表達；BMSC缺乏共刺激分子，其不會激活T淋巴細胞，能避免NK細胞、細胞毒性T細胞溶解，不會發生同種異體反應和移植物抗宿主病[1]。(2)增殖和分化潛能：在特定的培養條件下，BMSC體外培養會表現出較強的增殖能力，10周內可以倍增50次，具有分化潛能，能被誘導為成纖維細胞、脂肪細胞、骨與軟骨細胞等間充質細胞，還能分化成血管內皮細胞、神經細胞、心肌細胞等實質性細胞[2]。(3)趨化性：脊髓細胞損傷后，BMSC可以趨化損傷處，為組織修復提供理想的細胞移植來源。

2 BMSC治療脊髓損傷患者的途徑、時間、次數及機制

2.1 治療途徑

(1)靜脈內細胞懸液輸入法：此方法操作簡便，可以為患者輸入大量的BMSC，相比于直接注射于患者的脊髓損傷部位，靜脈注射對于患者的損害明顯更??；吳朗等[3]經靜脈將BMSC注射進大鼠的脊髓損傷部位，使用BBB評分評價治療效果，發現治療后大鼠后肢的運動功能較治療前有明顯好轉，Brd U抗體及免疫組化分析顯示，BMSC有效遷移至大鼠的脊髓損傷部位并存活。(2)細胞懸液立體定位注射法：目前多使用CT或MRI定位、三維立體頭架、神經導航指引等方式對移植細胞進行定點，移植細胞量一般為107～109/ml，相鄰的2個注射點間的距離為5 mm；此方法不會對BMSC造成損失，但是患者術后需要再次暴露脊髓，發生出血、感染等并發癥的概率大；此外，患者需要將已經愈合的皮膚再次剪開，將BMSC注射于損傷原位，會使患者脊髓損傷情況進一步加重，治療效果差異較大。(3)誘導分化后移植：BMSC是一種干細胞，其能通過移植治療脊髓損傷患者的理論基礎是可以向神經細胞方向分化，首先將BMSC在體外誘導分化成為神經膠質細胞或神經元，然后進行移植，此方法是一種有效的治療方法。(4)腰穿細胞懸液注射法：將BMSC懸液直接注入患者腦脊液中，能使其定向遷移至中樞神經損傷區聚集；此方法可以避開血腦屏障，讓更多的BMSC進入患者已受損傷的腦實質中，使得注射部位更接近于損傷部位，可提高治療效果；王謙等[4]研究表明，使用腰穿細胞懸液注射法能夠提高BMSC遷移至脊髓損傷部位的概率，使其能充分促進脊髓再生，代替死亡的細胞。(5)經蛛網膜下腔途徑移植：BMSC可以通過腰椎穿刺注入腦脊液中，能遷移至患者脊髓損傷部位，對受損的神經細胞進行修復；蔣顯鋒等[5]發現，相比于直接注射BMSC，使用經蛛網膜下腔途徑移植BMSC治療脊髓損傷患者的效果更好，且注射方法較為簡便，可以重復使用，是理想的使用BMSC治療脊髓損傷患者的途徑。

2.2 治療時間

脊髓損傷后，患者會在短時間內出現靜脈瘀血、脊髓動脈栓塞、灰白質壞死、脊髓水腫等癥狀，損傷后2～4 d癥狀會達高峰，經過數十天的發展，損傷的脊髓會廣泛壞死?，F階段，醫學界試驗關注的熱點是BMSC治療脊髓損傷急性期患者的臨床效果。有研究顯示，在患者脊髓損傷的急性期與亞急性期、慢性期，BMSC的保護、修復機制不同：在亞急性期和慢性期，BMSC具有重建神經通路，填充膠質細胞，刺激神經元再生的作用；在急性期，BMSC的作用以抗氧化、抗免疫反應為主[6]。莫翠萍等[7]在大鼠脊髓損傷的急性期與亞急性期使用BMSC治療，作用較為明顯，而在大鼠脊髓損傷的慢性期使用BMSC進行治療，幾乎無治療效果，研究還顯示，進行BMSC移植的最佳時間是大鼠發生脊髓損傷的第9天左右，此時大鼠體內的微環境適宜神經干細胞的生長、分化。

2.3 治療次數

增加治療次數能夠使BMSC數量增多，提高患者受損組織修復的效率，進而提高治療效果，但是患者發生二次損傷的風險增高，使患者遭受更大的痛苦，增加醫療費用。薛榮利等[8]分別對兩組大鼠進行單次移植和多次移植，結果顯示，對脊髓損傷進行多次BMSC移植，可促進脊髓損傷的恢復，改善神經功能，療效明顯優于單次移植，研究還顯示，最佳的移植次數是3次，接受3次BMSC移植后，神經改善功能不會再出現明顯改善，效果不會隨著移植次數的增加而提高。

2.4 治療機制

目前醫學界對于BMSC治療脊髓損傷患者的機制尚未有明確的報道，但有研究表明其與以下因素有關。(1)營養作用：BMSC能夠產生多種神經營養因子，如免疫復合物(IC)、神經生長因子(NGF)、腦源性神經生長因子(BDNF)、血管內皮細胞生長因子(VEGF)等，在修復患者脊髓損傷的過程中，上述因子能調控神經遞質的生成，調節神經元的存活，介導軸突生長，還可以重建血管，促進局部新生血管的生成，使得神經營養得到改善，提高神經細胞的存活率，有利于防止患者的脊髓組織受到二次損傷，提高神經元軸突的再生功能，重建神經傳導功能與髓鞘化。(2)替代作用：醫學界普遍認為，BMSC可以向神經細胞表型分化，表達神經細胞特異性標記蛋白，替代已經受損或者死亡的脊髓神經細胞；但有研究表明，若是分化細胞的數量過少，脊髓神經功能得到恢復的現象難以使用細胞分化替代進行解釋[9]。(3)吞噬作用：將BMSC移植到患者的脊髓受損部位，能夠吞噬壞死組織，抑制不利于神經再生的瘢痕形成。(4)橋梁作用：BMSC能夠橋接患者的脊髓損傷斷端，使得功能性突觸形成；移植到脊髓受損部位的BMSC可以提供支架，促使軸突再生，引導、趨化軸突向前生長；有研究證實，共同培養BMSC和神經干細胞，BMSC可以誘導干細胞分化為神經元，使其進行自我修復，能促進患者恢復脊髓神經功能[10]。

綜上所述，使用BMSC治療脊髓損傷患者有較高的前途及希望，給予脊髓損傷患者BMSC治療，向BMSC施以定向遷移的能力，能使其聚集到脊髓受損部位，促進受損部位的神經修復，改善脊髓損傷的微環境，提高治療效果，恢復患者的脊髓功能。但是，BMSC治療脊髓損傷患者的同時面臨較大的挑戰，仍存在較多的問題待探究、解決，需要科研人員及醫學工作者進行大樣本臨床試驗，開展更長期、更合理、更精細的試驗分析。