堿性成纖維細胞生長因子修飾骨髓間充質干細胞后對腦出血后神經功能影響的研究進展

朱業淘 劉 陽 王 童

四川省綿陽市第三人民醫院·四川省精神衛生中心神經外科，四川綿陽 621000

腦出血（intracerebral hemorrhage，ICH）是由腦內血管破裂引起的，是最嚴重的腦血管疾病之一，常導致成人的高死亡率和致殘率，因此仍然是公共衛生問題[1-2]。腦出血的發病機制和病理生理過程復雜，腦出血后組織的損傷，缺血缺氧，自由基的形成、血腫周邊的神經元變性、壞死、凋亡均可直接導致神經網絡的完整性受損和突觸聯系中斷，從而出現各類神經功能廢損[3-5]。近年來，干細胞替代療法被視為一種新興的治療策略，大概策略主要有兩種：一種是激活內源性神經干細胞進行治療；另一種是移植外源性干細胞進行治療。不管是內源性神經干細胞激活還是外源性干細胞移植，都可以在損傷區域，分化為新的神經元、膠質細胞等，從而達到促進神經功能恢復的治療目的[6]。骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）是外源性干細胞之一，能夠定向分化為神經元和神經膠質細胞從而促進腦出血后神經功能的恢復。堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）是一種神經營養因子，已被證實對骨髓間充質干細胞的分化等具有促進作用。本文就堿性成纖維細胞生長因子修飾后的骨髓間充質干細胞對自發性腦出血神經功能影響的研究進展做一綜述，為腦出血的治療提供更多的參考。

1 腦出血的病理發展過程和神經發生

腦出血通常是由腦內血管破裂引起，腦出血后的病理反應主要分為：①初始組織損傷和炎癥因子的局部激活；②炎癥驅動的血腦屏障破壞；③循環炎癥細胞的募集以及隨后的繼發免疫病理學；④參與促進組織修復和神經功能恢復的組織修復反應[7]。而腦出血后的原發性腦損傷主要在于血腫對局部腦組織產生的機械壓力以及潛在的血腫擴大后導致局部腦組織發生細胞毒性水腫和壞死，而繼發性損傷主要是由血液成分進入腦組織以及受傷的腦細胞引起的，這些腦細胞觸發多種有害機制，繼而加劇氧化應激，炎癥途徑，血腦屏障破壞和血管性水腫[8]。原發性腦損傷已不可避免，因此控制和改善繼發性腦損傷成為了目前的研究熱點。

有研究表明，在腦出血后腦組織會產生新的神經細胞從而在一定程度上改善受損的神經功能，但是新生的神經細胞數量非常有限難以達到理想的效果[9]。而腦組織中存在的神經干細胞可以分化為神經元，多存在于大腦的室管膜下區（subventricular zone，SVZ）和 海 馬 齒 狀 回（hippocampal dentate gyrus，HDG）[10-11]。目前對于內源性神經干細胞和腦出血的研究多在于激活內源性神經干細胞，或者移植外源性間充質干細胞分化為神經干細胞，然后進一步增殖分化為神經元和神經膠質細胞從而增加腦出血后神經細胞增殖的數量來達到更好的神經功能恢復效果。

2 骨髓間充質干細胞

2.1 骨髓間充質干細胞概述

骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）是多能祖細胞，據報道具有潛力分化成骨骼，軟骨，肌肉和脂肪等組織[12-14]。隨著干細胞替代治療策略的興起，作為干細胞來源之一的BMSCs 擁有能夠在體外大量擴增、可獲得性（自體或異體來源）和體外誘導的多分化性等優勢，有助于促進神經功能的重建和恢復，而且被證實能夠定向分化為神經元和神經膠質細胞[15]。BMSCs 除了具有上述特點外，還具有移植后能與受體腦細胞結合并長期存活，易于獲得、體外培養、傳代、增殖，不存在倫理學問題以及低免疫原性等優勢[16]，也因此被視作干細胞替代療法的理想的種子細胞。

2.2 骨髓間充質干細胞在腦出血中的應用

由于BMSCs 可以在適當條件下分化為神經干細胞并且進一步增殖、分化為神經元，因此對于BMSCs 移植治療腦出血的研究已廣泛開展。Cui 等[17]嘗試將BMSCs 植入到ICH 模型大鼠的腦內，并在移植后對大鼠的神經功能進行評分，發現移植入BMSCs 的大鼠較空白組大鼠肢體功能恢復的好，神經功能也得到了相應的改善，由此證實BMSCs 移植入腦后能改善腦出血動物的神經功能且能夠激活軸突再生；而在另外一組研究中[18]，科研人員發現，將BMSCs 移植入腦出血大鼠模型中，可以顯著降低腦出血后IL-1β，腫瘤壞死因子-α 的表達水平，從而減輕腦出血后的炎癥，對神經功能具有保護性作用，且在一定程度上逆轉了腦出血后的繼發性腦損傷；Wang 等[19]的實驗則證實了BMSCs 移植入腦可以恢復自發性腦出血誘導的血腦屏障破壞，從而增強神經功能的恢復。本文通過回顧相關文獻，歸納目前BMSCs 移植治療腦出血的主要機制可能有以下幾點：①BMSCs 有一定的“歸巢”能力，可以選擇性的遷移到受損的部位[20]；②BMSCs的轉分化機制，可以代替損壞的細胞，產生生長因子以及免疫調節等，此外還可以抑制膠質細胞的激活以減輕腦出血后的炎性細胞因子的釋放[21]；③BMSCs 可促進內源性神經細胞增生，進而引起神經功能恢復。

3 堿性成纖維細胞生長因子

3.1 堿性成纖維細胞生長因子概述

堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）是干細胞領域的一種生長因子和分化誘導劑[22]，其生物學作用主要有：神經保護，誘導新生血管生成，促進有絲分裂，抑制凋亡等[23-25]，是成纖維細胞因子家族的成員。bFGF 在胚胎和成人中樞及周圍神經系統中表達，維持神經細胞和膠質細胞的存活，促進交感神經和副交感神經軸突的生長，促進受損神經的修復和神經突觸的生長。此外，bFGF 能夠誘導腎上腺嗜酸性細胞瘤細胞s-12分化，延長人神經祖細胞神經再生和神經分化，因此bFGF 被認為是一種重要的生長因子[26]。目前干細胞無血清培養時，大多需要bFGF 存在才能生長良好。近年來已經有多個研究小組針對bFGF 腦室內注射后對不同實驗動物生理或病理狀態下的內源性神經再生的調控進行研究。在Zhang 等[27]的研究中，表達bFGF 的神經干細胞可以更好的增殖、遷移并向神經元分化，從而改善了腦缺血大鼠神經功能的恢復。Lin 等[28]研究則發現，在腦缺血大鼠模型中，經鼻內注入bFGF，顯著減少了腦組織損傷后的壞死、核固縮以及核碎裂等，以及多形核白細胞和巨噬細胞的浸潤，從而達到對腦損傷的神經保護作用。

3.2 堿性成纖維細胞生長因子對骨髓間充質干細胞的修飾作用

目前已有很多研究結果表明bFGF 對內源性神經再生有促進作用，且已被證實對BMSCs 的增殖、遷移、分化也具有促進作用[29]。而bFGF 作為一種有效的促分裂原，可以刺激各種干細胞類型的遷移，增殖和分化，對于BMSCs 來說，bFGF 可以通過激活Akt /蛋白激酶B 途徑增加BMSCs 的遷移活性，從而使BMSCs 經bFGF 轉染后有了更強的活力以及更強的抗細胞凋亡特性[30]。李學東等[31]實驗結果顯示，成纖維細胞生長因子可以有效的轉染入骨髓間充質干細胞，并且能成功在骨髓間充質干細胞中表達，骨髓間充質干細胞經成纖維細胞生長因子基因修飾后能更好的表達與受損腦組織中，較單純移植的骨髓間充質干細胞能更好的發揮促進功能恢復的作用。同時，在Liu 等[32]的研究中將bFGF 修飾后的BMSCs 移植入腦外傷大鼠腦內，發現移植組大鼠神經功能的恢復相較于陰性對照組大鼠的好。由此說明bFGF 修飾的BMSCs 可以促進腦外傷大鼠神經功能的恢復，并且在bFGF 的修飾下可以放大BMSCs 對受損神經功能恢復的效果。

4 小結及展望

腦出血作為腦卒中最為危險的亞型，對患者的傷害極其嚴重，而目前針對腦出血的治療，傳統的外科手術或者藥物治療等手段并不能達到較好的效果，出院后仍會導致殘疾或死亡，究其原因還是神經細胞再生極其困難。作為干細胞來源之一的BMSCs，有著其特有的優勢，可作為干細胞替代療法的理想的種子細胞。bFGF 對BMSCs 的增殖、分化等具有促進作用，而經bFGF 修飾后的BMSCs 在受損腦組織中相較于單純移植BMSCs 有更好的表達。目前國內外BMSCs 的研究多見于培養和分化等基礎研究，而關于疾病治療方面，在骨疾病、神經系統缺血性疾病或者功能性疾病中研究較多，罕見對腦出血的報道，尤其少見bFGF 修飾BMSCs 治療腦出血的研究，因此bFGF 是如何使內源性神經干細胞和運動神經元間相互作用的，以及腦損傷時內源性神經干細胞增殖、分化的機制仍不明確，還有待進一步深入研究。