作者：蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科  吳卓

    脊髓損傷（SCI）是一種嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)損傷，是致殘的主要原因之一。但目前依然缺乏行之有效的治療措施。以往SCI的治療主要集中在藥物治療、手術(shù)干預(yù)等方面，近些年來細(xì)胞移植治療SCI逐漸成為主要的研究方向之一。本文就細(xì)胞移植修復(fù)SCI的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為臨床上進(jìn)一步治療SCI提供新的理論依據(jù)。

    干細(xì)胞

    干細(xì)胞（stemcell）是一類具有自我更新能力和多向分化潛能的非特異性細(xì)胞，在一定條件下，干細(xì)胞可以分化為不同形態(tài)、功能的細(xì)胞。研究證實(shí)干細(xì)胞能夠在SCI動(dòng)物模型的脊髓內(nèi)存活、遷移，在促進(jìn)脊髓修復(fù)和神經(jīng)功能恢復(fù)中發(fā)揮重要作用，近年來備受關(guān)注。

    骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

    骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）是來源于發(fā)育早期中胚層的一類多能干細(xì)胞。在一定的環(huán)境誘導(dǎo)下可以分化為神經(jīng)元、心肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞等多種細(xì)胞，并且可以在中樞神經(jīng)組織里遷移和整合，參與神經(jīng)損傷修復(fù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于SCI的實(shí)驗(yàn)研究之中。目前，大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)BMSCs經(jīng)腰椎穿刺、動(dòng)脈移植等多種方法可以促進(jìn)SCI后神經(jīng)功能恢復(fù)。有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)證明，異體人的BMSCs治療SCI患者安全有效，并采用腰椎穿刺的方法將BMSCs移植到損傷部位，特別適合于慢性SCI患者。王晶等研究結(jié)果表明，經(jīng)肋間動(dòng)脈移植BMSC可明顯促進(jìn)SCI家兔受損神經(jīng)軸突再生，有效抑制膠質(zhì)瘢痕形成，進(jìn)而加速脊髓功能恢復(fù)。

    但是，有學(xué)者認(rèn)為單純進(jìn)行BMSCs移植對(duì)受損脊髓組織的修復(fù)作用并不理想，需結(jié)合其他手段進(jìn)一步提高療效。因此，BMSCs聯(lián)合多種方式治療SCI的實(shí)驗(yàn)研究愈來愈受到重視。Ding等研究BMSCs和電針治療受損脊髓軸突再生的潛在機(jī)制，提出脊髓功能的恢復(fù)是由于下調(diào)纖維酸性蛋白和硫酸軟骨素蛋白多糖蛋白質(zhì)的表達(dá)，進(jìn)而阻止軸突變性，改善神經(jīng)軸突再生。有研究表明，高壓氧能促進(jìn)內(nèi)、外源性BMSCs存活，加快其向神經(jīng)元分化，并誘導(dǎo)BMSCs向脊髓受損區(qū)域遷移。王楓采用BMSCs細(xì)胞移植及高壓氧治療SCI大鼠，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過9周治療后，BMSCs組及治療組大鼠后肢運(yùn)動(dòng)功能均顯著優(yōu)于對(duì)照組，并且提示BMSCs移植與高壓氧聯(lián)用對(duì)治療SCI具有協(xié)同療效。

    神經(jīng)干細(xì)胞

    神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）是指一類具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞能力的細(xì)胞群，現(xiàn)已大量應(yīng)用于神經(jīng)退行性疾病的研究。NSCs以其增殖能力強(qiáng)、免疫原性低、利于基因調(diào)控等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。NSCs主要通過改善脊髓局部微環(huán)境并啟動(dòng)再生相關(guān)基因的順序表達(dá)發(fā)揮作用，同時(shí)產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)，填充SCI后遺留空腔，為再生的軸突提供支持物，從而保持神經(jīng)纖維功能的完整性。

    Cusimano等將NSCs移植入SCI大鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在損傷后3周，移植NSCs可以促進(jìn)大鼠脊髓功能恢復(fù)。植入的NSCs保持未分化狀態(tài)，可以長期在損傷部位存活，而且可以逃避巨噬細(xì)胞的吞噬。He等將NSCs移植到大鼠SCI模型中，發(fā)現(xiàn)植入的NSCs大量表達(dá)BDNF,明顯促進(jìn)大鼠感覺和運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)，BDA順行示蹤顯示再生的皮質(zhì)脊髓束通過損傷區(qū)域。

    目前，NSCs修復(fù)SCI的實(shí)驗(yàn)研究主要分為外源性NSCs移植和誘導(dǎo)內(nèi)源性NSCs發(fā)生兩種方法，前者一直是主要的研究手段，此法通過促進(jìn)移植到損傷脊髓中的NSCs向神經(jīng)元分化，從而達(dá)到重建神經(jīng)通路、促進(jìn)脊髓神經(jīng)修復(fù)的作用。但是，大量實(shí)驗(yàn)研究顯示，移植到脊髓中的NSCs最終絕大部分分化成星型膠質(zhì)細(xì)胞并形成瘢痕，而神經(jīng)生發(fā)的比例較低。脊髓本身即存在一定數(shù)量的內(nèi)源性NSCs,然而數(shù)量較少，能夠獲得功能恢復(fù)的機(jī)會(huì)十分有限。但是，由于內(nèi)源性NSCs可以規(guī)避外源性NSCs移植中無法避免的來源限制、排斥反應(yīng)及臨床應(yīng)用困難等特點(diǎn)，近年來逐漸受到重視。現(xiàn)認(rèn)為外源性NSCs移植本質(zhì)上最總是通過內(nèi)環(huán)境的改善而促進(jìn)內(nèi)源NSCs的神經(jīng)生發(fā)，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)效果。

    脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞

    隨著研究的不斷深入，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（ADSCs）作為干細(xì)胞研究領(lǐng)域中的一類重要細(xì)胞，其對(duì)于SCI治療的作用受到廣泛關(guān)注。ADSCs來源于中胚層，在體外呈現(xiàn)出成纖維細(xì)胞狀生長方式，形態(tài)表現(xiàn)為梭形。隨后的研究進(jìn)一步證實(shí)該類細(xì)胞在不同的誘導(dǎo)條件下可分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等，并命名為ADSCs,其具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）易轉(zhuǎn)染，穩(wěn)定性好，存活率高；（2）在體外經(jīng)適當(dāng)誘導(dǎo)后能分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞，且向神經(jīng)元分化的能力優(yōu)于BMSCs.

    在安全性方面，Ra等采用不同劑量的ADSCs經(jīng)尾靜脈移植入大鼠體內(nèi)，觀察13周后發(fā)現(xiàn)，即使是最高的移植細(xì)胞量2.5×108/kg,所有大鼠均無明顯不良反應(yīng)，組織學(xué)檢查也未發(fā)現(xiàn)明顯移植相關(guān)改變。然后，Ra等對(duì)8例病程1年以上的男性SCI患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)，從靜脈途徑移植4×108個(gè)自體ADSCs并進(jìn)行隨訪。結(jié)果表明，移植12周后患者的生命體征及實(shí)驗(yàn)室檢查均未見異常。雖然Ra等的報(bào)道在一定程度上說明ADSCs移植的安全性和有效性，但不同個(gè)體來源的細(xì)胞增殖、分化潛能并不一致，尚需遠(yuǎn)期隨訪并進(jìn)一步驗(yàn)證。

    臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞

    近年來，以臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（hUCMSCs）為代表的細(xì)胞移植研究在SCI領(lǐng)域取得一定進(jìn)展，為SCI的治療帶來曙光。研究證實(shí)移植后的hUCMSCs可向神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞分化，對(duì)SCI產(chǎn)生修復(fù)作用。

    Hu等將hUCMSCs植入大鼠中，結(jié)果顯示移植的細(xì)胞能在大鼠體內(nèi)存活，并可以發(fā)生短距離遷移，細(xì)胞移植組大鼠后肢運(yùn)動(dòng)功能顯著恢復(fù)。Schira等研究同樣證實(shí)通過移植hUCMSCs大鼠脊髓功能明顯恢復(fù)，具有良好的臨床效果。Lee等還發(fā)現(xiàn)移植的hUCMSCs可以促進(jìn)軸突的再髓鞘化和軸突功能的恢復(fù)。hUCMSCs修復(fù)SCI的機(jī)制可能與增加突觸聯(lián)系，填充缺失的神經(jīng)組織，分泌具有保護(hù)作用的營養(yǎng)因子等有關(guān)。

    但是由于SCI后局部損傷部位形成脊髓空洞，從而影響自身神經(jīng)元和移植細(xì)胞生存的微環(huán)境，不利于軸突的生長和延伸，同時(shí)損傷局部存在抑制軸突再生的因素如Nogo、MAG等，這些因素導(dǎo)致hUCMSCs移植后存活率低，分化成神經(jīng)樣細(xì)胞數(shù)量少，進(jìn)而影響細(xì)胞移植治療SCI的效果。因此，聯(lián)合應(yīng)用其他方法治療SCI是hUCMSCs移植研究的新方向。

    雪旺細(xì)胞

    雪旺細(xì)胞（SCs）是外周神經(jīng)的鞘細(xì)胞，在外周神經(jīng)受損后的修復(fù)過程中起著重要作用。近年來SCs移植已被廣泛應(yīng)用于SCI后促進(jìn)神經(jīng)再生和功能恢復(fù)。SCI后移植的SCs可以為軸突生長提供微環(huán)境，促進(jìn)軸突再生，使受損神經(jīng)元再髓鞘化從而促進(jìn)脊髓功能恢復(fù)。Kiguchi等發(fā)現(xiàn)體內(nèi)的周圍神經(jīng)受到損傷后，炎性反應(yīng)吸引巨噬細(xì)胞，進(jìn)而**SCs分泌大量神經(jīng)營養(yǎng)因子。體外實(shí)驗(yàn)表明，SCs能夠分泌神經(jīng)營養(yǎng)素-3、睫狀神經(jīng)生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子等，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)元分化、軸突再生，減少SCI后局部瘢痕形成。由于SCI后的病理過程非常復(fù)雜，損傷后的修復(fù)也涉及諸多方面，只干涉其中的某一個(gè)環(huán)節(jié)，常難以取得滿意的治療效果。

    少突膠質(zhì)細(xì)胞

    SCI后的功能康復(fù)一直是困擾醫(yī)學(xué)界的一個(gè)難題，大量體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，SCI患者普遍伴隨著軸突脫髓鞘病理改變。然而，在其過程中少突膠質(zhì)細(xì)胞（OLs）扮演著重要角色，對(duì)保護(hù)軸突的功能和再髓鞘化有積極作用。

    OLs由少突膠質(zhì)前體細(xì)胞經(jīng)過遷移、分化形成，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)唯一能夠形成髓鞘的細(xì)胞。OLs不僅產(chǎn)生髓鞘包繞軸突，同時(shí)還可分泌多種營養(yǎng)因子維持軸突正常功能。SCI過程中伴隨著大量OLs死亡，進(jìn)而直接導(dǎo)致有髓神經(jīng)纖維失去正常的電傳導(dǎo)作用，引起脊髓的上下傳導(dǎo)功能減弱甚至喪失，最終使機(jī)體感覺及運(yùn)功能受損。因此，不少學(xué)者認(rèn)為OLs軸突脫髓鞘改變有可能成為潛在的治療SCI靶點(diǎn)。國外Scheikl等證實(shí)，通過植入OLs,可改善軸突髓鞘化，發(fā)揮殘留神經(jīng)纖維的作用，有助于損傷脊髓神經(jīng)功能的恢復(fù)。然而，OLs修復(fù)SCI的具體機(jī)制尚不清楚。

    嗅鞘細(xì)胞

    嗅鞘細(xì)胞（OEGs）是一種在功能上介于SCs和OLs之間的特殊膠質(zhì)細(xì)胞，具有營養(yǎng)神經(jīng)、抑制瘢痕形成及促進(jìn)髓鞘再生等作用，而且具有較強(qiáng)的遷移特性，可為軸突生長提供適宜的微環(huán)境，使其成為SCI修復(fù)的理想細(xì)胞之一。Masqutova等將OEGs植入SCI大鼠體內(nèi)，評(píng)估軸突髓鞘再生及運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況，BBB評(píng)分結(jié)果顯示從移植后3周開始，大鼠的運(yùn)動(dòng)功能逐步恢復(fù)。免疫組織化學(xué)染色結(jié)果顯示移植4周后在損傷部位仍可檢測(cè)到OEGs,這些細(xì)胞從植入部位向頭尾端遷移，最遠(yuǎn)遷移距離達(dá)6mm,并且植入的OEGs參與軸突髓鞘的再生。

    同時(shí)，研究證實(shí)，OEGs聯(lián)合基因工程、組織工程及其他細(xì)胞移植療法等技術(shù)，其治療效果比單純OEGs移植更為理想。Wang等將OEGs與NSCs聯(lián)合植入SCI大鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植12周后聯(lián)合移植組的大鼠后肢運(yùn)動(dòng)功能顯著恢復(fù)，明顯強(qiáng)于其他治療組。NF-200免疫組化染色顯示再生軸突通過SCI區(qū)域，OEGs與NSCs相互協(xié)同共同促進(jìn)軸突再生。

    研究與展望

    綜上所述，SCI是一個(gè)多分子、多細(xì)胞共同參與的過程，具體機(jī)制尚不清楚。目前，細(xì)胞移植治療在SCI修復(fù)方面研究最多，并且已取得一定成果。但是，不同種類的細(xì)胞，在取材、定向分化效率、分化穩(wěn)定性等方面存在諸多問題，迄今為止仍缺乏一種標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化方案。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，探索合適的細(xì)胞來源，優(yōu)化誘導(dǎo)方案，解決細(xì)胞移植途徑定向分化及分子機(jī)制等關(guān)鍵問題。隨著生命技術(shù)、生物材料領(lǐng)域的快速發(fā)展，細(xì)胞移植、基因修飾與神經(jīng)營養(yǎng)因子調(diào)節(jié)技術(shù)的結(jié)合，有望給SCI患者帶來新的希望。

    來源：中國矯形外科雜志2015年3月第23卷第6期