点击显示 收起
【关键词】 细胞移植；脊髓损伤；干细胞
脊髓损伤(spinal cord injury, SCI)是中枢神经系统的一种严重创伤，多因车祸、坠落伤等造成脊柱脱位、骨折所致。既往观念认为，中枢神经系统损伤后，受损或死亡的神经元和轴突不能再生，所以传统的治疗方法多局限于脊柱骨折脱位的复位固定和药物治疗，如单唾液酸神经节苷脂(monosialoganglioside, GM1)、大剂量甲基强的松龙(methylprednisolone, MP)、抗氧化剂和自由基清除剂等，以达到解除脊髓压迫、减轻细胞水肿和继发性损害及改善微循环等对症治疗的目的，但疗效不佳。
近年来，细胞移植治疗SCI的研究日益深入，显示出良好的应用前景。细胞移植可在脊髓损伤的多个方面起作用，其可能的机制为:①桥接脊髓损伤断端，形成功能性突触，重新建立神经传导通路；②分泌多种神经营养因子，改善脊髓局部微环境，并启动再生相关基因的顺序表达，从而促进轴突的再生；③使损伤的脱髓鞘轴索再髓鞘化，恢复有髓神经电传导功能。目前可供选择的细胞类型主要包括骨髓间充质干细胞、神经干细胞、胚胎干细胞、雪旺细胞、嗅鞘细胞、脐血干细胞等。
1 骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)
MSCs是一种具有多向分化潜能的成体干细胞，能诱导成为神经元和胶质细胞，分泌神经营养因子、细胞因子和其他生物活性因子［1,2］。MSCs治疗SCI有其独特优点: ①MSCs取材方便，培养简单;②可自体移植，无免疫排斥反应;③自体移植时不涉及伦理道德问题;④可进行基因修饰后移植。研究表明，MSCs移植治疗SCI的主要机制可能为:迁移至局部的MSCs及其分化的神经细胞可反应性分泌各种营养因子及生长因子，产生神经保护作用和促进局部微血管再生、神经再生和重构,从而起到治疗SCI的作用［3］。Li等［4］研究发现MSCs可以分泌大量生长因子以促进损伤脑组织的生存与重塑，并能刺激胶质细胞分泌神经营养因子来促进缺血组织的修复、抑制细胞凋亡。Mahmood等［5］则认为MSCs可通过分泌克隆刺激因子1,白细胞介素6、7、8、11,干细胞因子和其他血液调控分子来促进神经前体细胞的分化增生。在国内已有MSCs移植治疗SCI成功的报道［6］。另有研究发现，大鼠脊髓半切损伤后，将未经基因修饰的人骨髓基质干细胞移植到损伤部位，可以观察到移植细胞长期存活并能良好整合入脊髓组织中，而且在移植物中可见轴突生长［7］。
2 神经干细胞( neural stem cells, NSCs)
NSCs是一种未分化、多潜能、具有自我更新能力的前体细胞，它的子细胞能够分化产生神经系统的各类细胞，且经过多次分裂后仍能稳定地保持自身的特性。其良好的生物学特性表现在:①具有自我增殖分裂、自我更新能力和多向分化潜能；②对损伤和疾病具有反应能力，可远距离迁移至病损部位；③作为基因转导或表达的载体，其表达稳定，维持时间长，而且可避免机体产生的排异反应［8］。1992年Reynolds和Weiss等［9］首先从小鼠纹状体中分离获得NSCs。迄今为止，在哺乳动物胚胎的中枢神经系统的大部分区域包括大脑皮质、侧脑室、室管膜下层、海马、纹状体等区域都发现存在NSCs，在成年动物的大脑皮质、海马齿状回、室管膜下层、纹状体、脊髓中央管室管膜区和嗅球中也有NSCs存在［10］。NSCs促进损伤脊髓修复的可能机制有以下几方面：①NSCs分化为神经元和胶质细胞桥接损伤区域，重新建立传导通路，形成功能性突触 ［11］；②提供支持的环境促进神经元轴突的再生，如分泌多种神经营养因子［12］，改善脊髓局部微环境并启动再生相关基因的顺序表达，使损伤轴突开始再生；产生多种细胞外基质，填充SCI后遗留的空腔，为再生轴突提供支持物。王岩峰等［13］发现NSCs 能明显上调BDNF mRNA，并促进GAP243mRNA 的表达，改变脊髓损伤区的微环境，从而修复损伤的脊髓；③使残存脱髓鞘的神经纤维和新生的神经纤维形成髓鞘，保持神经纤维的完整性。Nakamura等［14］将TP标记的人NSCs移植入猕猴损伤脊髓，发现NSCs可以存活、迁移和分化，并促进髓鞘结构再生和修复，使肢体的运动功能得到明显的改善。
3 胚胎干细胞( embryonic stem cells, ESCs)
ESCs具有多向分化能力，主要通过修复受损神经元轴突，形成完整的神经环路发挥作用。ESCs移植到成年动物损伤的脊髓后存活率达80％～90％，并释放能促进宿主神经元再生的营养因子，快速重建轴突的连续性［15］，并能与宿主神经组织建立功能性突触联系，在中枢神经系统内形成轴突的髓鞘。目前基因转染ESCs移植是研究的热点，已有细胞粘附分子11［16］、MASH1基因转染［17］ESCs治疗SCI的报道。通过体细胞核转移技术，将来有可能培养出带有患者自身染色体的ESCs，以解决目前存在的ESCs来源和免疫排斥反应等问题。
4 雪旺细胞( Schwann cells, SCs)
SCs也是SCI治疗研究中备受关注的细胞之一。SCs是周围神经系统（peripheral nervous system, PNS）的神经胶质细胞，是PNS的重要组成部分。这类细胞在周围神经再生和周围神经组织工程研究中发挥增生、迁移、引导、包裹等重要作用，为神经修复提供支撑，诱导神经纤维生长的方向，包绕神经纤维轴突形成髓鞘和神经膜，分泌多种神经营养因子，如NGF、BDGF、CNTF、FGF等［18］。这些神经营养因子营养和保护受损神经元，促进轴突再生和出芽，维持神经元存活，促进神经突起的生长和功能性突触形成［19］。SCs可以抑制胶质细胞形成瘢痕，填充液化坏死空洞，改善局部微环境，减少脊髓再生障碍［20］，支持和引导轴突再生，为再生的轴突提供一个适宜的、支持性的环境。SCs与其他细胞如MSCs联合移植［21］，在体内存活良好，诱导轴突在宿主内有较长距离的再生，协同促进损伤脊髓恢复，比单一细胞移植疗效更佳。
5 嗅鞘细胞(olfactory ensheathing cells, OECs)
OECs是一种位于嗅球表面(嗅神经纤维层和嗅小球层)，具有中枢神经系统(central nervous system, CNS)内星形胶质细胞、少突胶质细胞和PNS内SCs细胞特性的特殊细胞类型，可伴随嗅神经轴突由PNS进入CNS。OECs是目前所知的唯一能穿过外周神经与中枢神经屏障的胶质细胞，而且能使神经轴突再生和神经轴突髓鞘再生。嗅觉上皮里的嗅觉感受神经元终生具有更新能力，同时其轴突也可以再生长入中枢部位的嗅球，这是OECs作用的结果。不管是中枢性还是周围性的OECs均能促进损伤神经元的再生，因此OECs移植是目前被认为治疗脊髓损伤最有前景的方法之一［22］。
OECs参与SCI的修复机制包括：①OECs的神经营养作用。它能产生神经生长因子(NGF)、脑源性神经生长因子(BDNF)、神经营养素3(NT3)和神经营养素4(NT4)，以及血小板源生长因子、神经肽Y、S100等［23］多种不同种类的神经营养因子和支持因子，通过外分泌的方式发挥神经营养作用，促进损伤处神经的恢复。②OECs在CNS脱髓鞘区可包裹轴突形成髓鞘，并促进轴突生长［23～25］；③移植后的OECs可形成支架和桥梁，从而帮助神经轴突穿越瘢痕［26］。
6 脐血干细胞(umbilical cord stem cells, UCSTs)
UCSTs是指人脐带血中含有的大量早期造血干细胞。体外培养时，其增殖能力及生存时间均优于骨髓造血细胞，而且其来源更为广泛。在不同实验条件下，UCSTs具有向包括神经细胞在内的各胚层细胞分化的潜能［27，28］，加之无伦理学等问题，脐血干细胞有望成为干细胞移植治疗中潜在的种子细胞。脐血干细胞的另一个优点是发育上更原始，抗原表达及增殖性应答反应较弱，脐血免疫功能低，不成熟，再生能力更强，移植后的排异性也更低。
将从人脐带血中分离的单核细胞离体培养后移植到新生大鼠脑内，发现UCSTs不仅能在新生大鼠脑内存活，而且能分化为不同的胶质细胞和神经元，并表达神经胶质细胞和神经元特异性标志物［29］。人脐带血干细胞移植入大鼠损伤脊髓，后肢运动功能明显改善［30］。脐血间充质干细胞可分化为神经胶质细胞和神经元［31，32］、分泌多种神经营养因子［33］，从而促进脊髓断端残存神经细胞和轴突再生通过胶质瘢痕区。其具体作用机制有待进一步研究。
崔中平等［34］移植脐血源NSCs治疗脊髓损伤患者33例，其中完全性损伤19例，不完全性损伤14例。NSCs移植后的初步结果表明，脊髓神经功能均有不同程度的改善。
另外，少突胶质细胞和成纤维细胞也是治疗SCI研究中的移植细胞。今后的研究方向主要集中在以下几个方面: ①由于单一细胞移植效果各有利弊，可考虑联合移植几种细胞，或将细胞移植与其它方法联合应用；②加强细胞移植的基础性研究，解决移植中遇到的细胞分化、免疫、调控等相关问题；③通过转基因技术使移植细胞具有更多更有用的功能，加快NSC的定向诱导、分化及增殖的基因调控机制研究，使之能尽快应用于临床；④减轻胶质增生、抑制胶质瘢痕形成，可能会在一定程度上缩短再生神经通过损伤区的时间、提高神经功能恢复水平。
作为未来SCI治疗的重要手段，国内外大量研究证明细胞移植是最有前景的治疗急性SCI的方法之一，并在动物实验中取得了较好的效果，有很好的临床应用前景。针对细胞移植研究中的种种难题，仍需要科学家们不断探索。相信随着进一步的研究，SCI治疗的效果能够取得更大的突破。
【参考文献】
［1］ Yano S, Kuroda S, Shichinohe H,et al.Bone marrow stromal cell transplantation preserves gamma aminobutyric acid receptor function in the injured spinal cord［J］.J Neurotrauma, 2006, 23(11):16821692.
［2］ Deng YB, Liu XG, Liu ZG,et al.Implantation of BM mesenchymal stem cells into injured spinal cord elicits de novo neurogenesis and functional recovery: evidence from a study in rhesus monkeys［J］.Cytotherapy, 2006, 8(3):210214.
［3］ Ankeny DP, Mctique DM, Jakeman LB,et al.Bone marrow transplants provide tissue protection and directional guidance for axons after contusive spinal cord injury in rats［J］.Exp Neurol, 2004, 190(1):1731.
［4］ Li Y, Chen J, Wang L,et al.Treatment of stroke in rat with intracarotid administration of marrow stromal cells［J］.Neurology, 2001,56(12):16661672.
［5］ Mahmood A, Lu D , Wang L,et al.Intracerebral transplantation of marrow stromal cells cultured with neurotrophic factors promotes functional recovery in adult rats subjected to traumatic brain injury［J］.J Neurotrauma, 2002, 19(12):16091617.
［6］ 赵廷宝, 卢兆桐, 赵凌云, 等. 骨髓间充质干细胞与嗅鞘细胞联合移植治疗脊髓损伤的早期观察［J］.中国矫形外科杂志, 2006, 14(5):346348.
［7］ Lee KH, SuhKim H, Choi JS,et al.Human mesenchymal stem cell transplantation promotes functional recovery following acute spinal cord injury in rats［J］.Acta Neurobiol Exp (Wars), 2007, 67(1):1322.
［8］ Jang JE, Shaw K, Yu XJ,et al.Specific and stable gene transfer to human embryonic stem cells using pseudotyped lentiviral vectors［J］.Stem Cells Dev, 2006, 15(1):109117.
［9］ Reynolds BA, Weiss S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system［J］.Science, 1992, 255(5052):17071710.
［10］ Maslov AY, Barone TA, Plunkett RJ,et al.Neural stem cell detection, characterization, and agerelated changes in the subventricular zone of mice［J］.J Neurosci 2004,24(7):17261733.
［11］ Ostenfeld T, Caldwell MA, Prowse KR,et al.Human neural precursor cells express low levels of telomerase in vitro and show diminishing cell proliferation with extensive axonal outgrowth following transplantation［J］.Exp Neurol, 2000, 164(1): 215226.
［12］ Lu P, Jones LL, Snyder EY,et al.Neural stem cells constitutively secrete neurotrophic factors and promote extensive host axonal growth after spinal cord injury［J］.Exp Neurol, 2003, 181(2):115129.
［13］ 王岩峰, 吕刚, 李雷, 等. 神经干细胞移植对大鼠脊髓损伤后胶质细胞源性神经营养因子与生长相关蛋白43 基因表达的影响［J］.中国修复重建外科杂志, 2005, 19(6):416419.
［14］ Nakamura M, Toyama Y, Okano H. Transplantation of neural stem cells for spinal cord injury［J］.Rinsho Shinkeigaku, 2005, 45(11):874876.
［15］ Kawaguchi S, Iseda T, Nishio T. Effects of an embryonic repair graft on recovery from spinal cord injury［J］.Prog Brain Res, 2004, 143:155162.
［16］ Chen J, Bernreuther C,Dihne M,et al.Cell adhesion molecule 11transfected embryonic stem cells with enhanced survival support regrowth of corticospinal tract axons in mice after spinal cord injury ［J］.J Neurotrauma, 2005, 22(8):896906.
［17］ Hamada M, Yoshikawa H, Ueda Y,et al.Introduction of the MASH1 gene into mouse embryonic stem cells leads to differentiation of motoneuron precursors lacking Nogo receptor expression that can be applicable for transplantation to spinal cord injury［J］. Neurobiol Dis, 2006, 22(3):509522.
［18］ Azanchi R, Bernal G, Gupta R,et al.Combined demyelination plus Schwann cell transplantation therapy increases spread of cells and axonal regeneration following contusion injury［J］.J Neurotrauma, 2004, 21(6):775788.
［19］ Ullian EM, Harris BT, Wu A,et al.Schwann cells and astrocytes induce synapse formation by spinal motor neurons inculture［J］.Mol Cell Neurosci,2004, 25(2):241251.
［20］ Joosten EA, Houweling DA. Local acute application of BDNF in the lesioned spinal cord antiinflammatory and antioxidant effects［J］. Neuroreport, 2004, 15:11631166.
［21］ 智晓东, 吕刚. 大鼠骨髓间充质干细胞和许旺细胞联合移植治疗脊髓损伤［J］.中国组织工程研究与临床康复, 2008, 12(16):30153018.
［22］ 刘祥胜, 刘开俊, 郑国寿. 嗅鞘细胞移植与脊髓再生修复［J］.中华创伤杂志, 2004, 20 (11):699701.
［23］ Ramer LM, Au E, Richter MW et al.Peripheral olfactory ensheathing cells reduce scar and cavity formation and promote regeneration after spinal cord injury［J］.J Comp Neurol, 2004, 473(1):115.
［24］ Franklin RJ, Gilson JM, Franceschini IA et al.Schwann cell like myelination following transplantation of an olfactory bulb ensheathing cell line into areas of demyelination in the adult CNS［Ｊ］.Gila, 1996, 17(3):217224.
［25］ DeLucia TA, Conners JJ, Brown TJ,et al. Use of a cell line to investigate olfactory ensheathing cell enhanced axonal regeneration［J］.Anat Rec B New Anat, 2003，271(1):6170.
［26］ Sasaki M, Lankford KL, Zemedkun M，et al.Identified olfactory ensheathing cells transplanted into the transected dorsal funiculus bridge the lesion and form myelin［J］.J Neurosci, 2004, 24(39):84858493.
［27］ Romanov YA, Svintsitskaya VA, Smimov VN. Searching for alternative sources of postnatal human mesenchymal stem cells: candidate MSClike cells from umbilical cord［J］.Stem Cells, 2003，21(1):105110.
［28］ Lee OK, Kuo TK, Chen WM,et al.Isolation of multipotent mesenchymal stem cells from umbilical cord blood［J］.Blood, 2004, 103(5):16691675.
［29］ Zigova T, Song S, Willing AE,et al.Human umbilical cord blood cells express neural antigens after transplantation into the developing rat brain［J］.Cell Transplant, 2002, 11:265274.
［30］ 尹文化,金大地,鲁凯伍, 等.人脐血干细胞移植修复大鼠脊髓损伤的功能评价［J］.中国组织工程研究与临床康复, 2008, 12(43）:84188421.
［31］ Margaret C, Keirstead HS. Stem cells for the treatment of spinal cord injury［J］.Exp Neurol, 2008, 209(2):363367.
［32］ Koda M, Nishio Y, Kamada T,et al.Granulocyte colony-stimulating factor (GCSF) mobilizes bone marrow-derived cells into injured spinal cord and promotes functional recovery after compression-induced spinal cord injury in mice［Ｊ］.Brain Res, 2007, 1149:223231.
［33］ Romanov YA, Svintsitskaya VA, Smimov VN. Searching for alternative sources of postnatal human mesenchymal stem cells: candidate MSC-like cells from umbilical cord［J］.Stem Cells, 2003, 21(1):105110.
［34］ 崔中平, 王小艳, 杨波, 等. 脐带血来源神经干细胞移植治疗脊髓损伤33例［J］.中国组织工程研究与临床康复, 2008, 12(29):57515754.
（收稿日期：20090313）
作者单位：山东省优秀中青年科学家奖励基金（2004BS02017）,山东省医药卫生科技发展计划（2005HZ002） 滨州医学院人体解剖学教研室 烟台市 ２６４００３