脊髓损伤的研究进展

王俊娟 许华燕 黄 波 综述 李赫东 审校

1（四川大学 华西基础医学院基础医学专业2007级本科，成都610041）

2（四川大学 华西妇产儿童医院发育及干细胞研究所，成都610041）

脊髓损伤是交通、工矿事故及运动意外中的常见疾病，是一种严重危害人类健康的疾病。患者在损伤平面以下存在感觉、运动、反射及尿便功能障碍。随着社会的发展，脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）病例在临床工作中日益增多，而目前临床采用对症的药物和外科手术治疗均未取得良好的效果。脊髓损伤后的修复主要面临两大问题：（1）如何用存活的、并具有生长潜能的神经元替代已损伤的神经细胞。（2）如何提供一个良好的微环境，以促神经纤维生长、延伸、连接及功能重建［1］。目前实验室的研究主要包括了细胞的移植修复；神经营养因子的应用；基因治疗等几个方面。本文将对SCI的修复进展方面进行综述。

1 单一移植治疗脊髓损伤

细胞移植意在通过移植的细胞替代丢失或损伤细胞（主要是神经元和少突胶质细胞），并且分泌外源性细胞因子，改善中枢神经系统损伤的局部微环境，为病变或残留组织提供营养支持，促进神经结构的重建。

1.1 周围神经

1980年，Richardson，Aguayo等［2］将小鼠的自体周围神经植入SCI小鼠，使中枢神经元受损的轴突定向生长，发挥其再生潜能。然而在后来的试验中，这种方法只有在一位慢性的，不完全脊髓损伤患者上取得了轻微的效果，因为没有对照，没有病变处的细胞学证明，目前此法的有效性仍然值得商榷。

1.2 胚胎干细胞

胚胎干细胞是胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外抑制培养而筛选出的细胞，具有发育全能性。Cummings［3］和Iwanami［4］分别在免疫抑制的小鼠和灵长目动物身上发现移植的胚胎干细胞（ESC）多可在脊髓损伤处存活，分化为少突胶质细胞和神经元，并且分泌营养因子促进宿主神经元的再生［5］。Brustle等证实了ESC在脊髓损伤处可帮助轴突穿越损毁区，实现轴突的连续性，从而恢复其感觉和运动功能。然而，ESC因其分化的不可控，容易在移植处形成畸胎瘤，所以目前学者往往先将其在移植前诱导分化成特定的神经元细胞系和胶质细胞系［6］。尽管如此，目前ESC分化的不可控以及来源的伦理学争议仍是其使用受限制的主要因素。

1.3 成体干细胞

相对ESC，成体干细胞可以来自于自体，无伦理学争议，较为安全、无免疫排斥而被广为研究，目前运用较多的成体干细胞主要是嗅鞘细胞、雪旺细胞、骨髓间充质干细胞以及神经干细胞。

1.3.1 神经干细胞因终身具有自我跟新、迁移和分化成各种类型的成熟神经系统细胞（神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞）的能力，而被作为神经系统损伤的修复或正常凋亡神经细胞更新的储备力量。大量的研究认为一方面移植的神经干细胞分泌的外源性细胞因子可以改善中枢神经系统损伤的局部微环境，为病变或残留组织提供营养支持，促进神经结构的重建；另一方面神经干细胞可以在中枢神经系统内分化为成熟神经系统细胞并良好地整合、补充或替代损失的神经细胞，使脱髓鞘轴突重新髓鞘化，修复已缺失的神经组织和功能性神经单位，重建最适的神经环路以及完整的脊柱运动单位［7］。

1.3.2 目前关于骨髓的间充质干细胞移植治疗脊髓损伤的研究结果也令人鼓舞，Kopen等［8］发现骨髓间充质干细胞移植后向病变部位组织渗透融合，可少量表达神经细胞表型，形成的神经元可以和损伤脊髓形成广泛的神经纤维联系和功能性的突触连接，分化的星形胶质细胞可以参与血脑屏障的建立、少突胶质细胞使脱髓鞘轴突重新髓鞘化，同时分泌营养因子，或形成内皮细胞，帮助损伤的血管修复。

1.3.3 嗅鞘和雪旺细胞：在Li等将嗅鞘细胞移植入损伤两个月以内的SCI小鼠，观察到小鼠损伤的神经轴突周围形成髓鞘，且部分功能恢复。Ramon－Cueto等［9］证实嗅鞘细胞能够促进横断的脊髓运动神经轴突延伸，穿越胶质瘫痕，定位于正确的脊髓层面。在Kleitman等［10］开展的雪旺细胞移植治疗脊髓损伤的研究中，也分别观察到了雪旺细胞很好的整合、胶质瘫痕的改善、轴突生长延伸人雪旺细胞形成的细胞隧道等现象。

2 联合移植治疗脊髓损伤

脊髓损伤后神经细胞的再生障碍主要是轴突脱髓鞘和神经元的坏死造成。因此用细胞替代和促进白质再生对于SCI损伤后修复有着必要的作用。而一直以来研究的单一干细胞移植在实验动物体内的存活率低，定向分化成神经细胞的能力不强。为解决这些问题，使干细胞能较多的并且定向分化为SCI后所需要的神经细胞，填补脊髓损伤造成的空洞和囊性坏死，便衍生出联合移植。目前联合移植有多种干细胞共同移植和干细胞神经营养因子联合移植、干细胞和药物的共同移植。

2.1 多种干细胞共同移植

现研究的干细胞联合移植，涉及到神经干细胞、脐血干细胞、嗅神经鞘细胞、胚胎干细胞等多种干细胞。它们之间的联合移植取得了一定的实验成效。Salehi等［11］将嗅神经鞘细胞（OEC）和胚胎干细胞源性运动神经元（ESMN）单一移植和联合移植入脊髓损伤模型中。通过组织学分析，发现OEC＋ESMN组中的组织增生及髓鞘化比单一移植和对照组明显，并且有统计学意义。且在OEC＋ESMN组中ESMN的数量明显高于单一的ESMN移植组，联合移植组大鼠的下肢功能得到明显的恢复，由此可以得出ESMN和OEC的联合移植对于SCI的修复有协同作用，促进了神经再生，部分恢复肢体功能。Niapour等［12］通过将人胚胎干细胞源性神经前体细胞和施旺细胞联合移植入脊髓损伤模型中，通过免疫组化等实验分析，得出两者的联合移植能引发比单一移植更为明显的神经再生和功能恢复。Meng等［13］将b FGF基因修饰的羊膜上皮细胞（AECS）和神经干细胞联合移植，AECs／p LEGFP－hb FGF增加了神经干细胞的存活率及定向分化为神经元的功能，并且提供了神经细胞的生长、分化所需的微环境。AECS可以作为神经干细胞分化所需神经营养因子的持续来源，因此此实验表明联合移植AECS和NSCS对SCI修复有重要作用。

神经干细胞成瘤性小，而且能够分泌多种神经营养因子，与其它细胞联合移植表现出良好的辅助作用［14］。PARR等［15］将神经干细胞移植到已移植骨髓间充质干细胞的受损脊髓中，发现前者在有后者的帮助下较之单独移植使空腔面积缩小程度更大。因骨髓间充质细胞分泌的营养性生长因子可促进神经干细胞的生长，且骨髓间充质干细胞对于微环境的改善和神经保护作用，可很大程度上提高神经干细胞的存活率及增强其分化能力［16，17］。Li等［18］联合移植雪旺细胞和神经干细胞发现雪旺细胞能够促进神经干细胞向少突胶质细胞分化及其轴突生长，重建神经环路，损伤区域附近有大量移植细胞存活，并向周围迁移，可明显改善运动功能，在脊髓损伤的修复中发挥更好的作用。

2.2 干细胞、神经营养因子联合移植

NT－3和BDNF是神经细胞生长微环境中的重要神经营养因子，它通过与Trk等受体作用帮助现有的神经元存活和分化，并对新的神经元和轴突的生长和分化有重要作用。Yan等［19］联合移植NT－3与脐血源性施旺样细胞，结果显示联合移植组的行为功能恢复较单一移植好。.Deng等将BDNF与骨髓间充质细胞（BMSCs）联合移植入新西兰兔损伤脊髓中，通过行为学、组织学和分子水平分析，结果示在移植后第3周到第5周BMSCs开始分化成神经元样细胞，实验动物的神经功能和病理破坏得到了较单一移植组明显的改变，并有统计学意义。说明外源性的BDNF补充了脊髓损伤处的内环境，有利于BMSCs的存活、分化为神经元样细胞以及促进BMSCs自身分泌神经营养因子和炎症介质，如BDNFs和IL－6有利于脊髓损伤的恢复［20］。

2.3 干细胞和药物的共同移植

López－Vales R等［21］将嗅神经鞘细胞（OEC）和FK506进行联合移植，发现联合移植组与单一移植及未移植组相比，联合移植组下肢运动功能恢复及星型胶质形成降低的大鼠数量较多。但是功能恢复及组织学分析结果联合移植和单一移植并没有太大差异。

联合移植治疗脊髓损伤，目前还处于实验室研究阶段，获得的实验数据不多，选择何种成分联合移植、移植的最佳时机和最佳方式，如何提高细胞的定向分化，如何成功获得移植的细胞等都存在诸多疑虑。但联合移植作为一项新兴的实验技术，在脊髓损伤治疗中将会有很大的发展前景。

3 基因治疗目前主要从四个方面进行

（1）将某种蛋白或神经营养因子的基因转染给移植入的干细胞，使其在脊髓损伤处特异性的表达，帮助损伤脊髓修复。例如有学者曾将ESC进行修饰后，特异性的表达粘附分子LI。相比对照组，修饰后的ESC更好的在损伤处有序的生长，在损伤区附近与宿主细胞形成良好的神经回路［22］。

（2）通过基因修饰，使得干细胞特异性的往少突胶质细胞或者神经干细胞分化，从而提供更多的功能细胞，实现细胞替代和髓鞘再生［23］。Dong等在体外培养中将Olig2，这个在少突胶质细胞的发育中起着重要作用的基因，转导至NSC，使其激活了大量的NKX2.2，且使NSCs分化成了少突胶质细胞系，将修饰后的细胞移植入SCI小鼠，发现损伤处空腔面积大大减少，白质再生显著增加，实验组的小鼠运动功能较对照组明显改善。

（3）通过宿主基因敲除的方式，控制宿主脊髓损伤后炎症反应，以及胶质瘢痕的形成。Dicer酶是RNaseⅢ家族中特异识别双链RNA的一员，是Micro－RNA形成所不可或缺的因素。而研究证明，Micro－RNA是一种内源性的单链RNA.参与生物的基因表达调控，也被证实在脊髓损伤的过程中参与了炎症反应，氧化物以及胶质瘢痕的形成，现有学者试图通过将小鼠的Dicer基因敲除从而减少脊髓损伤后的胶质瘢痕和炎症反应。

（4）宿主干细胞的定向诱导。如果能宿主自身干细胞通过基因诱导，定向分化成神经干细胞和少突胶质细胞，将可以很好的避免自身免疫排斥和干细胞来源的伦理学问题。目前，相关的数据比较少，但仍是研究的一个重要方向。

4 脊髓损伤的分子治疗

分子治疗主要是用特定的外源性抗体或阻断剂抑制造成脊髓损伤各种因素发生，从而减少脊髓二次损伤，从分子层面增强脊髓轴突和神经元生长来治疗脊髓损伤，恢复脊髓功能。

（1）保护宿主神经元和胶质细胞，抑制胶质瘢痕形成。甲基强龙松和姜黄素作为抗炎、抗氧化常用的药物可以增高SOD水平和降低MDA水平从而达到抗氧化作用，氧化反应是脊髓损伤中二次损伤的重要机制，降低氧化应激可以保护宿主神经元和胶质细胞［25］。同时把甲基强龙松和姜黄素联合运用于SCI大鼠中，也得到显著的效果［24，25］。UDCA 能够稳定线粒体膜，抑制细胞色素C的释放，从而抑制caspase－3和caspase－7引起的神经元和胶质细胞凋亡。CSPG能抑制胶质瘢痕形成，其消化产物软骨素ABC（Ch ABC）能促进损伤点以外的轴突再生从而促进脊髓功能恢复［26］。

（2）阻断抑制轴突脱髓鞘和生长的分子及通道，找出促进轴突发芽和神经元再生的分子物质。近年来研究较多的如BDNF，NT－31可以通过调节内源性的c AMP阻断髓磷脂－MAG；C3－ADP－核糖转移酶可以影响GTPases的Rho通路，这两类物质均通过阻断抑制脊髓再生的信号，促进神经系统轴突再生，一定程度上恢复半横断损伤的实验鼠的功能［27］。另外，抗RGMa抗体和NEP1－40也分别被证实可以抑制脊髓损伤部位的RGMa上调阻止RGMa激活Rho A－Rho激酶通路和阻断Nogo的作用促进神经轴突的生长［28，29］。Guest等［30］通过实验发现钠离子通道阻断剂利鲁唑，钾通道阻断剂4－氨基比林，亦能促进轴突生长。

SCI是一个多种分子，多种细胞共同参与的复杂的过程。目前实验室对脊髓损伤的研究进展比较多，但在临床上取得功能恢复的依旧比较有限。损伤的具体的机制到底如何，哪种治疗方式最具治疗效果，将现有的研究应用于临床时是否具有绝对的安全性等一系列问题需要我们投入更多的研究。目前的基因治疗运用先进基因工程技术，转染有用的基因片段到损伤的脊髓内，分子治疗靶向抑制引起脊髓损伤的各种因素，细胞移植为损伤提供替代细胞和营养因子，因此我们相信未来的时间内，多种治疗方式的联合应用将成为脊髓损伤修复的热点研究，也将会为临床的脊髓损伤患者提供一条有效的治疗途径。

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