骨髓基质干细胞移植治疗脑和脊髓损伤的研究进展

和凤军 陈 普 陈学秋 唐柱生

云南中医学院，云南 昆明 650500

骨髓基质干细胞 (bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)又称为骨髓间充质干细胞 (MSCs)，因该细胞具有多向分化潜能，取材、培养简便，组织相容性好，易于基因操作等特点，在一定的环境或特定诱导剂的诱导下可以分化为神经元和神经胶质细胞，已广泛应用于脑和脊髓损伤的实验研究和临床应用研究。综述如下。

1 骨髓基质干细胞移植治疗脑和脊髓损伤实验研究

1.1 骨髓基质干细胞移植治疗脑损伤的实验研究 1999年Kopen等［1］将骨髓基质干细胞 (BMSCs)注射到新生小鼠侧脑室，发现海马、嗅球和纹状体等部位均有BMSCs来源的神经组织细胞。2000年BrazeIton［2］等将成年小鼠转绿色荧光蛋白 (GFP)的BMSCs经尾静脉移植至致死量照射的同基因小鼠，发现在嗅球、海马、皮质和小脑等部位有GFP阳性细胞。Mezey等［3］经小鼠腹腔移植BMSCs，发现在脑分化成表达神经元特异抗原的神经细胞。Sancher Ramos等［4］在 DMEM 培 养 液 中 加 入 FGF10ng/ml或PDGF10ng/ml培养人BMSCs，结果有0.2% ～5%的细胞分化成为不成熟的神经元和胶质细胞。Park等［5］将转入胶质细胞来源的神经营养因子 (GDNF)的BMSCs移植到帕金森病模型鼠，发现转基因BMSCs对黑质细胞有保护作用。Li等［6］阻塞大鼠大脑中动脉，在纹状体局部注射和静脉移植骨髓非造血细胞，28d后发现移植的BMSCs在缺血脑内成活并向缺血区迁移了大约2.2mm，缺血鼠的运动功能改善明显。可能机制为:BMSCs通过细胞替代由疾病或损伤引起的神经功能缺损，同时，分泌多种细胞因子，如IL－7，IL－8，IL－11等及神经营养因子等，有助于缺血脑组织的修复［6］。Chen等［7］阻塞大鼠大脑中动脉 (MCAO)后，静脉移植BMSCs，接受大剂量 (3×106)移植的大鼠运动、本体感觉和平衡能力在移植后14d改善明显，BMSCs在缺血半球的成活积聚，分化细胞表达神经元标志蛋白。经颈总动脉移植BMSCs治疗卒中大鼠也有类似结果［8］。Li等［9］将MCAO大鼠经尾静脉移植人BMSCs，观察到人BMSCs并没有使受体大鼠产生细胞毒性T淋巴细胞反应。由mAb1281标记的hMSC中有1%表达NeuN，1%表达MAP 2.5%表达GFAP、2%表达vWF，组织学观察发现缺血边缘区凋亡细胞数量减少、VZ/SVZBrdu阳性细胞增加显著，脑源性神经营养因子 (BDNF)和神经生长因子 (NGF)分泌增加 (P＜0.05)。

BMSCs作用机制尚未完全清楚。可能机制有:BMSCs及其分化的神经胶质细胞含有促进神经再生的细胞因子和受体，促进神经组织修复，抑制瘢痕形成，参与神经环路整合等［10］。现已证明骨髓基质细胞 (MSCs)可以分化成多种神经细胞，脑内直接移植、脑脊液移植或血管内移植均能促进脑损伤修复。BMSCs可能替代受损细胞［11］。BMSCs在体内或体外都可分化为神经细胞，BMSCs向神经细胞分化可能与cAMP的增加激活 PKA和 MEK－ERK信号通路［12］。

1.2 骨髓基质干细胞移植治疗脊髓损伤的实验研究

Chopp［13］等在大鼠脊髓T9节段损伤模型，1周后在损伤中心局部移植BMSCs，用Basso－Bettle－Breseehan(BBB)评分评价神经功能。所有大鼠的神经功能缺损症状随时间的推移而减轻，且移植组明显好于对照组。BMSCs表达了神经元和少突胶质细胞蛋白标记物。Hofstetter等［14］移植BMSCs治疗大鼠脊髓挫伤，BMSCs与非成熟星形细胞 (损伤后来源于干细胞)紧密整合;在移植物与瘢痕组织交界处，发现NF、5－HT阳性纤维;BMSCs表达纤维蛋白连接素(fibronectin)和NeuN免疫活性;BMSCs可能引导再生的神经纤维通过损伤区。李雷等［15］取2～4个月Wistar大鼠的股骨和胫骨骨髓腔内骨髓基质细胞，将BMSCs细胞混悬液移植到脊髓半切损伤头侧和尾侧灰白质交界处，移植后1d、3d和7d，用RT－PCR检测GDNF(gliocyte derived neurotrophic factor，GDNF)mRNA，正常大鼠脊髓表达极低，脊髓损伤后1d明显升高，3d达高峰，随后开始下降，7d表达仍高于正常水平。且移植组不同时间点GDNFmRNA表达均高于对照组。美国明尼苏达大学的研究者［17］将从骨髓细胞中分离出来的干细胞移植到小鼠胚囊，发现这些干细胞可以分化为神经细胞、神经胶质细胞、髓磷脂形成细胞等。

骨髓间充质干细胞移植治疗脊髓损伤的可能机理:骨髓间充质干细胞可填补损伤部位，定向分化为神经细胞完成上行下传功能的重建，创造抑制胶质细胞再生、保护神经元存活。骨髓间充质干细胞 (mesenchymal stem cells，MSCs)在体内分化为神经干细胞后，神经干细胞的诱导分化可能有以下四条途径:①富含细胞因子的特殊培养基诱导分化;②基因调控;③信号转导;④改变细胞表面特性［18］。脊髓损伤后自身神经细胞分化再生极少，移植神经干细胞和自体的神经干细胞都可分泌多种促神经修复细胞因子［19］。移植的最佳时间在脊髓损伤后第9天前后，此时局部的微环境比较适合移植细胞的生长和分化［20］。

2 外源基因导入骨髓基质干细胞实验研究现状

1998年Cherington等将逆转录病毒作为人FIX载体，把FIX基因转入骨髓MSC，带有人FIX基因的狗骨髓MSC回输，发现FIX血浆水平是健康者的2.1% ～5.8%。2002年Liu［21］等构建了FLT3(FL)逆转录病毒载体，转入MSC中表达。通过质粒、逆转录病毒、腺病毒等载体可将外源基因导入骨髓MSC并得以表达。

3 骨髓基质干细胞移植治疗中枢神经损伤的临床应用研究

步星耀等［17］应用BMSCs移植治疗87例脊髓损伤的临床研究发现:BMSCs移植治疗安全显效;移植方法－BMSCs脊髓内移植与BMSCs椎管内移植相结合;移植途径有:①受损脊髓处多靶点注射;②扩增的BMSCs移植于蛛网膜下腔;③开放血脑屏障，将扩增的BMSCs静脉输入。临床显效的机理可能为:①单核巨噬细胞侵入损伤部位吞噬坏死组织;②促进局部新生血管生成和血管重建，改善神经营养;③神经再生，包括促进自体神经细胞再生和移植细胞分化为神经细胞两个方面。

BMSCs已应用于临床上治疗脊髓损伤等中枢神经系统疾病和骨关节疾病［22］。代喜平等［23］以腰椎穿刺方式分别行骨髓MSCs或脐血MSCs蛛网膜下腔移植治疗23例脊髓损伤患者，移植前与移植后3个月进行美国脊髓损伤学会损伤分级评分，均取得满意的疗效。

4 存在的问题及展望

目前，BMSCs移植治疗脑和脊髓损伤和疾病的研究存在以下问题:①BMSCs移植治疗机理和信号传导通路的研究不够;②BMSCs诱导分化成神经细胞后缺乏特异性的细胞标志，目前尚无有效的检测方法;③移植的BMSCs能否和受体的神经组织整合、重建突触、与靶器官建立功能性联系等尚未完全清楚。④BMSCs移植治疗远期安全性评价、致瘤率尚无确切证据。

总之，移植BMSCs治疗脑和脊髓损伤的研究应加强信号传导通路、机理、特异性检测BMSCs分化为神经元的方法等，随着研究的深入，BMSCs将为治疗脑和脊髓损伤带来光明的前景。

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