干细胞与自体星形胶质细胞重编程技术治疗脊髓损伤的研究进展

肖雪飞，李经辉，张翔，邹杨鸿，黄鹞，余化霖

(昆明医科大学第一附属医院，昆明650032)

干细胞与自体星形胶质细胞重编程技术治疗脊髓损伤的研究进展

肖雪飞，李经辉，张翔，邹杨鸿，黄鹞，余化霖

(昆明医科大学第一附属医院，昆明650032)

脊髓损伤(SCI)是一种严重的创伤性疾病，采用外科手术、药物治疗效果不佳。干细胞疗法可以有效修复损伤脊髓，但因为存在伦理道德的限制以及免疫排斥、细胞移植继发损伤和潜在致瘤性等难以解决的问题，目前研究进展缓慢。自体细胞重编程技术通过在体内重编程内源性星形胶质细胞获得成神经细胞，补充神经元，以促进神经传导通路再生和脊髓功能恢复。该技术可能为SCI的治疗带来突破性进展。

脊髓损伤；干细胞；星形胶质细胞；重编程

脊髓损伤(SCI)是一种严重的创伤性疾病，具有高发病率、高耗费的特点，对患者身心健康和社会福利产生严重影响，给社会和家庭带来巨大的经济负担[1]。目前临床上对SCI的干预很大程度上是姑息性治疗及后期康复治疗，患者的症状或许有一定改善，但预后却不佳。近年来研究结果证明，干细胞疗法在修复损伤脊髓和重建神经传导通路上拥有极大潜力，在临床应用却存在诸多困难[2]。最新研究提出，通过逆转录病毒导入转录因子可以在体内将自体星形胶质细胞直接重编程为微管相关蛋白(DCX)阳性的成神经细胞，并可以在体内诱导分化为成熟的功能性神经元[3，4]。这为SCI的治疗提供了一个全新的方向。本文针对干细胞及自体星形胶质细胞重编程技术治疗SCI的研究进展作一综述。

1 SCI的特征

随着基础医学研究的发展，对于SCI的认识程度也在不断加深。目前认为SCI的病理生理变化主要分为三个阶段：第一阶段，原发性机械损伤直接造成脊髓组织结构损伤，导致部分神经细胞死亡。第二阶段，脊髓组织完整性被破坏，由于血管的损伤，造成出血、缺血、血管通透性变化，局部组织发生水肿、缺血、坏死；细胞内Ca2+超载、氧自由基释放增加，神经元大量破坏、崩解；中性粒细胞浸润、兴奋性细胞毒性和不明机制的神经元凋亡程序启动，造成大量神经元死亡。第三阶段，神经元持续凋亡，损伤部位出现不同程度的脱髓鞘病变和脊髓空洞，胶质瘢痕形成并产生抑制因子影响神经元存活和轴突生长[2]。目前临床中对SCI主要运用外科手术、药物、康复等治疗，可以减轻继发性损伤，减少胶质瘢痕形成，促使神经元轴突生长，在短期内可以得到一定程度的治疗效果，但中远期预后均不理想，其原因在于目前的治疗方法均不能使丢失的神经元得到补充，也不能完全消除胶质瘢痕形成的物理屏障，脊髓功能不能得到完全恢复[1，5]。

2 干细胞疗法

干细胞疗法是近年的研究热点，相对传统治疗方法，干细胞治疗拥有独特的优势，通过移植干细胞并在体内分化以补充丢失的神经元使神经通路得以修复，促使脊髓功能恢复。

2.1 干细胞的种类及功能

2.1.1 胚胎干细胞(ESCs)和诱导多潜能干细胞(iPSCs) ESCs是来源于早期胚胎的干细胞，在体外培养可以无限增殖，并具有自我更新和多向分化的特性。iPSCs运用逆转录病毒将四个转录因子(Oct4、Sox2、Klf4 、c-Myc)导入体细胞，使其重编程得到的在遗传表观和功能上类似于ESCs的具有多向分化潜能的干细胞[6]。已有研究表明，移植ESCs和iPSCs在体外诱导的神经干细胞(NSCs)能够逆转SCI后局部不利的微环境，在体内迁移分化，有效补充损伤脊髓内丢失的包括神经元在内的各种神经细胞，重建神经传导通路，达到修复脊髓的目的[7～9]。

2.1.2 间充质干细胞(MSCs) MSCs是非神经源类型的多能干细胞，来源于发育早期的中胚层和外胚层，具有跨越谱系分化为神经细胞的能力[10，11]，大量用于神经系统疾病的研究。目前用于SCI治疗相关研究的MSCs主要有骨髓间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、脐带间充质干细胞和脐血干细胞等。研究表明，在SCI模型中，植入MSCs表现出明显的免疫抑制作用，减轻局部炎症反应。同时分泌神经营养因子，促使内源性NSCs增殖、分化，并促使损伤灶血管增生，发挥促神经细胞生长和神经保护作用，达到治疗SCI的效果[12～14]。

2.1.3 NSCs NSCs是神经系统中的一类具有自我维持和自我更新能力的单能干细胞，能够在体内增殖并分化为不同神经细胞。脊髓中内源性NSCs来源主要为分布于脊髓中央管的室管膜细胞。SCI后，室管膜细胞迅速分裂增殖，分化成大量星形胶质细胞和部分少突胶质细胞，极少分化为神经元[15]。移植外源性NSCs进入脊髓后其存活率较低，存活下来的细胞也主要向星形胶质细胞分化。Lu等[16]通过向移植部位填充部分纤维蛋白支架和神经生长因子以增加NSCs的存活率，大约1/3的NSCs最后分化成神经元，并与宿主神经元形成突触连接。另有研究表明，植入NSCs可以诱导脊髓内血管内皮生长因子表达，促进血管生成，使肢体运动功能恢复[17]。

2.2 干细胞治疗SCI的缺陷 现阶段研究表明，干细胞移植治疗SCI在理论上可行，但实际临床应用存在困难。第一，运用人体胚胎来源的ESCs或异体干细胞存在着难以避免的伦理道德和免疫排斥问题[7]。第二，将自体细胞进行体外培养并诱导为iPSCs所需时间较长，会错过SCI最佳治疗时间窗[18]。第三，干细胞移植过程本身可能造成继发损伤，或导致局部脑脊液泄露、注入点囊性包裹形成等，都可能加重SCI。另外，干细胞移植于体内还有潜在的致瘤风险[19]。因此，将干细胞安全、可靠地用于SCI的临床治疗、发掘更合适来源的干细胞将是今后研究重点。

3 内源性星形胶质细胞重编程技术

Takahashi等[6]发现，用转录因子Oct3/4、c-Myc、Sox2、Klf48重编程小鼠成纤维细胞获得iPSCs。有学者用同样方法将人源星形胶质细胞重编程为iPSCs，发现可以获得更高的诱导效率，并且得到的iPSCs也可以被引导分化为NSCs，因此星形胶质细胞可能具有较高的干细胞潜能[20]。Corti等[21]发现，Oct4、Sox2和Nanog可以将人类大脑来源的星形胶质细胞在体外直接编程为神经干细胞，并且编程过程也可以在小鼠体内完成。另有研究表明，通过慢病毒将转录因子Sox2导入小鼠体内，可以将内源性星形胶质细胞直接重编程为DCX阳性的成神经细胞，且可通过药物干预分化为成熟的神经元并整合到局部的神经通路中[22]。Guo等[4]通过研究证实，在成年小鼠脑损伤后，用逆转录病毒编码NeuroD2神经转录因子，可以将脑皮层增生的反应性胶质细胞重新编程转换成功能性神经元，并可检测到转换来的神经元突触电生理信号。

目前针对内源性星形胶质细胞直接重编程为成神经干细胞治疗SCI的报道不多。Su等[23]发现，将转录因子Sox2通过慢病毒载体导入小鼠SCI模型中并表达，可以将神经胶质瘢痕的主要成分——星形胶质细胞，逆转录为可增殖的成神经细胞。且腹腔注射组蛋白脱乙酰酶抑制剂促使新生神经元成熟，形成γ-氨基丁酸中间神经元，与先前的胆碱能运动神经元突触连接。该研究在体内将内源性星形胶质细胞直接重编程为成神经细胞，并整合到脊髓神经系统通路中，克服了干细胞移植所面临的尴尬处境，为内源性星形胶质细胞重编程技术治疗SCI提供了强有力的基础。

虽然目前暂时无星形胶质细胞体内重编程技术存在负面效应的报道，但已有学者指出，包括c-Myc、Oct4、Sox2在内的转录因子或基因在肿瘤细胞有表达，且直接或间接参与了肿瘤的发生过程，如在部分恶性肿瘤中c-Myc过表达是细胞恶性转化的关键因素[24]。而目前常用的逆转录病毒载体在自然界中的宿主通常为人或其他脊椎动物，拥有感染细胞并将遗传信息整合到宿主基因的能力，可能会破坏肿瘤抑制基因的调节机制或激活原癌基因，存在潜在生物学危险因素。因此，如何将星形胶质细胞体内重编程技术安全用于SCI治疗也是值得研究的课题。

SCI的病理生理变化是一个相当复杂的过程，随着对SCI不同阶段分子机制理解的深入，越来越多的治疗相关研究策略被提出。目前认为SCI治疗的关键在于：促进神经元再生和克服胶质瘢痕的物理屏障。干细胞疗法作为一种有前途的治疗方式，在现有的研究中体现出了极高的潜力。虽然将干细胞疗法运用于临床仍然存在争议、风险及技术上的困难，但不可否认其临床运用前景十分广阔。而星形胶质细胞重编程技术作为一种全新的方法，相比以往的干细胞疗法拥有独特优势，首先使用内源性星形胶质细胞进行重编程不存在伦理道德问题和免疫排异反应；其次星形胶质细胞广泛存在于中枢神经系统，而胶质瘢痕的主要成分也是星形胶质细胞，重编程的目的细胞来源广泛，且重编程技术在胶质瘢痕中重建神经通路有很大潜力；相比以前的谱系编程技术(如iPSCs)，星形胶质细胞直接重编程为神经干细胞的过程更加高效，且保持了相同的细胞谱系，其遗传表观相对稳定；和干细胞植入相比，直接导入逆转录病毒致瘤风险相对较低，且植入病毒的体积相对更小，对脊髓组织的损伤更轻。虽然目前看来星形胶质细胞重编程技术可能存在风险，但这一发现对治疗SCI有重大意义，希望在不久的将来这项技术能为SCI治疗带来突破性进展。

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(责任编辑：2016-09-26)

云南省教育厅科学研究基金项目(2013Y287)。

余化霖(E-mail：yuhl308@126.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.05.036

R744

A

1002-266X(2017)05-0107-03