骨髓间充质干细胞治疗脑出血后神经功能障碍的研究进展

王 童，刘 阳，朱业淘

（绵阳市第三人民医院·四川省精神卫生中心，四川 绵阳621000*通信作者：刘 阳，E-mail：ly10012002@163.com）

脑出血（Intracerebral hemorrhage，ICH）是指非外伤性脑实质内血管破裂引起的出血，属于出血性脑卒中的一种，其病因主要为血压骤升致大脑动脉破裂，发病率约为脑卒中的13%［1］，临床表现主要有运动、语言等神经功能障碍等。脑出血通常发生于脑基底节区，出血后原发性和继发性脑损害导致组织损伤，缺血缺氧、血肿周边的神经细胞变性、坏死、凋亡均可导致神经网络的完整性受损和突触联系中断，从而出现神经功能障碍［2］。常规的神经保护和促进神经元再生的治疗效果欠佳，其主要原因是神经元再生极为困难。成年哺乳动物大脑中存在一种能自我增殖、分化为神经元的神经干细胞（Neural stem cells，NSCs）［3］，NSCs被认为是一种治疗脑出血后神经系统损伤的新选择。近年来，替代治疗（移植外源性干细胞）成为修复中枢神经系统损伤的研究热点。骨髓间充质干细胞（Bone mesenchymal stem cells，BMSCs）具有自我更新和多项分化潜能，可对多种组织进行修复。脑室内或静脉移植BMSCs后，BMSCs能自动迁徙到受伤的脑组织处并分化为神经元，同时还能通过旁分泌方式产生神经生长因子（Nerve growth factor，NGF）、脑源性神经营养因子（Brain-derived neuotrophic factor，BDNF）等，以提高BMSCs增殖、分化为神经元的能力，促进脑功能恢复［4-5］。本文对近年来采用BMSCs治疗脑出血后神经功能障碍的研究进行综述，为脑出血的治疗提供参考。

1 脑出血病理过程及BMSCs效应

1.1 脑出血病理过程

脑出血的病理过程可分为两个时期。第一个时期为原发性脑损害，即脑血管破裂后血液溢出至脑组织周围形成血肿，脑血肿的占位和机械性压迫使神经元及神经胶质细胞受损，同时导致血肿周围脑组织水肿、血液中神经递质释放障碍和线粒体功能失调［6］。第二个时期为继发性脑损害，即脑血肿增大和血肿周围脑组织水肿范围增大，其特点是通过凝血级联反应和血栓中的血红蛋白降解产物激活小胶质细胞，小胶质细胞释放神经递质诱导血脑屏障破坏和血管源性水肿。有研究表明，脑出血后小胶质细胞和单核-巨噬细胞的聚集与炎症反应增强有关［7-8］。以上两个阶段均会导致不同方式的细胞死亡，如在人体和啮齿类动物中观察到的细胞坏死和细胞凋亡［9-11］，而在胶原酶诱导的脑出血小鼠模型中存在细胞自噬死亡和铁死亡［12］。

1.2 BMSCs的特性

BMSCs是一种具有自我增殖和更新能力的多能干细胞，能直接从自体骨髓中获得，较神经干细胞更易获得，并可在体外大量扩增。BMSCs的主要神经功能是促进神经元生成及突触形成［13］，能定向分化为神经元并提高神经元的存活能力［14］，减轻炎症反应和促进血管生成［15-16］。Cai等［17］对成人BMSCs进行体外研究后，发现其能直接定向分化为类施旺细胞，同时具有成熟施旺细胞的功能。有研究显示，BMSCs也具有旁分泌功能，能分泌一些神经营养因子，如NGF、BDNF、促血管生成细胞因子等，这种旁分泌功能对修复受损的脑组织有重要作用［18-19］。Chen等［20］研究表明，对脑出血模型大鼠进行静脉移植BMSCs后，可抑制过氧亚硝酸盐对血脑屏障的损伤，保护血脑屏障的完整性并促进神经组织修复。Wang等［21］研究显示，对大鼠尾静脉移植BMSCs后，BMSCs通过提高紧密连接蛋白的阻断素和IV型胶原蛋白水平，从而增强血脑屏障的完整性。Hu等［22］通过荟萃分析探索不同类型干细胞对脑出血大鼠的治疗效果，结果显示BMSCs和神经干细胞疗效相当，且经脑室内给药是疗效最佳的给药途径，治疗时间窗广，在脑出血发生1周后进行干细胞治疗，大鼠行为学表现和脑结构的恢复较好。综上所述，BMSCs在治疗脑出血的过程中不仅自身可分化为神经元，还能通过旁分泌神经营养因子、保护血脑屏障等方式减轻炎症反应和脑组织水肿，为神经元的生长和新生神经元整合入神经功能网络提供良好的微环境。与神经干细胞疗效相当且具有可获得性（自体或异体来源）、能大量体外扩增等优点，可考虑作为治疗脑出血的方案。

2 BMSCs治疗脑出血后神经功能障碍

脑出血后由于原发性和继发性损害，导致脑组织受损出现神经功能障碍，不同的脑功能区受损将导致不同的功能障碍。脑出血患者可能发生多种神经功能障碍，如运动功能、记忆障碍和抑郁障碍等［23-24］。脑实质出血、蛛网膜下腔出血或硬膜下血肿易导致认知功能障碍［25］；海马区域出血易导致记忆力受损和社会功能障碍［26］；前额叶皮质出血可能导致认知功能缺损和情感变化［27］。研究显示，抑郁是脑出血的常见并发症，在一些症状严重、年轻女性患者中更易发生［24］。Sun等［28］采用经低氧预处理后的异体大鼠BMSCs，经鼻移植入ICH小鼠模型，采用改良大鼠神经功能缺损评分（Modified Neurological Severity Score，mNSS）、转棒试验等行为学评分及神经营养作为评估标准，结果显示，与未移植BMSCs的对照组小鼠相比，接受BMSCs移植小鼠的mNSS、转棒试验等评分较低，且干预后脑内BDNF、胶质细胞源性神经营养因子、血管内皮生长因子在脑组织中的表达较干预前高，提示BMSCs移植对脑出血小鼠的运动功能和神经功能恢复有一定作用。Cui等［29］研究显示，通过移植BMSCs可减轻脑出血模型大鼠的神经功能缺损，促进轴突再生。这种保护作用可能与激活ERK1/2和PI3K/Akt信号通路从而增加生长相关蛋白-43（GAP-43）的表达有关。由于BMSCs的分化能力及存活能力在移植后普遍较低［30］，故有研究采用含干细胞分泌物质的条件培养基或有神经营养因子修饰的BMSCs作为新的选择，以代替单纯的BMSCs移植。Cui等［31］分别以BMSCs及含有BMSCs分泌物质的条件培养基对脑出血大鼠进行移植，结果显示BMSCs移植与条件培养基移植对脑出血后脑水肿的神经保护作用相似，既能减轻脑出血后脑水肿的严重程度，又能改善神经功能，提示BMSCs旁分泌产生的各种营养因子对神经元的修复有重要作用，且含有BMSCs分泌物质的条件培养基治疗可能是脑出血的潜在治疗方式。Zhang等［32］采用BDNF基因修饰的BMSCs对脑卒中大鼠进行干预后，采用行为学评分及突触素的表达作为评价标准，经BDNF修饰的BMSCs组平衡木行走、旋转棒行走和屏幕测试评分均低于对照组，且突触素的表达高于对照组，提示BDNF修饰的BMSCs对出血性脑卒中的临床疗效更好。

3 小结与展望

由于脑出血的病理生理机制错综复杂，常规的营养神经、消除自由基等治疗方法难以取得理想的效果。原发性及继发性脑损伤带来的脑神经损害和脑内稳态被破坏，可导致神经功能障碍。BMSCs作为一种可跨系统分化为多种组织细胞的多能干细胞，不仅能在脑组织内定向分化为神经元从而修复及补充受损的内源性神经细胞，同时还具有维持新生神经细胞的生长、促进突触再生等神经发生功能，也能分泌神经生长因子等神经营养素，以加强脑组织的神经发生功能，具有抗炎、保护血脑屏障的作用，为神经功能的恢复提供了必要条件。但BMSCs对脑出血的治疗是通过BMSCs的定向分化直接发挥作用还是通过分泌营养因子间接发挥作用，或是两种作用相互协同目前尚不清楚，其作用机制需进一步的研究。已有研究表明，以外源性神经营养因子基因修饰BMSCs来治疗ICH有效，但相关研究较少，未来可用不同类型神经营养因子基因修饰后的BMSCs来治疗ICH，以完善ICH治疗体系，为临床治疗提供全面有效的新选择。