骨髓间充质干细胞治疗脊髓损伤患者的研究进展

陈仁辉(通信作者)

天津市第四中心医院创伤骨科 (天津 300140)

脊髓损伤是由高处坠落、交通事故、体育意外、工矿事故等导致的脊柱损伤的严重并发症之一，会导致患者损伤节段以下肢体发生严重的功能障碍，给其身体及心理带来较大的痛苦。手术解除压迫、物理治疗、急性期大量激素治疗均是临床使用较多的治疗脊髓损伤患者的方法。随着医疗技术的进步，组织工程学与干细胞移植技术得到快速发展，骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSC)成为治疗脊髓损伤患者的新思路，其能促进部位轴突的再生，重建突触，恢复脊髓功能，对于脊髓损伤患者具有重要的意义。本研究主要介绍BMSC的生物学特征及其治疗脊髓损伤患者的治疗途径、时间、次数及治疗机制。

1 BMSC的生物学特征

(1)低免疫原性：BMSC表达MHC Ⅰ分子，但CD40、CD80、CD86、MHC Ⅱ等不表达；BMSC缺乏共刺激分子，其不会激活T淋巴细胞，能避免NK细胞、细胞毒性T细胞溶解，不会发生同种异体反应和移植物抗宿主病[1]。(2)增殖和分化潜能：在特定的培养条件下，BMSC体外培养会表现出较强的增殖能力，10周内可以倍增50次，具有分化潜能，能被诱导为成纤维细胞、脂肪细胞、骨与软骨细胞等间充质细胞，还能分化成血管内皮细胞、神经细胞、心肌细胞等实质性细胞[2]。(3)趋化性：脊髓细胞损伤后，BMSC可以趋化损伤处，为组织修复提供理想的细胞移植来源。

2 BMSC治疗脊髓损伤患者的途径、时间、次数及机制

2.1 治疗途径

(1)静脉内细胞悬液输入法：此方法操作简便，可以为患者输入大量的BMSC，相比于直接注射于患者的脊髓损伤部位，静脉注射对于患者的损害明显更小；吴朗等[3]经静脉将BMSC注射进大鼠的脊髓损伤部位，使用BBB评分评价治疗效果，发现治疗后大鼠后肢的运动功能较治疗前有明显好转，Brd U抗体及免疫组化分析显示，BMSC有效迁移至大鼠的脊髓损伤部位并存活。(2)细胞悬液立体定位注射法：目前多使用CT或MRI定位、三维立体头架、神经导航指引等方式对移植细胞进行定点，移植细胞量一般为107～109/ml，相邻的2个注射点间的距离为5 mm；此方法不会对BMSC造成损失，但是患者术后需要再次暴露脊髓，发生出血、感染等并发症的概率大；此外，患者需要将已经愈合的皮肤再次剪开，将BMSC注射于损伤原位，会使患者脊髓损伤情况进一步加重，治疗效果差异较大。(3)诱导分化后移植：BMSC是一种干细胞，其能通过移植治疗脊髓损伤患者的理论基础是可以向神经细胞方向分化，首先将BMSC在体外诱导分化成为神经胶质细胞或神经元，然后进行移植，此方法是一种有效的治疗方法。(4)腰穿细胞悬液注射法：将BMSC悬液直接注入患者脑脊液中，能使其定向迁移至中枢神经损伤区聚集；此方法可以避开血脑屏障，让更多的BMSC进入患者已受损伤的脑实质中，使得注射部位更接近于损伤部位，可提高治疗效果；王谦等[4]研究表明，使用腰穿细胞悬液注射法能够提高BMSC迁移至脊髓损伤部位的概率，使其能充分促进脊髓再生，代替死亡的细胞。(5)经蛛网膜下腔途径移植：BMSC可以通过腰椎穿刺注入脑脊液中，能迁移至患者脊髓损伤部位，对受损的神经细胞进行修复；蒋显锋等[5]发现，相比于直接注射BMSC，使用经蛛网膜下腔途径移植BMSC治疗脊髓损伤患者的效果更好，且注射方法较为简便，可以重复使用，是理想的使用BMSC治疗脊髓损伤患者的途径。

2.2 治疗时间

脊髓损伤后，患者会在短时间内出现静脉瘀血、脊髓动脉栓塞、灰白质坏死、脊髓水肿等症状，损伤后2～4 d症状会达高峰，经过数十天的发展，损伤的脊髓会广泛坏死。现阶段，医学界试验关注的热点是BMSC治疗脊髓损伤急性期患者的临床效果。有研究显示，在患者脊髓损伤的急性期与亚急性期、慢性期，BMSC的保护、修复机制不同：在亚急性期和慢性期，BMSC具有重建神经通路，填充胶质细胞，刺激神经元再生的作用；在急性期，BMSC的作用以抗氧化、抗免疫反应为主[6]。莫翠萍等[7]在大鼠脊髓损伤的急性期与亚急性期使用BMSC治疗，作用较为明显，而在大鼠脊髓损伤的慢性期使用BMSC进行治疗，几乎无治疗效果，研究还显示，进行BMSC移植的最佳时间是大鼠发生脊髓损伤的第9天左右，此时大鼠体内的微环境适宜神经干细胞的生长、分化。

2.3 治疗次数

增加治疗次数能够使BMSC数量增多，提高患者受损组织修复的效率，进而提高治疗效果，但是患者发生二次损伤的风险增高，使患者遭受更大的痛苦，增加医疗费用。薛荣利等[8]分别对两组大鼠进行单次移植和多次移植，结果显示，对脊髓损伤进行多次BMSC移植，可促进脊髓损伤的恢复，改善神经功能，疗效明显优于单次移植，研究还显示，最佳的移植次数是3次，接受3次BMSC移植后，神经改善功能不会再出现明显改善，效果不会随着移植次数的增加而提高。

2.4 治疗机制

目前医学界对于BMSC治疗脊髓损伤患者的机制尚未有明确的报道，但有研究表明其与以下因素有关。(1)营养作用：BMSC能够产生多种神经营养因子，如免疫复合物(IC)、神经生长因子(NGF)、脑源性神经生长因子(BDNF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)等，在修复患者脊髓损伤的过程中，上述因子能调控神经递质的生成，调节神经元的存活，介导轴突生长，还可以重建血管，促进局部新生血管的生成，使得神经营养得到改善，提高神经细胞的存活率，有利于防止患者的脊髓组织受到二次损伤，提高神经元轴突的再生功能，重建神经传导功能与髓鞘化。(2)替代作用：医学界普遍认为，BMSC可以向神经细胞表型分化，表达神经细胞特异性标记蛋白，替代已经受损或者死亡的脊髓神经细胞；但有研究表明，若是分化细胞的数量过少，脊髓神经功能得到恢复的现象难以使用细胞分化替代进行解释[9]。(3)吞噬作用：将BMSC移植到患者的脊髓受损部位，能够吞噬坏死组织，抑制不利于神经再生的瘢痕形成。(4)桥梁作用：BMSC能够桥接患者的脊髓损伤断端，使得功能性突触形成；移植到脊髓受损部位的BMSC可以提供支架，促使轴突再生，引导、趋化轴突向前生长；有研究证实，共同培养BMSC和神经干细胞，BMSC可以诱导干细胞分化为神经元，使其进行自我修复，能促进患者恢复脊髓神经功能[10]。

综上所述，使用BMSC治疗脊髓损伤患者有较高的前途及希望，给予脊髓损伤患者BMSC治疗，向BMSC施以定向迁移的能力，能使其聚集到脊髓受损部位，促进受损部位的神经修复，改善脊髓损伤的微环境，提高治疗效果，恢复患者的脊髓功能。但是，BMSC治疗脊髓损伤患者的同时面临较大的挑战，仍存在较多的问题待探究、解决，需要科研人员及医学工作者进行大样本临床试验，开展更长期、更合理、更精细的试验分析。