骨髓间充质干细胞移植在缺血性脑卒中治疗中的应用研究进展

刘玉林，闵瑜，黄臻 广州市番禺区中心医院，广州511400

脑卒中是导致人类死亡和残疾最常见的原因，具有高发病率、高病死率、高致残率和不可预知等特点，严重地威胁人类健康并影响患者生存质量[1]。溶栓治疗和经皮血管内干预是目前临床常用的治疗手段，可在一定程度上降低了患者的病死率，但该方法受时间窗的限制，临床上亟需寻找其他更为有效的治疗手段。近年来研究发现，干细胞移植治疗是促进脑卒中后患者功能恢复的有效方法之一[2]。干细胞是一类具有自我更新、多向分化潜能的未分化细胞群体，在一定的条件下可以分化成多种功能细胞、组织或器官。骨髓间充质干细胞(BMSCs)是干细胞成员之一，具有可自体取材、增殖速度快、易体外培养、低免疫原性、无伦理学限制等特点[3～5]。目前研究显示，BMSCs不仅可以通过分化成神经元来修复卒中后的脑组织[6, 7]，还可以通过调节受损脑组织的微环境[8]，减轻炎症反应，促进血管生成、神经发生、神经血管修复等[9, 10]，发挥减少梗死面积和减轻血脑屏障破坏的作用。本文将对BMSCs在缺血性脑卒中治疗中的移植时机、移植途径及其应用作一综述。

1 BMSCs在缺血性脑卒中治疗中的移植时机、移植途径

1.1 BMSCs的移植时机 缺血性脑卒中超早期溶栓有4.5 h时间窗的限制，因此只有较少数患者能从中受益，而BMSCs移植可明显延长缺血性脑卒中治疗的时间窗，在急性期、亚急性期和慢性期缺血性脑卒中的治疗中均有效。既往认为，缺血性脑卒中患者应尽早进行BMSCs移植治疗。但Yavagal等[11]发现，在脑缺血后1 h通过动脉移植BMSCs后，患者的梗死面积并没有显著减少，而在脑缺血后24 h进行移植的患者梗死面积明显减小，说明在超急性期移植BMSCs的神经保护作用并不明显，可能需经过一段时间后，机体才会产生更高浓度的趋化因子，从而促进BMSCs的内皮转运。Rosenblum等[12]也发现，适当延迟脑卒中后干细胞移植时间可显著提高疗效；该研究认为，在脑组织缺血后的超急性期进行动脉移植BMSCs可能是不利的，而在超急性炎症反应减弱或消退后的几天进行移植可带来较好的效果。Kawabori等[13]研究显示，在缺血性脑卒中后1周移植低剂量和高剂量BMSCs均可显著促进患者的功能恢复，而在缺血性脑卒中后4周进行高剂量BMSCs移植的患者功能恢复情况优于低剂量者；认为不宜在缺血性脑卒中超急性期进行BMSCs移植治疗，而在恢复期的移植治疗可能需要提高移植细胞数量才能达到有效效果。因此，BMSCs移植治疗还需严格把握时间窗，其最佳治疗时间目前尚无定论，这也是需要深入研究的方向之一。

1.2 BMSCs的移植途径 在动物实验中BMSCs的移植途径主要有立体定向脑内注射法及经外周静脉注射、颈动脉注射、鞘内注射等，而在临床实验中多采用立体定向脑内注射及经外周静脉注射、颈动脉注射。立体定向脑内注射可将干细胞精确移植于病灶处，使梗死区及周边有更多的移植细胞，有助于细胞成活和分化，从而促进组织损伤修复；但是，立体定向脑内注射是一种有创性操作，可引起颅内感染、发热、局部损伤等不良反应，导致其临床应用受限[14, 15]。经外周静脉注射是一种应用比较广泛的移植方法，具有安全性高、可重复操作等特点，患者更容易接受，更适用于临床应用。虽然干细胞可通过血液循环趋化至受损组织发挥作用，但移植的干细胞从外周血管进入脑内需经较长时间的迁移，可能经过肝脏的首过代谢，而且通过肺循环也会损失一定数量的细胞，导致最后进入脑内的细胞数量十分有限，而注入足够数量的干细胞有可能增加血栓形成的风险。因此，相对于经外周静脉移植，颈动脉移植不需经过其他器官而损失大量的细胞，可更直接、更快速地到达病灶部位，但因BMSCs体积较大，有可能形成微栓子，有造成新发梗死的可能。有研究者通过动脉、静脉和脑内途径分别移植BMSCs，发现3种途径移植的BMSCs均可促进梗死侧胼胝体区域轴突髓鞘的重建，而经动脉移植的患者神经功能恢复的程度最好、速度最快[16]。鞘内注射的方法可使BMSCs随脑脊液分布至整个大脑和脊髓，但到达病灶部位的细胞数量并不多，常用于治疗广泛病变，不适合治疗小范围病变。对于选择何种移植途径，需结合脑卒中梗死的面积、位置、形状、移植细胞的数量等情况，如梗死面积大、梗死及其周边血运好，可选择动脉或静脉注射方式进行BMSCs移植治疗[17]。

2 BMSCs移植在缺血性脑卒中治疗中的应用

2.1 单纯BMSCs移植 目前研究证明，BMSCs移植对缺血性脑卒中患者具有神经保护及损伤修复作用，其机制可能与促进血管生成、神经发生、神经血管修复等有关。王宗立等[18]采用线栓法建立大脑中动脉栓塞大鼠模型，在建模成功后3 h通过立体仪注射同种异体BMSCs悬液，发现BMSCs可明显改善脑缺血再灌注大鼠的神经功能，其机制可能与上调survivin蛋白表达、下调Caspase-3表达并减少脑缺血再灌注大鼠神经细胞凋亡有关。Zhang等[19]在大鼠脑缺血21 d时采用经股静脉注射BMSCs移植治疗，结果发现 BMSCs移植也可明显改善脑缺血恢复期大鼠的神经功能缺损，并有助于减小缺血灶体积、减少瘢痕组织形成，其机制与下调Nogo-A、NgR、RhoA及ROCK等表达，减轻炎症反应对轴突生长的抑制作用等有关，这表明BMSCs移植在脑缺血恢复期的治疗中仍有作用。

除了基础实验方面的研究，BMSCs移植治疗在临床实验中也有了较大进展。Lee等[20]对52例大脑中动脉梗死患者进行了观察者单盲临床实验和长达5年的随访，发现静脉自体BMSCs移植治疗脑卒中是安全、有效的。Honmou等[21]对12例缺血性卒中患者静脉注射大剂量BMSCs悬液[细胞数为(0.6～1.6)×108个]，结果显示患者的NIHSS均持续改善，在输注BMSCs 1周后，磁共振成像评估显示平均病变体积减小>20%，治疗后1年随访显示患者未发生任何中枢神经系统肿瘤、异常细胞生长、静脉血栓栓塞、全身恶性肿瘤或全身感染等不良反应。由此可见，BMSCs移植是治疗缺血性脑卒中的有效措施，且安全性较高。

2.2 经基因修饰后BMSCs移植 为了进一步提高BMSCs的移植效能，有研究将BMSCs经基因修饰后作为供体细胞，目的是使BMSCs在大脑组织中表达相应的目的基因[22]。程率芳[22]通过构建血管内皮生长因子(VEGF)基因表达载体并转染SD大鼠的BMSCs，发现携带 VEGF基因的BMSCs可以改善脑缺血大鼠的神经功能，减小脑缺血面积，并能促进缺血性脑组织的血管生成；且大鼠缺血半暗带内有明显的新生血管，并且向梗死中心区域延伸、增多。Zhang等[23]将TSP4基因通过慢病毒表达载体系统转染BMSCs，发现TSP4-BMSCs可通过上调TGF-β/Smad2/3信号通路，增加血管性假血友病因子(VWF)、血管生成素1(Ang-1)、基质金属蛋白9(MMP-9)、基质金属蛋白2(MMP-2)在脑缺血半暗带中的表达，从而促进内皮细胞增殖、迁移和管状形成；此外，TSP4-BMSCs输注明显改善了大脑中动脉栓塞大鼠的神经功能评分，并可促进脑卒中后神经功能的恢复，较野生型BMSCs具有更好的治疗效果。因此，基因修饰后的BMSCs可在脑卒中治疗中发挥积极作用，比单纯BMSCs可能有更好的治疗效果，但目前主要为基础研究，还需要更多的临床实验进一步证实。

2.3 BMSCs移植联合药物治疗 研究表明，阿魏酸钠联合BMSCs注射可通过上调基质细胞衍生因子1α(SDF-1α)/趋化因子受体4轴，促进BMSCs向脑内缺血组织迁移，同时促进外源性BMSCs向神经样细胞和星形细胞分化，并通过促进脑卒中后糖代谢和内源性神经发生来增强脑实质细胞的修复能力，显著缩小缺血性脑卒中的梗死范围；其机制可能与上调骨形态发生蛋白(BMP)2/4，下调Notch-1、Hes1和Hes5表达有关[24]。此外，Wang等[25]发现，静脉注射黄芪甲苷联合BMSC移植治疗可显著促进缺血性脑卒中患者的功能恢复和血管生成，联合治疗的疗效明显优于单一治疗，其机制可能与黄芪甲苷通过上调SDF-1和VEGF表达而促进BMSCs存活和迁移有关。此外，依达拉奉[26]、补阳还五汤[27]、NO[28]、红细胞生成素[29, 30]等联合BMSCs移植对缺血性脑卒中的治疗效果均较好。BMSCs联合药物可以起到更好的协同效应，其原因可能是联合药物可促进内源性干细胞增殖、提高干细胞存活及迁移、促进神经营养因子分泌、促进血管生成等。

综上所述，单纯BMSCs移植、经基因修饰后BMSCs移植及BMSCs移植联合药物治疗3种方法对缺血性脑卒中的治疗均有积极作用，具体哪种治疗方法的效果最佳尚无定论，有待更多大样本、随机对照研究进行探讨。关于BMSCs移植治疗缺血性脑卒中不管在基础实验还是临床研究均有了较大的进展，但仍有很多问题需进一步研究，比如移植治疗的最佳时间窗、细胞剂量及途径等。临床中每例脑卒中患者的病情轻重不同，其梗死部位、大小、年龄等各有差异，因此在临床治疗中寻找最佳的移植方案远比动物实验复杂得多。此外，动物实验基本上选择健康的年轻雄性动物，在临床研究中还缺乏关于合并糖尿病、高血压等基础疾病对BMSCs治疗缺血性脑卒中效果的影响；同时目前临床研究的样本量、随访时间及安全性研究等均不足，还需要多中心、大样本、双盲、安慰剂对照、随机临床试验提供更多依据。