嗅鞘细胞移植促神经元轴突生长的机制

张志存 余洪猛

嗅鞘细胞(olfactory ensheathing cells，OECs)是存在于嗅觉系统中一种体积较大的胶质细胞，具有支持神经发生的功能，主要分布在嗅球的神经纤维层和小球层及嗅黏膜的固有层，并伴随嗅束进入中枢神经系统。在嗅球内，它是惟一接触和包被嗅神经轴突的胶质细胞。OECs同时具有星形胶质细胞和雪旺细胞(Schwann cells,SCs)的双重特性[1]，是目前已知用于移植的细胞中惟一可以跨越周围神经系统与中枢神经系统边界，且在成熟阶段还具有生长能力的神经胶质细胞。它具有神经营养、成鞘作用，可抑制胶质增生、瘢痕形成等，为轴突生长提供了适宜的微环境及较强的迁移特性。

1 OECs移植

OECs促嗅神经再生的特性启发了学者将其移植到神经损伤处，观察其是否具有促进其他神经再生的作用。Li等[2]报道了应用OECs移植治疗大鼠脊髓束损伤模型，3～10周后，陆续发现切断的皮质脊髓束延伸生长，穿过损伤区，最后到达下位脊髓的前角神经元，形成功能性连接。大量的在体实验[3-4]证实，OECs对损伤的中枢神经及周围神经都具有修复作用。

Wei等[5]将DiI标记的OECs移植到切断嗅神经的大鼠的硬脑膜与筛板之间，对照组注射培养液，2周后实验组大鼠可观察到辣根过氧化物酶染料与其标记的OECs出现在嗅球中，6周后实验组大鼠的嗅上皮细胞明显比对照组多。有学者[6]将OECs与螺旋神经节细胞(spiral ganglion cells,SGCs)共培养，发现SGCs体外存活的数量与单独培养SGCs相比有明显的增加。他们运用反转录聚合酶链反应(reverse transcriptional polymerase chain reaction，RT-PCR)分析OECs促进SGCs存活是基于两者之间的直接接触。

作为一种免疫缺陷细胞[7]，由于其免疫耐受，移植的OECs可在体内生存较长时间，动物实验发现移植到宿主体内的OECs能存活7个月以上[8]，在加入神经营养因子时生存时间可进一步延长[9]。OECs可通过活组织检查方法从嗅黏膜上皮中获得且不影响嗅觉，对机体损伤小。

2 OECs促进轴突生长的机制

目前研究认为，嗅鞘细胞移植后促进轴突生长的机制主要有以下几种：

(1)OECs表达和分泌多种黏附分子及神经营养因子。Runyan和Phelps[10]将背根神经节细胞与髓磷脂共同培养，发现在有OECs存在或加入脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)时，背根神经节细胞的轴突生长比未加之前明显加快；Lu等[11]将高表达BDNF的骨髓基质干细胞移植到损伤的脊髓中，发现损伤部位的轴突生长增快明显。这些均表明BDNF是促进轴突生长的重要神经营养因子之一。

在嗅上皮受损后，嗅球神经层外层的低亲和力神经生长因子受体P75表达会上调，可能为嗅神经轴突提供趋化引导作用；将嗅球神经层外层的OECs与视网膜神经节细胞共培养时，视网膜神经节细胞的轴突生长增强，但当通过免疫选择消除了P75阳性的OECs时，这种增强消失了[12]。

神经肽Y仅当轴突与靶细胞之间形成突触时，在嗅球神经层的内层表达[13]，这表明它可能在轴突生长的最后阶段发挥重要的作用；它还在胚胎时期嗅神经从上皮到嗅球生长的过程中表达[14]，参与轴突的定向生长。

OECs分泌与轴突生长相关的载脂蛋白E。载脂蛋白E基因敲除小鼠的嗅上皮受损时后恢复速度延迟，推测载脂蛋白E可能在重复利用变性的神经元或轴突的膜脂质方面发挥重要的作用[15]。

OECs表面的细胞粘连因子是轴突生长延伸的有利因素[16]，如L1蛋白、PSA-N-CAM、N-CAM等。但Runyan和Phelps[10]将OECs与背根神经节细胞共培养却发现L1蛋白并无促进背根神经节细胞生长的作用。OECs产生神经连接素，对轴突生长有明显促进作用。OECs还表达层黏连蛋白、纤维蛋白和Ⅳ型胶原蛋白的细胞外基质分子，特别是层粘连蛋白被认为是嗅神经轴突生长的最优底物[17]。

在体外，OECs提供促进神经元出芽的可溶性和接触性信号，如细胞因子NT-3、NT-4/5。当OECs直接与损伤的神经元接触时，轴突出芽最多，而如果OECs和损伤的神经元分隔开来，虽共用同一培养基，但轴突出芽明显减少[18]。这一结果显示，OECs诱导的轴突再生可能与其分泌的可溶性因子和嗅鞘细胞膜直接与损伤轴突细胞膜间的相互作用有关。Deumens等[19]认为这些因子和接触介导机制都参与了OECs刺激轴突生长的过程，但这个过程的效率似乎与移植方式有关[20]，当OECs以多孔的生物材料为载体移植到脊髓时，皮质脊髓束轴突的出芽非常明显，而直接注射移植则不能达到相同的效果。

(2)OECs提供有利于再生轴突依附、延伸的桥梁。脊髓损伤后，两断端之间有效的连接是一个极为必要的条件，孙德日等[21]将OECs体外培养3周以后，OECs间明显出现首尾连接，成条索状分布，或彼此平行排列成束状集中。移植后，P75染色显示，嗅鞘细胞在体内成条索状分布，主要集中在损伤区，与体外培养观察到的结果相一致，且与GAP-43着色有共同分布的区域，提示轴突可以沿着嗅鞘细胞桥生长。他们还发现NF200和GAP43阳性着色纤维有明显的指向性，即末端倾向于P75阳性着色的嗅鞘细胞的分布区。

(3)OECs调节Sema3A、NP-1等神经生长抑制相关因子及受体的表达。Sema3A及其受体NP-1在神经发育过程中是作为抑制性导向因子存在的。Schwarting等[22]研究了不同时期的胎鼠、出生后小鼠和Sema3A基因突变的小鼠，他们发现Sema3A分布在嗅黏膜的固有层和嗅球神经层的腹侧面，且在小鼠各生长阶段都有表达。在野生型小鼠中，表达NP-1的神经细胞穿过嗅黏膜，发出神经纤维向生长中的嗅球延伸，止于没有Sema3A分布的嗅球的尾侧和头侧，而在Sema3A突变型的小鼠中，表达NP-1的神经纤维则错误地到达嗅球的腹侧面。他们推测OECs表达的Sema3A在神经定向生长中起到重要的作用。

(4)OECs使脱髓鞘的轴突重新生成髓鞘。神经元损伤后的脱髓鞘改变是脊髓损伤后的最基本病理改变，也是神经功能损伤的根本病理改变。神经元的再髓鞘化是神经再生和神经功能恢复的前提，Franklin等[23]报道在鼠的脱髓鞘损伤模型中，OECs移植能够使脱髓鞘的脊髓轴突重新髓鞘化。OECs不像施万细胞那样包裹单条神经轴突，而是由OECs系膜紧密包裹成束的无髓神经纤维，Plant等[24]认为可能就是这种特殊的成鞘作用使损伤神经纤维与周围胶质环境绝缘，使这些胶质细胞在损伤时产生的轴突再生抑制因素不能作用于损伤神经纤维，从而为轴突生长提供了适宜的微环境。

(5)移植的OECs调节星形胶质细胞的活性，下调反应性星形胶质细胞的胶质纤维性蛋白和蛋白多糖的表达[25]。Li等[26]认为成年中枢神经轴突损伤修复困难，最根本的问题并不在于神经纤维本身而是在于丧失了星形胶质细胞通道。中枢神经损伤后会在损伤部位形成以星形胶质细胞为主的胶质瘢痕。星形胶质细胞一旦与OECs相遇，其结构将发生改变，在损伤部位中形成一个通道，以便再生的轴突通过，从而进一步产生功能性连接。Christine等[27]认为移植的OECs能使损伤部位迅速变得完整，从而限制成纤维细胞的侵入，并为轴突的生长提供营养支持，使轴突的再生迅速开始，增加轴突穿过损伤部位的概率。

(6)OECs诱导产生密集的微血管网，为移植物与宿主快速而完整的整合从而促进轴突的再生，为神经功能的恢复提供了良好的基础[28]。OECs在治疗神经受损方面可以作为一种优良的移植细胞，有着广泛的前景，但对于它促进轴突生长的分子机制尚不完全清楚，仍需要做进一步的研究；获得足够数量的纯化的OECs也是我们面临的难题，该难题直接限制了用OECs移植治疗神经系统疾病的开展，故其培养急需进一步的研究。

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