神经干细胞治疗脊髓损伤的研究进展

李国刚，孙 涛，赵其娜，王泰华*

(1山东省红十字会介入医院，济南250014;2山东中医药大学附属医院)

脊髓横断性损伤引起的神经功能障碍目前尚无有效的方法。神经干细胞的移植主要致力于提高轴突再生能力，其可以在患者的脊髓内迁移、分化为神经元以及分泌神经营养物质，具有促进脊髓损伤(SCI)后神经功能恢复的作用，有些甚至已经进入了临床实验阶段。不过神经干细胞的成功应用，也存在很多问题。下面就神经干细胞特性和应用情况综述如下。

1 神经干细胞的研究现状

1.1 神经干细胞的来源、分布和分化 研究证实，神经干细胞可以从胚胎期神经系统的多个部位分离到;亦可以从成年的哺乳动物的体内分离到。有学者先后从大脑皮质、纹状体、海马、嗅球、脑室沿线包括侧脑室、第三脑室和第四脑室、间脑、小脑、中脑、脊髓中分离得到了干细胞［1，2］。神经干细胞的生长方式为对称性分裂和不对称性分裂生长，分别使其具备分化和更新能力，但受分化前神经干细胞数目和分裂次数的控制［3］。目前研究认为，神经干细胞的分化受基因调控［4］，并且存在细胞自身基因调控和外源性信号调控两种机制，神经干细胞在自身基因调控中依赖多个信号途径，主要有Notch信号等途径，在Notch信号转导系统中Notch受体是一种整合型膜蛋白［5］，主要通过蛋白质相互作用，引起转录调节因子的改变或将转录调节因子结合到靶基因上，实现对特定基因转录的调控，通过对称性分裂增加神经干细胞的数量，使神经干细胞不分化。

1.2 神经干细胞的基本特征 神经干细胞是指能够产生成年动物中枢神经系统内主要细胞类型的，能够进行自我更新的多潜能细胞，由Reynolds等［6］于1992年提出，指存在于神经系统内的一群具有多向分化潜能和自我复制能力的细胞群。神经干细胞的基本特征有:①多向分化。可以生成中枢神经系统内各种类型分化成熟的后代细胞。目前已经有实验证明神经干细胞具有很强的跨系或跨胚层分化潜能，分化发育成其他细胞系。②自我维持和更新。在分化成其他细胞系的同时能够自我更新，不断形成新的神经干细胞;③归巢性。移植过程中有向着其起源部位或功能及解剖区域的特殊趋化作用。④低免疫源性。在移植后相对较少发生免疫排斥反应。神经干细胞因上述特性而成为脊髓损伤的较理想移植材料。

2 神经干细胞在SCI治疗中的应用

SCI可致损伤平面以下的运动、感觉及植物神经功能障碍，其修复一直是神经科学研究领域的一大难题。SCI后除原发性创伤直接对脊髓组织造成损害以外，损伤后微环境的改变和有害细胞因子的释放亦间接损伤脊髓组织造成继发性损害，如出现促进修复的神经因子缺乏、神经元的变性死亡、胶质瘢痕形成和空洞持续存在、抑制修复因子的释放等情况［7］。目前其治疗主要集中在改善SCI的生长环境、组织移植、干细胞移植、神经细胞移植等。神经细胞移植包括神经膜细胞(SCs)、嗅鞘细胞(OECs)、少突胶质细胞(OD)和被周围神经激活的单核吞噬细胞等。利用其神经细胞或类神经细胞的特性促进神经的再生。Lee等［8］发现标记了的OECs在正常大鼠脊髓内进行广泛地迁移，而在损伤的脊髓内迁移的范围却十分有限，并且没有细胞能跨越横断损伤的脊髓部位。表明在SCI胶质瘢痕形成后，移植的OECs迁移能力和修复损伤能力均十分有限。

神经干细胞是一种潜在的、有效的神经系统组织工程的种子细胞。研究证明其来源于胎鼠的神经前体细胞在I型胶原上可以高度增殖并且分化［9］。神经干细胞作用于脊髓损伤的机制可能为:神经干细胞分化后产生的神经元和胶质细胞可分泌多种神经营养因子，改善脊髓局部的微环境，启动再生相关基因的表达而使轴突再生，同时产生多种细胞外基质，来填充脊髓损伤后遗留的空腔，为再生轴突提供支持物;补充外伤后缺失的神经元和胶质细胞;使残存髓鞘的神经纤维和新生的神经纤维形成髓鞘，保持神经纤维的完整性［10～12］。关于神经干细胞的移植时间，Ogawa 等［13］对 45只大鼠SCI 24 h后植入神经干细胞，细胞不能存活;但第9天移植则移植细胞大部分存活，并分化成不同类型神经细胞。证实损伤处微环境对神经干细胞存活有至关重要的作用。第9天时急性炎症已消退，微环境进入修复阶段，有神经生长、营养因子的表达及微血管的形成，有利于移植细胞的存活。也有学者提出损伤后1周内适宜为移植最佳时机，理由是损伤后由于细胞崩解、溶酶体破裂、组织水肿以及毒性物质释放，脊髓残端发生变性、坏死及空洞等。1周后逐渐形成胶质瘢痕，一旦瘢痕形成，神经纤维很难再生。神经干细胞移植途径主要为:损伤部位原位移植、脑脊液途径、静脉输入。

近年来，神经干细胞修复SCI得到了很大进步。Castdlanos等［14］将trk-C基因和NT-3因子修饰的神经前体细胞移植到完整的大鼠脊髓内，发现两种处理因素联用能促进神经干细胞的存活，填补脊髓空洞、促进β-微管蛋白纤维在移植细胞周围的增生。Satake等［15］则将绿色荧光蛋白标志的神经干细胞在SCI损伤后的第3、5、7天自蛛网膜下腔注入，按时间顺序分别在移植后的第7、14、28天取材，发现大部分移植细胞迁移到病变周围，其中部分移植细胞表达了神经元和神经胶质细胞和少突胶质细胞的标志蛋白，同时大鼠的运动和神经功能得到明显改善。SCI后形成的脊髓空洞需要大量的干细胞移植，包括神经干细胞移植在内的组织工程技术在短期内可以扩增足够的神经细胞，并对移植的细胞起结构上的支撑作用，同时还可以创造适宜的微环境，使脊髓损伤得到尽快修复。目前亦有学者通过静脉途径注入神经干细胞治疗SCI，也取得了较为理想的治疗效果［16］。我院通过鞘内注射神经干细胞悬液治疗脊髓损伤后遗症疗效显著，随机抽取58例，治疗4周后感觉平面下移38例，大小便功能改善28例，双下肢肌力增加34例，肌张力改善48例，疼痛减轻15例，在治疗脊髓损伤后遗症方面，取得了较为理想的治疗效果。

目前，SCI的治疗仍然是世界性难题。神经干细胞移植治疗SCI亦存在诸多需要解决的问题:①神经干细胞的来源。目前神经干细胞主要来源是由胚胎干细胞培养分化。胚胎干细胞的来源主要是死亡胎儿、体外受精治疗不孕患者提供的早期胚胎。尚不能满足临床需要且存在伦理学问题;②移植后的免疫排斥反应。神经干细胞移植很可能表达自体的主要组织相容性抗原，故存在免疫排斥反应;③远期效果不理想。

目前对于实验性SCI的神经干细胞移植修复研究进展较快，但还需进一步的研究才能大规模应用到临床。随着研究的深入，将为神经干细胞移植提供新的理论支持并促进其在临床广泛应用。

［1］Wen T，Li H，Song H，et al.Down-regulation of specific gene expression by doubles trand RNA induces neural stem cell differentiation in vitro1［J］.Mol Cell Biochem，2005，275(122):215-2211.

［2］Wong AM，Hodges H，Horsburgh K.Neural stem cell grafts reduce the extent of neuronal damage in a mouse model of globalischaemia［J］.Brain Res，2005，1063(2):140-150.

［3］Rietze RL，Reynolds BA.Neural stem cell isolation and characterization［J］.Methods Enzymol，2006，41(9):3-23.

［4］Baharvand H，Mehrjardi NZ，Hatami M，et al.Neural differentiation from human embryonic stem cells in a defined adherent culture condition［J］.Int J Dev Biol，2007，51(5):371-378.

［5］Elkabetz Y，Panagiotakos G，Al Shamy G，et al.Human ES cellderived neural rosettes reveal a functionally distinct early neural stem cell stage［J］.Genes Dev，2008，22(2):152-165.

［6］Reynolds BA，Tetzlaff W，Weiss S.A multipotent EGF-responsive striatal embryonic progenitor cell produces neurons and astrocytes［J］.J Neurosci，1992，12(11):4565-4574.

［7］de Winter F ，Oudega M，Lankhorst AJ，et al Injury-induce class 3 semaphorin expression in rat spinal cord［J］.Expr Neurol，2002，173(2):61-75.

［8］Lee IH，Jeff WMB，Schweinhardt P，et al.In vivo magnetic resonance tracking of olfactory ensheathing glia grafted into the ratsp inal cord［J］.Exp Neurol，2004，187(2):509-516.

［9］Connor SM ，Stenger DA ，Shaffer KM ，et al.Primary neural precursorcell expansion，differentiation and cytosolic Ca response in three-dimensional collagen gel1［J］.J Neurosci Methods，2000，30，102(2):187-195.

［10］Oka S，Honmou O，Akiyama Y，at al.Autologous transplantation of expanded neural precursor cells into the demyelinated monkey spinal cord［J］.Brain Res，2004，1030(1):94-102.

［11］Schwab ME.Repairing the injuryed spinalcord［J］.Science，2002，295(5557):1029-1031.

［12］Han SS，Fischer L.Neural stem cells and gene therapy:prospectsforrepairing the iniured spinal cord［J］.JAMA，2000，283(17):2300-2301.

［13］Ogawa Y，Sawamoto K，Miyata T ，et al.Transplantation of in vitro expanded fetal neural progenitor cells results in neurogenesis and functional recovery after spinal cord contusion injury in rats［J］.J Neurosci Res，2002，15，69(6):925-933.

［14］Castellanos DA，Tsoulfas P，Frydel BR.Over expression enhances survival an d migration of neural stem cell transplants in the rat spinal cord［J］.Cell Transplant，2002，11(3):297-307.

［15］Satake K，Lou J，Lenke LG.Migration ofmesenchymal stem cells through cerebrospinal fluid into injured spinal cord tissue［J］.Spine，2004，29(18):1971-1979.

［16］Takeuchi H，Natsume A，Wakabayashi T，et al.Intravenously transplanted human neural stem cells migrate to the injured spinal cord in adult mice in an SDF-1-and HGF-dependent manner［J］.Neurosci Lett，2007，426(2):69-74.