神经干细胞对创伤性颅脑损伤治疗的研究进展

王良伟 综述 陶 进 校审

安徽芜湖市弋矶山医院神经外科 芜湖 241000

随着社会经济水平不断提高,交通运输的发达,创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury,TBI）呈不断上升趋势,颅脑损伤在全身部位损伤中约占15％,仅次于四肢伤,虽然颅脑损伤的临床诊治及相关基础研究方面取得很大的进展,但带来了严重的社会问题和沉重的经济负担[1]。对于创伤性颅脑损伤病人的紧急处理是支持治疗,并在保持大脑充足灌注的情况下控制颅内压,长期治疗主要包括改善病人的认知和肢体的运动功能。尽管临床上采取了积极地应对措施,但是神经元几乎没有自我修复的能力,也没有很好的治疗方法能扭转细胞或者亚细胞水平的损伤。自1992年Reynolds[2]首次提出成年哺乳动物的脑中存在神经干细胞后,学者们对神经干细胞进行了大量的研究,神经干细胞对神经系统损伤后的功能修复越来越受人重视。

1 神经干细胞定义

长期以来,人们认为中枢神经的神经细胞在出生前或出生后不久就失去再生的能力,且成年哺乳动物脑内神经细胞不具备更新能力,一旦受损乃至死亡就不能再生。但近年的一些研究表明,成年哺乳动物的脑组织仍可以不断产生新的神经元细胞,成人脑组织中同样存在神经干细胞,主要在侧脑室下层（SVZ）和海马齿状回。1997年,M ckay[3]提出神经干细胞的定义是具有分化成神经元、星形胶质细胞少突胶质细胞的能力,能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞群落,然而M ckay所提的并没有涉及神经干细胞的性质。在2000年,Gage[4]提出神经干细胞的特性,即能生成神经组织或来源于神经系统,具有自我更新能力,可通过不对称细胞分裂产生新的细胞。根据前人的研究,我们可以将神经干细胞定义为：神经干细胞（neural stem cell,NSCs）是一类能产生神经组织或源于神经系统具有自我更新能力通过不对称分裂生成自身之外的其他类型细胞或组织。

2 神经干细胞在创伤性颅脑损伤治疗的进展

创伤性颅脑损伤的机制复杂,临床上只是对症及保护损伤的神经细胞为主要措施,但死亡的神经元细胞将永远失去功能,这样对受伤患者就会留下很多后遗症。随着神经干细胞的发现,人们应用神经干细胞移植治疗神经系统损伤,恢复受损的功能成为研究的热点。

2.1 内源性神经干细胞迁移修复在创伤性颅脑损伤发生后,中枢神经系统可以动员内源性的神经干细胞来对受损的区域进行修复。内源性神经干细胞来源包括静息状态下的神经干细胞被激活和成熟的神经细胞逆向分化两个方面：（1）静息状态下的神经干细胞被激活：神经干细胞在大脑中广泛分布如室管膜下区（SVZ）、海马颗粒下层（SGZ）等脑组织在受到创伤后,上述区域的神经干细胞被激活,在诱导因子作用下向损伤部位迁移并分化成神经细胞。海马部位的神经干细胞被分为1型和2型两种亚型,在颅脑损伤后会诱发此部位的神经干细胞向受损部位移行,进行修复。研究表明主要以1型干细胞为主,且在修复过程中需要其持续的活化[5-6]。（2）成熟的神经细胞逆向分化：在一些神经系统的病理状态下如脑缺血、脑外伤、癫和神经变性疾病等可以出现成熟神经细胞胚胎化,出现胚胎神经上皮的特性的再表达,这种神经干细胞有人认为是少突胶质细胞的前体细胞。而内源性神经干细胞向病变部位的迁移是在一些因子参与下完成的,包括炎性因子如 IFN-г、TNF、IL-2等,生长因子如 IGF、TGFβ1、VEGF 等,趋化因子如 MCP-1、C5a、ILβ4等酶如金属蛋白释放酶（MMPS）、多形唾液酸性蛋白酶（PSA）等及其他细胞因子如CSF、EPO等。在这些因子的影响下,神经干细胞迁移到受损区域开始参与受损和缺失细胞的修复和替换,但这些内源性因子,产生的量相对较少。一些学者通过试验体外输入神经营养因子刺激患者体内的内源性神经干细胞,发现能快速积极地促进神经系统损伤的修复,Schneider[14]和Shyu WC[15]认为 G-CSF能动员内源性神经干细胞参与修复,能有效恢复脑缺血造成的神经功能损伤。虽然内源性干细胞在大脑内分布广泛,但在数量上相对较少,且有些干细胞离受损部位距离远,到达不了受损区域。这种修复功能仅能起到较小的修复效果,在严重的脑损伤或神经病变的情况下,这种修复功能起不到太大的作用。

2.2 外源性神经干细胞的植入外源性神经干细胞相对来说来源较广泛,体外易培养,且干细胞的数量上能达到一定的要求,特别是对严重的脑损伤或神经病变。Aleksand rovaMA等[16]在各自的研究中发现被植入宿主体内的神经干细胞能够向受损和病变的部位趋行、聚集并且能够存活下来,增殖分化成为神经元和胶质细胞,建立联系,部分恢复宿主缺失的功能。近些年一些研究员将人的神经干细胞移植到实验大鼠的皮层中,通过免疫组化的检测发现其能够整合到宿主的脑组织中,并分化形成皮层样细胞和海马区锥体神经细胞,与邻近的神经细胞形成了突触联系,后通过膜片钳技术进行检测,显示这些细胞有正常的电生理特征,能接受与之建立联系的神经元的刺激信号,这些表现出了神经的电信号传递功能。Georgia Makri等将BM 88/Cend1高表达的神经干细胞植入到大鼠受伤皮层内,经过一段时间的观察发现BM 88/Cend1高表达的神经干细胞能有效地转化成GABA能的中间神经元,且能明显减少星形胶质瘢痕的形成而增加神经元的数量[17]。Yamasaki TR等[18]将神经干细胞植入到海马缺失的转基因小鼠受损部位,经过一段时间的观察和检测,发现神经干细胞与其他神经元融合、迁移、分化,且最显著的是小鼠的记忆功能有明显的改善。H arting等[19]直接将神经干细胞植入到实验大鼠受伤的脑组织,在接受治疗的两个星期有1％～3％存活并产生联系,大鼠的运动功能有很大的改善,但是在认知方面的恢复情况没有办法识别。在颅脑损伤后脑组织发生水肿、神经元细胞死亡及炎症反应,脑组织分泌一些炎性分子如 TNF-α、IL-6等。最近 Lee等[20]在脑出血模型的大鼠注入神经干细胞,发现其有抗炎的作用,神经干细胞在受伤后的2 h和24 h被分别注入,做对比的是在相同时间段将神经干细胞直接植入受伤部位,结果发现在超急性期（伤后2 h）经注射的一组显示神经干细胞可以减少早期神经元的恶化,降低脑水肿的形成,减少炎性浸润和神经元的凋亡。另外早期的神经干细胞的注入也可以减少TNF-α、IL-6和 NF-ΚB。外源性干细胞的植入的方法有很多种,如局部立体定向植入、腰穿植入、枕大池植入、静脉和动脉植入等,但每一种方法都有自己的优缺点。

2.3 内源性神经干细胞体外培养再植入内源性神经干细胞分布虽然广,但在对于重度颅脑损伤及严重神经系统病变就有一定的局限性,而外源性神经干细胞在植入到受损区也存在一定的问题如免疫排斥反应等。对此一些学者就做了一些针对此类问题的研究,并在临床上进行了实验。朱虹剑等[21]从脑外伤病人的受损脑组织中成功提取了神经干细胞,并通过体外培养后再植入受伤部位,结果发现病变部位明显好转。彭钢等利用克隆羊自身的体细胞培养干细胞,再利用同一克隆羊造脑挫裂伤模型,自体干细胞植入损伤部位。结果发现自体干细胞能改善受伤部位的微环境,促进水肿消退,阻止进一步的继发性损伤过程,且能良好存活,分化,并可以重建神经网络。

3 神经干细胞对创伤性颅脑损伤的治疗存在的问题

虽然现在对神经干细胞的基础和治疗研究有大进步,而且在临床上也有相应治疗情况的报道,但其在治疗人类的神经系统疾病和创伤性颅脑损伤还缺乏充足的临床试验,其还存在一些作用没有解决。

3.1 移植后细胞的存活在大量的动物实验研究显示,神经干细胞移植到受伤部位后会有大量的干细胞死亡,能存活的细胞数不到10％左右,分析其原因可能与受伤部位免疫排斥、缺乏内源性神经营养因子、炎症反应引起的细胞毒性反应和自由基损伤有关。最近有学者用1-甲基-4苯基-1,2,3,6四氢吡啶打入灵长类大脑内造模,再植入神经干细胞,其中一组加入免疫抑制剂,结果加入免疫抑制剂一组神经干细胞在生长、分化明显优于未加免疫抑制剂一组。提示神经干细胞可能有免疫原性,存在免疫排斥风险,可以造成移植的干细胞大量死亡[22]。M ilosevic等[27]在其研究中发现,即使在体外培养的神经干细胞也有四分之一的细胞表现出凋亡的迹象,在移植前对其进行抗凋亡处理后能明显提高细胞的存活率,这也从侧面表明凋亡因素是细胞移植后细胞的存活的一个重要因素。

3.2 致瘤性神经干细胞在用于各种治疗的时候就被人们广泛的评价其安全性,一些临床报道其是安全,且有较高的抗致瘤性。而Rubio D等[23]对干细胞在体外培养发现,短期时间内（6～8周）干细胞可以比较稳定增殖,没有发现其有细胞转变成肿瘤细胞,但当长期在体外培养时（4～5月）,干细胞就会出现肿瘤细胞。Li等[24]认为年龄也是植入神经干细胞转变成肿瘤细胞的一个因素,在用胚胎干细胞治疗创伤性颅脑损伤的动物模型时,有个别模型的细胞发生瘤变。由于神经干细胞的植入治疗还处于一个临床的前期阶段,其在人体内的致瘤性还需要长期的观察来确认。

3.3 栓塞神经干细胞的植入有很多途径如直接植入到受损部位、枕大池穿刺以及腰大池穿刺等,相比较而言,以脉管注入最经济方便,但此种方法易引起栓子形成。Peters等[25]报道了1例卵圆孔未闭的病人,在移植干细胞后,干细胞形成了栓子。以前也有在用干细胞治疗血液系统肿瘤,发生肺部形成栓子的报道。

3.4 植入的时间和方案目前对于干细胞的植入时间在什么时间段最好尚还没有确切定论,对于植入的方案也没有一个统一的认识,包括不同来源神经干细胞体外培养的时间、培养的条件以及植入的部位等问题,如何使这个植入的细胞能有效地更好地发挥作用还需要更多的证据。

4 展望

尽管神经干细胞的基础研究已取得很大的进步,但仍然还有很多问题亟待解决,如神经干细胞植入的方式、时间、部位的选择等。在现阶段我们还很难获得来源同一系谱、无异质性、分化程度一致的神经干细胞,而且受伤的脑组织是一个非常复杂的内环境,神经干细胞在植入后能否很好的与宿主细胞整合在一起,是否在受伤的脑组织中发生瘤变及排斥反应等问题都会影响移植效果,体外可以诱导出所需的神经细胞,但是当神经干细胞植入到受损部位时神经干细胞能否定向分化还是一个难题。相信随着神经干细胞研究的进一步深入,技术的进一步完善,神经干细胞植入治疗创伤性颅脑损伤将有可能成为一个有效措施之一。

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