牙髓干细胞修复神经组织的实验研究进展

缪喆 综 述 房 兵 审 校

牙髓干细胞修复神经组织的实验研究进展

缪喆 综 述 房 兵 审 校

牙髓干细胞属成体干细胞，应用牙髓干细胞修复神经组织的实验研究已有报道。我们以牙髓干细胞属性和神经细胞方向诱导分化，神经修复的支架材料研究，牙髓干细胞修复神经组织的实验应用，以及其相关生物机制等4个方面，对该方向的研究进展进行综述。

牙髓干细胞神经组织再生修复组织工程生物机制

MIAO Zhe,FANG Bing.

Department of Craniofacial Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine;Shanghai Key Laboratory of Stomatology,Shanghai 200011,China.Corresponding author:FANG Bing(E-mail:Fangbing@sjtu.edu.cn).

【Summary】Dental pulp stem cells(DPSCs),as adult stem cells,have been reported for laboratory application on nervous tissue reconstruction.Hereby,in this article,characteristics of DPSCs and neural differentiation,scaffolds research for nervous tissue repair,experimental application of DPSCs on nervous tissue reconstruction and relevant bio-mechanisms were reviewed.

2000年，Gronthos等[1]发现，牙髓组织中存在一类可迅速克隆增殖的细胞亚群，表达中胚层标记物Stro-1、CD146（MUC18）；应用HA/TCP支架，将该细胞亚群植入小鼠皮下黏膜后，可形成异位牙本质。这类细胞被命名为牙髓干细胞（Dental Pulp Stem Cells，DPSCs），属成体干细胞。后续研究证明，DPSCs具有多向分化潜能，向外胚层细胞分化（可诱导分化为神经细胞、角膜上皮细胞），向中胚层细胞分化（可诱导分化为成牙本质细胞、成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和肌细胞等），并在适当条件下具有向内胚层细胞分化的潜力[2-8]。

众所周知，神经损伤后神经组织再生困难，因为①神经元细胞本身缺乏再生能力；②神经营养因子生成不足；③细胞处于神经生长抑制因子分泌的环境；④胶质细胞形成瘢痕样组织，阻碍了神经组织的自身修复过程。而将DPSCs作为种子细胞，进行向神经组织诱导分化的组织工程研究，为神经损伤后的修复治疗提供了启发和思考。我们将近年来应用DPSCs修复神经组织的实验研究进展进行综述。

1 DPSCs的细胞属性及神经细胞方向诱导分化

DPSCs来自颅神经嵴，根据Kiyoshi等[9]的研究，DPSCs细胞高表达CD73、CD90、CD105、Stro-1，不表达上皮细胞及造血细胞标志物CD34、CD45、CD11b/c、HLA-DR，符合间充质干细胞的特性。

Gronthos等[7]最早对DPSCs进行了神经标志物检测，发现Nestin、GFAP等神经细胞标志物在DPSCs中呈现阳性表达。Kiyoshi等[9]发现，DPSCs共表达多种早期神经细胞标志物Nestin、DCX、β-III-tublin、NeuN、GFAP、S100、A2B5及CNP酶，但不表达成熟神经细胞标志物，如少突胶质细胞表面标志物APC及MBP。

Liu等[10]报道，DPSCs向神经细胞诱导分化后，圆形细胞形成长细胞突，Nestin、GFAP、NeuN等神经细胞特异性标志物表达明显增高，提示DPSCs具有分化为神经细胞的潜能。

雪旺细胞在维持外周神经功能、损伤后神经再生修复过程中发挥重要作用。Martens等[11]发现，人DPSCs经诱导分化，可以分化为雪旺细胞，具有髓鞘形成能力。

2 DPSCs修复神经组织的支架材料研究

应用合适的生物材料，可以为组织再生修复提供有利的“微环境”——黏附支持细胞、富集营养因子和生长因子。在目前进行的DPSCs修复神经组织的实验研究中，所使用的支架材料主要有胶原、纤维蛋白及透明质酸、自组装多肽水凝胶和多聚物支架等几大类。

胶原支架属于天然可降解高分子材料，有较好的生物相容性。因其可从自体组织中分离，可有效降低支架移植后的免疫反应[12-13]。在应用DPSCs进行中枢神经组织[9]和外周神经组织再生的实验研究中，胶原支架的应用均有报道[14-18]。胶原支架的主要缺点是应用后可能造成细胞胞外基质的收缩，限制细胞增殖，阻碍组织的再生修复[19-20]。

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纤维蛋白及透明质酸也属于天然高分子，但其机械强度低、使用后快速收缩。目前报道的研究中，这类材料常作为复合支架的组成部分，改进支架的机械性能[21-24]。

自组装多肽水凝胶支架主要成分是天然多肽，由氨基酸组成，易于成形，可降解性能好[12]。应用这类材料进行DPSCs修复外周神经组织的研究已有报道[25]。

在牙髓再生领域，也常应用PLLA、PGA等多聚物作为支架材料，进行应用DPSCs再生修复牙髓的研究[26-28]。

3 DPSCs修复神经组织的实验应用

Almeida等[29]用血管夹夹持大鼠T9节段脊髓，制备脊髓损伤动物模型，应用人DPSCs进行脊髓损伤后修复的实验研究。结果显示，注射人DPSCs于损伤区的实验组大鼠保存有更多的白质脊髓，神经营养因子BDNF、NGF-β、NT-3、NT-4等表达更高，且运动功能得到了一定的恢复。

Kiyoshi等[9]对大鼠T9～T11节段脊髓进行节段性切除，制备脊髓损伤动物模型，然后将人DPSCs细胞及纤维蛋白胶植入节段脊髓切除区。在移植人DPSCs的大鼠脊髓切除区，神经元细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞凋亡得到抑制；神经纤维、髓磷脂保有量提高；并通过旁分泌机制，损伤区轴突生长抑制分子，硫酸软骨素糖蛋白、髓磷脂关联糖蛋白等的含量明显减少。

Sasaki等[18]将大鼠DPSCs种于含Ⅰ型胶原凝胶的硅胶管，用于修复大鼠面神经缺损。研究显示，材料复合物移植至缺损神经处，2周后形成轴突、髓鞘等神经细胞标志性结构，并可形成血管组织。

Dissanayaka等[26]将含有人DPSCs与人脐静脉内皮细胞的Puramatrix水凝胶支架，注入根管处理后的人离体牙根尖段，并植入免疫缺陷鼠皮下黏膜。4周后，证实形成血管化牙髓组织，且Nestin等神经细胞标记物呈阳性表达。

4 应用DPSCs修复神经可能的生物学机制

4.1 细胞内环境机制

在细胞内环境机制方面，细胞内环磷酸腺苷（C yclic adenosine monophosphate，CAMP）对神经细胞的再生修复发挥着重要作用。Király等[30]报道，CAMP信号转导通路的激活促进人DPSCs诱导分化为成熟的神经元细胞。Chen等[31]认为，细胞内升高的CAMP可以激活PKA，发挥生物学作用。首先，PKA通过CREB诱导基因表达，引起包括ArginaseⅠ等再生相关基因的表达上调，促进多胺类合成；其次，PKA抑制MAG或myelin引起的Rho活化，促进神经再生；CAMP含量升高，还会上调IL-6，通过STAT3，诱导gap-43等再生相关基因的表达。

4.2 细胞外环境机制

细胞外环境机制方面，细胞外基质、神经营养因子对神经细胞再生修复产生作用。

神经细胞胞外基质中含有层黏连蛋白，作为配体可以与跨膜糖蛋白整合素相结合。Martens等[11]的研究中，人DPSCs经诱导可分化形成雪旺细胞；同时，层黏连蛋白及整合素的含量均明显提高。层黏连蛋白与整合素结合后，引起PI3K的磷酸化，继而激活AKT，抑制GSK-3β的活性，使细胞骨架得以延伸。

神经营养因子包括神经生长因子（N erve growth factor，NGF）、神经营养因子（N eurotrophin，NT）和脑源性神经营养因子（B rain-derived neurotrophic factor，BDNF）。de Almeida等[29]应用人DPSCs进行脊髓损伤后修复的实验研究，结果显示，注射人DPSCs的实验大鼠脊髓损伤区BDNF、NGF-β、NT-3、NT-4含量明显升高。这些营养因子使PI3K磷酸化后得到激活，抑制GSK-3β活性，通过对骨架结合蛋白的调节来促进神经损伤区神经细胞轴突的生长。

5 总结

应用DPSCs修复神经组织，是通过组织工程方法进行组织再生修复的探索。研究证明，牙髓干细胞具有形成神经细胞的潜力。

细胞定植材料方面，可降解材料是目前神经修复材料的应用趋势，但这类材料在“生物相容性良好、材料结构稳定、可应用修复长段神经缺损”等方面尚未达到理想要求，神经修复材料仍有待于进一步的深入研究。

目前，应用DPSCs进行神经组织的实验研究，主要为体外研究和一些初步的体内研究，而神经再生修复的确切分子生物学机制仍然不明确。此外，神经细胞结构的再生也并不意味着神经功能的再生——新生神经细胞还需要与原有宿主神经细胞建立突触链接，进而恢复较为完整的生理功能。因此，神经修复的生物学机制和生理功能研究或将是未来该方面研究的重要方向。

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Research Progress of Dental Pulp Stem Cells for Nervous Tissue Reconstruction

Dental pulp stem cell;Nervous tissue;Regeneration and reconstruction;Tissue engineering; Bio-mechanism

Q813.1+2

B

1673－0364（2015）03－0213－03

10.3969/j.issn.1673-0364.2015.03.027

200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔颅颌面科；上海市口腔医学重点实验室。

房兵（E-mail：fangbing@sjtu.edu.cn）。